岩溶地区钻孔桩施工新.docx
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岩溶地区钻孔桩施工新
岩溶地区钻孔桩施工工艺
1目的
明确桥梁桩基岩溶地区冲击钻施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范岩溶地区桩基作业施工。
2编制依据
《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》
《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》
《武广铁路客运专线施工图设计文件》
3适用范围及总体施工方法
适用于桥梁桩基穿过溶洞的钻孔桩的施工。
对于岩溶地区的钻孔桩施工，采用震动锤下沉钢护筒至岩面，防止岩面以上覆盖层在钻孔桩施工中坍塌。
对于充填物较为软塑或粘土性的较小溶洞，采用单护筒冲击造浆护壁法成孔，对于充填物为流塑或空洞较大的溶洞，采用双护筒法成孔。
施工前先补充钻探，探明地质情况；施工中严密监视，及时调整，确保施工顺利进行。
3.1岩溶处理方案的原则
3.1.1每根桩必须用地质钻机钻探,详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型,画图列表,为制定相应施工方案提供详实依据。
3.1.2对填充物进行土工试验,分析其物理力学特性,检测容重、含水量、孔隙率等,为注浆参数计算提供依据。
3.1.3根据地质钻探资料和填充物情况,对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。
3.1.4对每种处理方案,都要进行仔细的计算,施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验,取得经验数据,完善施工方案,指导施工。
3.1.5遇到大溶洞时,必须请监理工程师和设计单位核查,明确处理方案,并报监理批准后实施
3.2溶洞处理方案
3.2.1对于封闭的比较小的溶洞,采取注浆措施,提供成孔条件穿过溶洞。
若洞内无填充物或填充物不满,则采取先填充碎石或干砂,然后注浆;若充填物呈松散或软塑状态时,直接注浆固结即可;若充填物已固结呈硬塑状态时,则可以直接冲孔,但需加强泥浆护壁。
3.2.2溶洞内无填充物或填充物较少需向洞内填充砂子的,选择一个合适的孔位,放入并固定钢套管,将注砂管与钢套管相连接,在注浆前灌砂。
根据成桩直径、围护体积的最小直径及堆积体成形规律,计算填砂量。
用压风机将干砂压入,为防止洞内高压阻止灌砂,利用其它孔作为减压孔。
待达到计算的填充体积,压力稳定时,即可停止。
3.2.3若设计要求灌入碎石则必须钻一个大孔（直径不小于30ｃｍ）放入钢管并固定,钢管上置碎石料斗,碎石粒径不大于2ｃｍ,投料时振动钢管,以防止堵塞,填充量控制与填砂控制方法相同。
3.2.4对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等,冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用,保证泥浆不流失,使钻孔顺利通过岩溶区。
4施工工艺及说明
4.1施工工艺流程（见下图）
4.2工艺说明
4.2.1施工准备
测量定位，准确定出桩位。
根据设计桩径及地质钻探资料，加工钢护筒及桩帽、送桩、连接法兰盘等。
钢护筒厚度为10-12mm，外护筒直径应较设计桩径大20cm，内护筒直径应较设计桩径大5cm。
4.2.2振动下沉钢护筒
（1）钢护筒分节制作，采用吊车起吊就位，现场焊接。
每节接头采用电焊连接，轴线对准，焊缝不得漏水，并要满足振动下沉过程中的受力要求。
钢护筒与桩帽、震动锤采用法兰盘连接。
（2）钢护筒插入后，仔细检查桩位的偏移和倾斜度，符合要求后开振。
沉桩要有专人指挥，吊车司机与施振操作人员密切配合，松绳必须与下沉一致，吊钩不得脱钩。
若发现护筒倾斜、连接螺栓松动等情况时立即停振，经调整符合要求后方可复振。
4.2.3冲击成孔
（1）施工程序
根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长，先易后难，先外后内的原则确定各桩施工顺序。
若在一个墩上采用多台钻机钻孔，则应尽量避免相邻孔同时施工。
（2）单护筒泥浆护壁冲击成孔
钢护筒振动下沉至岩面后，用钻头往复冲击，将钻孔中的土石破碎或挤入孔壁中，用泥浆悬浮出渣。
钻孔通过岩溶时应注意以下三个施工环节：
第一，加强泥浆质量和比重控制，其技术指标应符合下表要求。
优质的泥浆取决于优质的粘土，当缺少优质粘土时，可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末，以提高泥浆的胶体率和悬浮能力。
这时的重量配合比为粘土：
水泥：
碱=1：
0.2：
0.04，锯末按粘土体积的10%掺入。
表1泥浆技术指标
序号
项目
指标
备注
1
比重
1.2-1.4
孔底为1.4-1.6
2
粘度
≥20s
3
含砂率
≤4%
4
胶体率
≥95%
5
塑性指数
＞17
6
PH值
＞6.5
第二，当岩面倾斜较大时，钻头易摆动，撞击护筒或孔壁，造成偏孔或塌孔。
这时应回填坚硬片石，以低冲程反复冲砸，使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。
第三，通过溶洞进入充填地层的处置办法：
对溶洞较小、充填物多为松散不稳定的土层者采用泥浆护壁方法，使用优质泥浆，保持孔内的水位高度，适时向孔内投入潮湿泥块或袋装粘土和粒径不大于13cm的片石，采用低冲程将抛填片石挤入溶洞孔壁或溶洞缝隙，以加固护壁，使之形成封闭环，防止漏浆。
（3）双护筒冲击钻孔
对空洞较大的溶洞或充填物为流塑状时采用此法。
外护筒下到岩面以下后，即开始对覆盖层和顶板进行冲钻，其钻孔方法与传统冲击钻孔方法相同，但成孔的桩径比设计桩径大7cm，以便内护筒顺利通过顶板。
当内护筒下沉到位后，即进行内护筒的排泥和稳固岩面的钻孔。
护筒内排泥可采用冲击泥浆排渣法，也可采用吸泥法。
（4）钻孔过程中的孔径检查
为保证孔径正确和孔形正直，每钻进1.0m和更换钻头时必须用检孔器检孔。
检孔器用钢筋制成，呈圆柱体，直径与钻头直径相同，高度为孔径的2—4倍。
当检孔器不能自由通过达到孔底时，即表明发生弯孔或斜孔、梅花孔等情况，应立即回填片石（回填高度为至检孔器所到位置以上0.5m），进行冲击修孔。
4.2.4清孔
单护筒泥浆护壁冲击钻孔宜采用抽碴法。
终孔后用掏碴桶正常掏碴后，投入水泥、锯末、烧碱、粘土混合物（配合比为1：
1：
0.32：
32），用小冲程冲砸造浆60分钟，使泥浆比重达到1.6左右，然后反复掏碴，直到泥浆中无2—3mm大的颗泥浆比重控制在1.2-1.4。
双护筒冲击钻孔采用吸泥法。
所用吸泥管的直径为100—150mm，以法兰盘连接。
吸泥的同时向孔内补充清水，保持孔内水头，清至手摸无明显砂粒感为止，孔底泥浆比重控制在1.1—1.2。
采用以上两种清孔方法，均需经过3h观察，孔底沉碴厚度小于5cm，即可进行下道工序。
为使钻孔桩混凝土与孔底岩体粘接良好，灌注水下混凝土之前需用高压水冲射排除残碴。
4.2.5灌注水下混凝土
清孔完毕立即拆除钻架，将钻机撤离到混凝土灌注施工面以外，随即吊装钢筋笼，灌注水下混凝土。
钢筋笼的吊装和水下混凝土的灌注同普通钻孔桩施工。
4.2.6质量控制
岩溶地区地质情况相当复杂，难以准确预测，因此在钻孔施工中漏浆、塌孔、涌沙，发生偏孔、斜孔、梅花桩、椭圆桩、弯孔和卡、掉钻头等事故时有发生，还要防止探头石；而下沉钢护筒、砂卵石护壁、岩石斜面开孔、穿越溶洞顶板和保证水下混凝土灌注质量等工序又会遇到一系列技术问题，所以施工难度非常大，除采取和执行严格的质量标准外，还须制订相应的控制措施。
（1）漏浆、坍（塌）孔的对策
司钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度，钻头负荷是否正常，碴样是否与抛填物和所提供地质钻探资料相符等，发现异常及时处理。
采用长护筒跟进，边钻边下沉。
同时进行散抛填，集中抛填坚硬片石、粘土及水泥混合物。
（2）偏孔的对策
当岩面不平时先抛填片石、卵石和块状黄土，以45cm小冲程冲击，待冲到原位后再次抛填混合料以80cm大冲程造孔。
反复冲填后还偏孔则以C20级水下混凝土封底，待强度达到20MPa后再继续造孔。
穿越溶洞顶板时由于岩层厚度不均造成的偏孔，施工时在距顶板0.5m开始采用小冲程，同时观察孔内泥浆稠度及颜色变化，若带有漏浆则抛填0.5-1.0米厚片石、粘土等的混合物，直至充填物完全挤入溶洞为止。
再加大冲程造孔。
（3）卡钻
司钻人员加强观察，经常量测钻头直径（新旧钻头直径相差不得超过20mm）并及时修理。
在距溶洞顶板以上30-50cm处改变冲程和冲击次数，采用慢打轻击，进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥，抛一次进1-1.5m。
直至达到人工造孔的目的。
4.3纠正和预防质量偏差措施
4.3.1溶洞注浆应注意的问题
（1）根据地质情况在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔,钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探,通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。
（2）用注浆泵注浆,注浆压力不宜太大,控制在0.5～1.0ＭＰａ范围,具体压力值由现场试验确定。
速度为15～20Ｌ/ｍｉｎ,其目的是使浆液渗透到填充物内（包含灌入的砂或碎石）,然后固结,渗透最小直径定为3.0ｍ,以保证冲钻成孔时有足够的固结体。
注浆时注浆管必须插入填充物的底部,然后边注浆边缓慢上提,提管速度不宜太快,根据注浆速度确定,应使渗透半径控制在允许范围内。
浆液选用水泥浆,用32.5级水泥,水泥浆配合比为水∶水泥=0.8∶1.0。
若需用水泥砂浆,则配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8,需要用双液浆时,水玻璃的含量根据现场试验确定。
（3）单花管注浆,管头花管段长度为100ｃｍ,孔眼直径和间距根据现场试孔后确定,注浆管外径为70ｍｍ,比钢套管内径要小。
注浆时,通过注浆泵上的ＰＱ仪分析确定注浆的速度和结束时间,压入量根据渗透半径、固结体积来计算,公式为Ｑ=πＲ2Ｈβμα（1-γ）λ。
式中,Ｒ为渗透半径;Ｈ为溶洞高度;μ为填充物的孔隙率;α为超灌系数;λ为地区性经验系数;γ、β为充填率与充填系数。
这些参数和系数可根据现场试验确定。
（4）为防止浆液流失太远造成浪费,采用间歇注浆方式,使得先注入的浆液与砂子（或碎石）初步达到胶结后再注浆,循环注浆多次,直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。
（5）注完一个孔后,继续对其余孔进行注浆,后注浆的压力必须调高,最后封孔。
注浆顺序由现场自行掌握。
4.3.2成孔应注意的问题
（1）冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行,一般等待时间为10ｄ左右。
（2）为防止意外,冲孔前应有备用措施,备好材料,一旦泥浆泄露,及时向孔内投放粘土、水泥和片石,依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构墙,保持孔内泥浆高度,使得冲钻顺利进行。
（3）加大泥浆质量和密度。
采用优质泥浆,当缺少优质粘土时,可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末,以提高泥浆胶体率和悬浮能力,其质量配合比为黄土∶水泥∶烧碱=1∶0.2∶0.4,锯末按黄土体积的10%掺入。
（4）当岩面的倾斜较大时,钻头摆动撞击护筒或孔壁,这时,回填片石,使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。
（5）接近岩溶地段,采取轻锤冲击、加大泥浆密度的方法成孔,以防卡钻和掉钻。
4.3.3岩面检验要点本工程按设计要求桩端须进入完整微风化灰岩0.80～3ｍ,工序中增加了一般地质条件下灌注桩施工所没有的全岩面检验。
勘察资料及实际施工表明,本地区属岩溶强烈发育区,岩面起伏、倾角陡,沟槽、裂隙纵横,因此,全岩面的正确判断成为本工程成孔施工的关键。
影响全岩面判定的因素较多,而现有的桩基技术规范、规程等均未列出统一的判定标准,受地质条件复杂的影响,全岩面的判断往往意见不一,成为质量控制的一大难题。
实际施工中,根据岩溶地区地质条件的特殊性、复杂性及工程特点，主要从4个方面来进行全岩面的综合判断。
（1）以桩孔实际见岩高程始,至少进尺50ｃｍ后,可申报全岩面检验,超前钻孔柱状图揭示的岩面高程只作为参考。
（2）查阅机台施工记录,可将基岩进尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作为进入全岩面的控制速度。
（3）可观察井口钢丝绳的摆动情况,锤头触岩面时会出现轻微反弹。
（4）使用细目筛网捞取岩渣,岩屑含量50%～70%,且含泥、含砂量小于4%时,认为入岩。
如出现特殊情况或判断标志不明显,意见分歧较大时,则采用钻探揭露的办法来证实,即在桩孔中心四周均匀布设4个～5个勘探孔,用工勘钻机进行钻探,用触探到的各点岩面高程进行比较,判断出全岩面。
5质量验收标准
5.1钻孔
主控项目
（1）钻孔达到设计深度后，必须核实地质情况。
检验数量：
全部检查。
勘察设计单位对代表性的桩进行现场确认。
检验方法：
检查施工记录、观察。
（2）孔径、孔深和孔型必须符合设计要求。
检验数量：
全部检查。
检验方法：
测量检查和用检孔器或成孔检测仪器检查。
（3）钻孔桩护筒应坚实不漏水，护筒埋深应符合施工工艺设计要求。
检验数量：
全部检查。
检验方法：
观察和测量检查。
（4）泥浆指标应根据钻孔机具、地质条件确定。
对制备的泥浆应试验全部性能指标，钻进时应随时检查泥浆比重和含砂率。
检验数量：
全部检查。
检验方法：
施工单位进行泥浆比重和含砂率试验，监理单位见证试验。
（5）浇筑水下混凝土前应清底，孔底沉渣应清除干净，满足客运专线铁路相关设计规范及设计文件提出的沉降要求。
检验数量：
全部检查。
检验方法：
测量。
一般项目
（6）钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法应符合表2的规定。
表2钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法
序号
项目
允许偏差
检验方法
1
护筒
顶面位置
50mm
测量检查
倾斜度
1%
2
孔位中心
50mm
3
倾斜度
1%
检验数量：
施工单位全部检查。
5.2钢筋
主控项目
（1）钢筋原材料、加工、连接和安装的检验必须符合铁道部现行《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）第5.2.1～5.2.3条、第5.3.1条、第5.4.1条、第5.4.2条和第5.5.1～5.5.4条的规定。
一般项目
（2）钢筋原材料、加工和连接的检验应符合铁道部现行《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）（TB10424—2003）第5.2.4条、第5.3.2条和第5.4.3条的规定。
（3）钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法应符合表3规定。
表3钻孔桩钢筋骨架的允许偏差和检验方法
序号
项目
允许偏差
检验方法
1
钢筋骨架在承台底以下长度
±100mm
尺量检查
2
钢筋骨架直径
±20mm
3
主钢筋间距
±0.5d
尺量检查不少于5处
4
加强筋间距
±20mm
5
箍筋间距或螺旋筋间距
±20mm
6
钢筋骨架垂直度
1%
吊线尺量检查
注：
d为钢筋直径，单位：
mm
检验数量：
施工单位全部检查。
5.3混凝土
主控项目
（1）混凝土原材料、配合比设计、施工和水下混凝土的检验必须符合铁道部现行《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）第6.2.1～6.2.7条、第6.3.1～6.3.4条、第6.4.1～6.4.3条、第6.4.5条、第6.4.10条、第6.4.13条和铁道部现行《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》（TB10424-2003）第9.3.4～9.3.6条的规定。
（2）水下混凝土浇筑必须符合施工工艺设计要求。
检验数量：
全部检查。
检验方法：
观察和测量。
监理单位旁站监理。
（3）桩的混凝土强度等级必须符合设计要求。
水下混凝土标准养护试件强度必须符合设计强度等级的1.15倍。
检验数量：
施工单位每根桩应在混凝土的浇筑地点随机抽样制作混凝土试件不得少于2组；每个桩基础监理单位见证取样检测或平行检验数量为施工单位检验数量的20%、10%，且不少于2组。
检验方法：
进行混凝土强度试验
（4）桩身顶端必须清理上层浮浆露出新鲜混凝土面。
桩顶高程和主筋伸入承台的长度必须符合设计要求。
检验数量：
全部检查。
检验方法：
观察和测量。
（5）钻孔桩桩身混凝土应匀质、完整。
其检验必须符合下列规定：
①对钻孔桩桩身混凝土应全部进行无损检测。
所有钻孔桩桩身混凝土质量均应进行低应变动测法检测。
地质条件较差、桩长超过50m的桩应按设计有要求进行超声波检测。
检测方法必须符合铁道部现行《铁路工程基桩无损检测规程》（TB10218）的规定。
②对桩身混凝土质量有疑问和设计有要求的桩，应采用钻芯取样进行检测。
检测方法应符合铁道部现行《铁路工程结构混凝土强度检测规程》（TB10426）的规定。
③对大桥和特大桥或结构需要控制的柱桩的桩底沉渣厚度，按柱桩总数3%～5%钻孔取样检验。
有资质的检测单位检测。
检验数量：
全部检查。
检验方法：
施工单位检查检测报告，监理单位见证检测并检查检测报告。
（6）桩尖注浆应符合设计要求。
检验数量：
设计要求数量检查。
检验方法：
注浆检测
（7）桩承载力试验必须符合设计要求。
检验数量：
按设计要求数量检验。
检验方法：
进行静载试验
6安全施工措施
6.1在钻孔桩机作业区域四周打一圈木桩或钢管拉线封闭，非施工作业人员不的进入作业现场。
6.2施工作业人员必须佩戴安全帽。
6.3施工用电要规范，必须符合“三项五线制”的规定。
6.4必须制定冲击钻机安全操作规程，施工人员必须按照操作规程规范操作，避免机械伤害事故。
7环境保护措施
7.1泥浆池设置必须满足环保要求，泥浆不得外溢污染稻田和水源。
7.2钻孔浮碴及时清运出场，钻孔桩基础完成后，泥浆池及时拆除清运出场。
7.3在临近村庄、学校、居民区的地方钻孔，应采取施工围挡等措施控制噪音排放。
在敏感区域控制作业时间。
7.4制定机械使用维修保养制度，避免汽油、柴油、机油污染环境。
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