桩基溶洞施工专项方案.docx
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桩基溶洞施工专项方案
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桩基溶洞施工专项方案
新建鲁南高速铁路临沂至曲阜段LQTJ-1标岩溶桩基施工指导意见
一、编制依据及范围
1.编制依据
1、新建鲁南高速铁路临沂至曲阜段LQTJ-1标施工图纸。
2、桩基地质补勘图。
3、国家及交通部现行桥涵施工技术规范及验收标准等。
4、我公司岩溶桩基施工相关经验。
5、相关技术人员岩溶桩基施工工法及论术。
2.编制范围
新建鲁南高速铁路临沂至曲阜段LQTJ-1标段范围内的岩溶桩基。
二、工程概况
岩溶地质情况
根据施工图地勘资料显示，本段地层自蒙山前向西南渐次由新变老，除蒙山倾斜平原被第四系松散层覆盖外，其余大都基岩裸露，地质构造一般有松软土、粉质粘土、粉砂、细砂、粗砂、粗圆砾土下伏基岩为灰岩。
灰岩不同程度风化，有砂状结构、层状结构，层状结构局部岩溶极发育。
本段在勘探深度范围内溶洞最小高度，洞体最大高度可达14m以上，且多呈串珠状分布。
自然条件
（1）地形地貌
该车站属于剥蚀残丘地貌，地形平缓，地面高程107-133m，相对高差26米。
大部分地区有土层覆盖，部分区域基岩裸露，地表多被开垦为农田，附近有村庄民房零星分布，有系道和线相通，交通便利。
（2）工程地质
①地层岩性及气象
上覆第四系全新统洞穴堆积层（Q4ca）溶洞（黏性土充填），坡残积（Q4dl+el）粉质粘土；下伏基岩为奥陶系中下统马家沟组五阳山段（Q2+1mw）泥晶灰岩。
②地震动参数
设计地震基本烈度VII度，地处地震动峰值加速度为，地震动反应谱特征周期。
③不良地质
本站全段属岩溶发育区。
其中DK169+097-DK169+237段，长140m,为中等岩溶发育区。
（3）气象
该区属暖温带季风大陆型气候，四季分明，雨量较充沛，气候温和，雨热同季。
沿线年平均气温～℃，极端最低气温℃，极端最高气温℃；年平均降水量～，主要集中在6～8月，占全年降水的%，年最大降水量；年平均蒸发量～，年最大蒸发量；最大风速s。
（4）水文地质
①地表水：
该地段无明显地表水，仅在雨季时沟渠内形成季节性水流。
②地下水：
地下水为裂隙水，微弱，受大气降水是地下水的主要来源。
三、溶洞的分类
根据详细的地质勘察报告，并将一个墩位钻孔情况合并分析，研究溶洞埋深，内充物情况，高低、发展方向，是否串通及大概容积后，将溶洞按以下标准分类：
1、按溶洞的大小分：
a：
小溶洞，洞高<3m。
b:
大溶洞，洞高>3m。
c:
特大溶洞，洞高>9m。
2、按洞内有无添充物分：
a:
有充填，已填满，包括亚粘土充填，有可塑、软塑和流塑之分。
b:
半充填，有一半左右充填。
c:
无充填物，为空洞。
3、按是否可能漏水分：
a:
全漏水，与其它溶洞相连。
b:
半漏水。
c:
不漏水。
4、按溶洞垂向数量分：
a:
单个溶洞。
b:
多个溶洞。
四、施工准备
根据本墩位地质钻探资料及单桩地质资料，并经认真分析可能出现情况后，制定相应的施工方案，在钻孔前必须做相应准备工作。
4.1、人员组织
项目部专门组织有关技术人员研究学习有关溶洞处理的措施，并且成立了溶洞处理应急小组。
施工现场派4名技术人员分两班在工地24小时轮流值班，发现问题及时上报处理。
项目部还组织桩基队钻机机长学习溶洞处理的知识，进行单桩地质交底，使他们对溶洞处理做到心中有数。
总之，在人员组织方面，明确分工，各负其责。
、材料准备
片石80m3，粘土120m3，水泥10T，钢护筒30m。
、机械配备
装载机50型一台，25T吊车一台，1m3挖掘机一台，抽水泵两台，并在快进入溶洞前接好备用。
五、溶洞桩基施工方案
项目部应把桩基溶洞处理列为重中之重，并按桩基溶洞施工应急预案作相关施工监控，确保施工安全。
专门组织所有技术人员讨论、研究方案并学习有关溶洞处理方面的知识。
根据本工程溶洞分布的具体情况，确定是否在溶洞四周作超前加固，还是先采用冲击钻成孔，然后根据具体情况采用投放抛填物的方法处理溶洞，后考虑采用下放钢护筒的方案。
岩溶桩基施工工艺流程：
各方案分述如下：
常规成孔法（按照无溶洞地质考虑）
当溶洞内有充填物，是可塑或软塑的亚粘土，并且溶洞不漏水，这时不管溶洞有多大，也不管溶洞垂向数量多少，都可以不考虑溶洞的存在，而按照正常的地质情况施工。
采用冲击钻成孔，洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别，可以按无溶洞的情况施工。
片石粘土筑壁法
溶洞内无充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3m以内，但存在严重漏浆,护筒内水头高度不能保持时，可采用片石、粘土和整包水泥（按1m3：
3m3：
0．75t比例，顺序为袋装水泥、袋装粘土、片石）回填冲击，用0．5～0．8m小冲程，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，等水泥初凝具有一定强度，将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进，形成人工泥石护壁。
如此反复多次回填片石、粘土和整包水泥，反复冲击直至形成泥石护壁并不再漏浆为止，这也是个比较成熟的施工方法。
粘土片石筑壁法施工时，钢护筒必须穿透砂砾及卵石层等透水层，座落在不透水的层或岩层上，这样可以防止由于溶洞漏水，水头高度急剧下降而造成的坍孔。
对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等，冲孔时采取投放片石、粘土，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。
混凝土筑壁法
如果采用片石粘土筑壁的方法，仍出现反复漏浆的现象，岩溶无法得到有效治理，又考虑到施工进度和施工成本问题，可采用混凝土筑壁法。
混凝土采用低标号早强型混凝土进行回填处理，混凝土灌注按水下灌注桩进行灌注，灌注高度要高出溶洞顶面2米，特别是遇到斜岩偏孔的桩基回填混凝土即加快了施工进度又节约了成本。
钢护筒跟进法
溶洞较大（洞高>3m，单层或多层溶洞成垂直串珠装）采取钢护筒跳进法施工。
该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。
当桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏。
钢护筒选择。
护筒长度和内径的确定：
护筒长度L=（h+H）m（h为地质超前钻探确定溶洞高度,H为溶洞顶到地面加30cm的高度），也可根据现场实际情况跟进至岩面；护筒内径大于桩直径20cm,。
钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。
钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为10mm-15mm为宜，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，并以此类推。
具体施工工艺如下：
（1）单护筒施工工艺
先冲孔接近溶洞位置，下沉钢护筒穿过溶洞，冲孔成桩浇注砼。
工艺流程：
场地平整测量放样，埋护筒钻机就位，冲孔钻进跟进钢护筒冲孔钻进漏浆回填片石粘土袋装水泥跟进钢护筒至溶洞底冲孔钻进完成钻孔灌注桩施工。
（2）双护筒施工工艺
先冲孔钻进至岩面，插入外护筒，冲孔钻进、冲破溶洞，下沉内钢护筒后，冲孔钻进至设计终孔标高，完成钻孔桩施工。
双层钢护筒跟进采用外层钢护筒比桩径大40cm，跟进到岩面，内层钢护筒比桩径大20cm，跟进到溶洞底部，施工流程如下：
双护筒钻孔施工工艺流程：
场地平整测量放样、埋护筒
钻机就位，冲孔钻进至岩面插入外钢护筒至岩面冲孔钻进至接近溶洞，小冲锤低冲程打穿溶洞沉桩机下沉内钢护筒贯穿整个溶洞钻机冲孔直至终孔标高浇筑砼，回收外护筒。
A、外钢护筒插打施工
测量工程师将桩位中心及轴线放样后，先埋入的护筒，钻机就位，用直径相适应的冲锤冲孔钻进；当钻进至岩面时，提起钻头，用25t吊车起吊外钢护筒，插入外钢护筒，并用150kw沉桩锤振动下沉直至岩面。
在振动过程中，严格控制钢护筒的垂直度容许误差在1%L内。
B、钻机就位、冲孔
外钢护筒下沉到位后，开始冲孔，根据内嵌护筒的直径，选用相应的冲锤进行冲孔。
当孔钻进接近溶洞时，低冲程钻进，以防卡锤。
溶洞冲破后，若漏浆太快，需及时补充注入泥浆，确保水头压力，避免水压力和土压力不平衡，护筒局部挤压变形。
C、内护筒下沉施工
冲锤冲破溶洞后，将钻锤提起，用25t汽车吊将内钢护筒插入桩孔内，用150kw沉桩锤将钢护筒振动下沉，穿过溶洞，直至洞底岩面。
下沉过程中严格控制钢护筒的垂直度在1%L内。
D、继续钻孔施工
内护筒下沉到位后，放入冲锤，进行冲孔，直至桩基终孔标高。
由于溶洞底岩面不平，出现漏浆的现象，则采用混凝土筑壁法，冲锤反复冲挤，将片石粘土袋装水泥挤入缝隙进行封堵。
当采用混凝土筑壁法封堵不住时，则采用混凝土筑壁法进行封堵。
E、砼浇注及外护筒回收
钻机冲孔达到终孔标高后，进行清孔、下钢筋笼、浇筑砼。
待砼达到一定强度后，用150KW沉桩锤将外护筒拔出，回收利用。
若沉桩锤无法拔除，则在外护筒上焊反力架，用千斤顶将护筒顶出，再辅于沉桩锤拔出，若还是无法拔出侧放弃钢护筒。
注浆法
溶洞层数较多，为串珠状。
溶洞位置勘察准确，洞高大于米，小于3米，土层中有较厚的砂层，溶洞漏浆会引起坍方的情况，采用预先压注水泥浆，待水泥浆压注工作完成24小时后开始钻进。
压注时压力控制不大于,并直到稳定2秒后再进行下一个孔的注浆，或相邻孔冒浆为止。
若注浆达10方后仍未出现压力上升的情况，就应停止注浆，待所注水泥浆硬化后，接着注浆，或改为双液注浆。
溶洞处理的方法主要有以上几种，但具体施工处理措施要根据现场的实际溶洞类型，施工条件、安全、进度、成本等因素综合考虑，灵活运用，这几种处理措施不是单独使用，要根据实际条件综合选用，做到溶洞桩基的综合治理。
六、施工中出现的问题及处理
6.1坍孔
如果有透水层,当冲击到溶洞后,由于突然漏浆造成水头高度急剧下降,透水层失稳,形成漏斗状坍孔。
预防坍孔的方法:
①采用冲击钻冲孔施工时,可将钢护筒坐落在亚粘土层上,再继续冲击成孔;
②发现漏浆及时补水。
坍孔的处理方法:
①当成孔深度不大时,可全孔回填粘土,暂停一段时间后再深埋钢护筒到不透水层,方可重新钻孔;
②当成孔深度较大时,可将钢护筒一直坐落在坍孔的剌叭口下缘的亚粘土层上,
护筒周围回填粘土,挤实,再重新钻孔。
6.2卡钻
卡钻的原因和处理方法:
①冲击钻刃脚磨钝、孔径变小造成卡钻,应经常对冲击钻进行补刃;
②孔不圆,形成梅花孔,最好用五刃和四刃钻头打圆孔,不用一字钻;
③十字孔、探头石、落石等物卡钻，或钻头卡在溶洞内，上下提动无效时，用“一”字形或半月形小钻头沿孔壁障碍物处冲击，将障碍物击破或挤走，提出钻头。
钻头在冲击填充的片石时,冲击后弹起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住,钻头不能上下,可用小冲击钻冲动,或用冲吸的方法将卡在钻头上的石碴松动后再提出。
④钻头被溶洞顶板卡住时，可用漏斗形钢套管顺着大绳下入至钻头顶，导出钻头。
钻头提出后用小冲程慢慢修孔，必要时回填片石、黏土重钻。
钻头冲破溶洞顶板掉入溶洞,钻头倾斜,提不出来,应放小炮炸掉顶板岩,一般用药量为300～500g,一次不行可反复几次,在冲击到岩洞顶板时应采用小冲程打紧锤、打圆孔。
⑤发生卡钻事故后，不宜强提钻头,免得拉坏机械,拉断钢丝绳,掉钻头。
当钻头可以上下活动时，利用钻机上下提动钻头，并用撬棍拔动大绳使钻头旋转，反复多次，提出钻头。
6.3斜孔
由于溶洞面倾斜或出现探头石,致使钻头沿软的低的部位下滑造成斜孔。
解决办法是回填片石,三次以上无法调正就上报监理及业主，在取得同意后灌注水下砼,待强度形成后用小冲程打紧锤反复冲击,直至调正过来为止。
但过大的冲程会导致成孔不圆,造成斜孔,一般以2～4m为宜。
6.4漏浆
①在冲击成孔中,由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通,泥浆迅速流走,水头高度急剧下降,造成漏浆。
施工时要在孔边备足一定数量的片石和粘土,一旦出现漏浆,要及时回填片石、粘土冲
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