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岩溶地区钻孔灌注桩施工工艺、工法

利越集团有限公司长韶娄高速公路

岩溶地区钻孔灌注桩施工工法

本项目大部分桥梁桥址位于灰岩地区，溶洞发育，部分墩位处还存在土洞。部分溶洞在桩与桩间贯通，还有部分溶洞在墩与墩间贯通钢筋机械连接专项施工方案，更有某些桩位处多层溶洞间互相贯通，一根桩要穿过多个溶洞，最大的溶洞净高达17m，并且溶洞的填充物也各不相同。

1、岩溶地区钻孔灌注桩施工工艺流程图

钻孔灌注桩施工前采用推土机平整场地，清除表面草皮树根，挖除软土换填一般黏性土碾压密实，对于墩位底下有土洞的桩基础施工，如土洞顶部覆盖层较薄（小于3m）时，采用挖掘机直接开挖换填处理，避免土洞坍塌引起地面塌陷，钻机失稳。

水中墩如为死水，则可直接采用黏土筑岛，筑岛不仅要满足钻机施工需要，还要保证排水畅通。同时还应满足承台施工时承台开挖四周保护层厚度；如为活水区筑岛，则四周还应采取防冲刷措施，一般在四周堆码编制袋护坡，如水流较大，还应采取打入木桩，采用钢丝横联保护编制袋不被冲走。

组织精测人员对设计的桩位进行精密的定位，并报监理工程师检验。经监理工程师复测确认后，方可开钻。

在埋设护筒前，把桩位进行引桩埋设，便于护筒埋完后检查桩位情况。

1、护筒内径比桩径大200～400mm，采用5mm厚钢板卷制而成。

2、护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%。

3、旱地、筑岛处护筒采用挖坑埋设法，护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实。

4、护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m，还应满足孔内泥浆面高度的要求，在旱地或筑岛时还应高出施工地面0.5m。

5、护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般情况埋置深度为2～4m，特殊情况应加深以保证钻孔和灌注砼的顺利进行。

6、护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压，不漏水，不变形。

钻机就位前，对主要机具及配套设备进行检修后开始安装就位，接通水电。钻绳中心应与护筒中心重合。钻头挂上后，要反复核对中心位置，以免造成斜孔。将钻锥徐徐放入护筒内。钻机底座和顶端保持平稳，防止产生位移和沉陷，钻机的起吊滑轮线、钻锥和桩孔中心三者应保持同一铅垂线。

2.5泥浆的调制和使用技术要求

在砂类土、碎（卵）石土或黏土夹层中钻孔，宜采用膨润土泥浆护壁。在黏性土中钻孔，当塑性指数大于15，浮渣能力满足施工要求时，可利用孔内原土造浆护壁。冲击钻机钻孔可将黏土投入孔中，利用钻头冲击造浆。

针对不同地质调整泥浆指标，钻孔中泥浆比重不宜大于：砂黏土不宜大于为1.3，大漂石、卵石层不宜大于1.4，岩石不宜大于1.2。入孔泥浆粘度一般地层为16～22s，松散易坍地层为19～28s，含砂率不大于4%。

（1）、安放钻机前，底架应垫平，保持稳定，使之不产生位移和沉陷，使底盘底座平整。钻头中心与护筒顶面中心偏差不得大于5cm。

（2）、开始钻孔时，应采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔。如存在土洞，则在土洞以上范围内采用小冲程钻进，直到土洞处理完毕后进行正常冲击钻孔。

（3）、在钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤;勤抽渣，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量应按地质情况、钻头形式、钻头重量决定。

（4）、吊钻头的钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯和无断丝，安全系数不应小于12。钢丝绳与钻头间必须设转向装置并连接牢固，钻孔过程中应经常检查其状态及转动是否正常、灵活。主绳与钻头的钢丝绳搭接时，两根绳径应相同，捻扭方向必须一致，并定期检查，防止因钢丝绳崩断造成掉钻头。

（5）、钻孔工地应有备用钻头，检查发现钻头直径磨耗超过15mm时应及时更换修补。更换新钻头前，应先检孔到孔底，确认钻孔正常时方可放入新钻头。

（6）、为防止由于冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇筑混凝土强度，应待邻孔混凝土抗压强度达到2.5MPa后方可开钻。

（7）、为保证孔形顺直，应在成孔清孔前用检孔器检查。每次更换钻头时，亦必须检孔，将检孔器检到孔底方可放入新钻头。如检孔器不能下到原来已钻的深度，则可能发生了弯孔、塌孔或缩径等情况，应及时采取补救措施。

（8）、桩基施工队在钻孔施工中必须有完整、详细的书面工作记录，填写“钻孔记录表”，并仔细核对地质地层情况与设计是否相符，发现不符合设计时要及时上报。钻孔过程中发生钻孔事故要及时上报，以便及时组织处理。

（9）、桩在达到设计标高后，经核对设计资料无误，施工单位自检合格，填写有关检查资料。然后上报分管工程师，由分管工程师上报监理工程师，上报时连同施工记录、渣样一并上报。分管工程师接报后应立即组织有关人员进行孔深、孔径、孔位检查，经检查合格后，并报监理工程师检查，经监理工程师同意后清孔，清孔沉渣厚度要严格控制。

溶洞处理的三种常用方法：挤石造壁法、静压化学灌浆法、套内护筒法。

（1）熟悉桩孔处的地质资料，确定溶洞、土洞的埋深、大小、所处地质、溶洞内充填物类型、溶洞走向和地下水系情况，根据地质情况制定相应的处理措施。

（2）由于岩溶地区水平溶洞、溶沟和溶槽众多，不仅每个墩的桩孔间相连，而且墩与墩的桩孔之间也有贯通。到底先开哪个孔，需在详细的地质资料基础上，审慎选择。一般先开溶洞较小或孤立不连的孔，再开溶沟、溶槽走向下端的孔，待成孔后就可减少或者堵住其它地下水活动的通道，免于泥浆和砼的流失。钻孔顺序：上下游对称，并考虑孔与孔之间的相互影响。

（3）土洞处理：由于本标段部分桥址区存在土洞，如不加以处理可能会造成土洞坍塌，地面沉陷，甚至导致钻机失稳，造成安全事故。在施工前，如土洞埋深较浅（小于3m），拟直接开挖换填；如埋深大于3m，且土洞较大，能够导致安全事故的则拟采用预注浆填充处理；如土洞较小，不会引起安全事故则可在钻孔过程中，按溶洞处理方法处理（见下）。

（4）在钻孔作业前应制定相应的溶洞处理措施，并根据措施在施工现场备好所需的材料。

2.7.2溶洞顶部穿越措施及其判定特征

（1）钻机钻孔，操作人员要根据各桩位的地质钻孔资料，掌握岩溶位置及岩层的分布规律，钻进时应根据岩层的变化，采用不同的冲程和频率。并及时排渣，注意观察护筒水位的变化情况，采用泥浆护壁钻进时，应检查钻孔泥浆的各项指标，防止井壁坍孔，泥浆流失。接近溶洞顶板时，应逐渐改为小冲程、低频率钻进。

（2）当溶洞顶部被击穿时，泥浆面会急剧下降，此为判定是否打到溶洞的主要判定特征。此时应在事先就有准备好的泥浆泵，利用泥浆泵对孔内进行补浆，防止泥浆面下降导致孔壁坍塌。

（3）当冲击钻穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下轻提慢放，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的。岩溶处理如采用挤石造壁则尽可能的将顶面穿孔扩大，待回填完成后再对此部分进行成孔，避免冲锤被卡。

（4）击穿溶洞后，应采用测绳测出溶洞底面高度，结合溶洞顶面高度推算出溶洞内空高度，并对钻渣进行取样，做好相关记录。此部分工作应平行进行，尽量减少完成此部分工作的时间。

2.7.3、岩溶处理方案：挤石造壁

本方案适合于地下潜水或岩溶裂隙水压不大的溶洞。从经济上考虑时，如溶洞过大，回填方量较大，施工过程中难以保证将溶洞填满确保不漏浆，则不宜采用此方案。

（1）采用此方案的孔位周围应事先准备足够的小片石、黏土或风化石、袋装水泥。粘土要做成泥球状(φ15～20 cm)或饼状，用薄膜包裹，防止干裂，如孔内有裂隙水则还应准备一定数量的袋装水泥。钻孔作业在钻进距溶洞顶部0.3～1m时（视钻机钻进速度确定），必须有一台装载机到位备用，配合处理的工人也应带上工具在现场待命。

（2）当发现孔内泥浆面急剧下降时，则应立即补浆，提起钻头，待测量工作完成后，装载机立即向孔内回填片石和黏土，片石和黏土应混合均匀回填，每回填至一定数量往孔内投入袋装水泥，再回填，回填过程中应对回填层顶面高度进行测量，回填至高出溶洞顶面1m即可。

（3）回填工作完成后，可恢复钻孔作业。

（4）采用此方案常见问题及处理措施：

a、由于采用此方法，溶洞顶面没有完全击穿，回填的片石和黏土可能堵住孔口。在回填一定数量的片石和黏土后，测量确定回填层已高出溶洞顶面时重新钻进，重新回填，直至溶洞内被填满。

b、当回填完成后，钻孔钻进致溶洞内时，仍有漏浆现象。此时应重新回填、重新钻进，回填可加大袋装水泥的用量。

c、当回填后形成的孔壁无法堵住地下水时，可直接回填混凝土。

2.7.4、岩溶处理方案：静压化学灌浆法

本方案适用于溶洞内有填充物填满或有流沙的，或当溶洞为空洞或填充物不满（水洞），在钻孔桩施工前先进行预处理，采用本方法固结填充物和流沙，在桩体周围形成防水帷幕，另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪能力形成挡土墙，防止塌孔。

（1）溶洞中回填物如为砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾；溶洞中回填物如为稀土、亚粘土等土体，浆液通过劈裂、挤密作用加固土体；对无填充或半填充溶洞，浆液是通过充填作用填满溶洞。

（2）采用的化学浆应在几十秒内瞬间凝固，应控制浆液灌注在一定范围内且不流失，控制漏浆，提高材料的利用率。可采用水玻璃水泥浆。

（3）根据浆液的扩散半径在采用此方法的孔位四周均匀布置布4个灌浆孔，以使注浆后在桩四周形成防水帷幕。孔径80mm，孔深要求达到需处理的溶洞底部。

（4）采用双液灌浆系统进行全孔注浆，要求少量多次、反复灌浆。

（5）此方法可与桩基施工形成流水作业，可保证工期。

2.7.5、溶洞处理方案：套内护筒法

本方案适用于地下潜水或岩溶裂隙水较大，采用其他方法无法堵住漏浆或成本较大时，可采用此方法。

（1）采用此方法需将溶洞顶面完全穿过，使溶洞顶面岩层成孔垂直光滑，保证护筒能顺利下到溶洞底。

（2）若溶洞以下再无溶洞或下一个溶洞间隔较近时，同一直径护筒跟进至溶洞底板；若同一根钻孔桩遇溶洞间隔较远时，则改换小一级差的护筒随钻机的钻进而跟进。视溶洞的垂直距离而确定级差和护筒的跟进层数。“级差”和“跟进层数”的确定原则是视底节的变形程度和插打护筒的震动能力而定。

如需采用级差法护筒跟进时，开孔时宜选用较大号钻头，随着护筒的埋入更换钻头。内护筒直径应满足钻孔要求，外护筒内径应比内护筒外径大5cm左右，根据设计桩径需采用的内护筒的直径来确定外护筒的直径，以及在埋设外护筒时所用钻头的大小。

（3）最内层护筒长度的确定：最内层护筒的长度应从需处理的最后一个溶洞底面直接伸至地面。

为了节省钢护筒，在清孔后多层护筒须进行水下切割，保留最外层护筒，护筒切割后搭接长度为1.5m～2m。切割下的护筒可倒用至其它孔位。

（4）如溶洞底面为斜岩面，护筒底部可能只有一点或几点接触岩面，其余绝大部分悬空，张开面形成空洞。施工时必须先用小片石和黏土或者素砼采用挤石造壁的方法将空洞堵住，否则会造成护筒歪斜、钻头掉致洞外卡钻等事故。钻机钻进时用钻头反复低行程打密方法，在空洞处形成泥浆壁。打密过程中，一面挤石造壁，一面小行程切削高出的倾斜岩面，直至全断面进入岩层为止，钢护筒随之下沉，跳进就位。更换钻头正常钻进。

（5）由于孔低沉渣较厚，护筒可能无法沉至岩面，此时可采用正循环清孔配合护筒下沉。

2.8在钻孔过程中应经常检孔，如果检孔器被卡住，则应分析原因采取对策。如孔壁弯斜严重，检孔器不能放下去，则应填石重。

2.9根据溶洞的特性，应在桩孔钻孔施工前确定溶洞的处理措施，作好工前准备，合理组织。

（1）、钻孔深度达到设计标高后，应对孔深、孔径进行检查，符合有关规定后方可清孔。

（2）、在吊入钢筋骨架后，灌注水下砼之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，如超过规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下砼。

（3）、清孔时应注意事项

A、清孔必须采用砂石泵进行反循环抽渣。

B、在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔。

C、清孔后应从孔中提出泥浆试样，进行性能指标试验，试验结果应符合有关规定。

D、不得用加深钻孔深度的方式代替清孔。

（4）、清孔后泥浆的指标

成孔后，停止进尺，保持泥浆正常循环，以中速将相对密度在1.03～1.1之间的泥浆压入。清孔后泥浆的含砂率降到2%以下，粘度为17S～20S，相对密度不大于1.1，且孔底沉渣厚度不大于设计规定。清孔后灌注水下混凝土之前，泥浆比重等试验检测项目须由项目经理部派试验工程师专人检测石龙隧道右线施工组织设计，合格后由桥梁专业工程师及监理工程师同意后方可灌注水下混凝土。

（5）、沉渣厚度的控制

在成孔后在钻头栓钢丝绳的地方把测绳栓好，把钻头放到孔底，

再把钻头提高0.5～1m然后放下去3.四川省明星塔工程模板专项施工方案doc，这样测绳的长度+钻头的高度就为初始桩长。

在砂石泵抽渣完成下混凝土之前，立即下测绳测沉渣厚度。测绳下端要系有带重量的测头（测头可以采用几根钢筋头焊接或垂球），测沉渣时，抖动测绳，感觉锤头接触桩底时，读测绳上的刻度。然后和初始桩长进行对比就可得出沉渣的厚度。

钢筋笼采用钢筋场地分节预制，采用平板车运至施工现场，采用吊车按节吊装钢筋笼。吊装过程中，应保证钢筋笼对接顺直，可采用靠尺检查，或利用垂球从四个方向检查钢筋笼的垂直度。钢筋笼下放前应对中，保证钢筋笼中心位置符合要求，同时计算好吊筋的长度，保证钢筋笼的顶面高程。