岩溶桩基施工方案培训资料.docx

岩溶桩基施工方案培训资料

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2020年4月19日
文档仅供参考
桩基础施工方案

编制:
审核:
审批:

*******工程有限公司
********项目经理部

二零一七年二月

目 录

1、编制依据、编制范围 6
1.1编制依据 6
1.2编制范围 6
2、工程概况 6
2.1工程概况 6
2.2主要工程内容 7
2.3工程特点 7
2.4控制工程及难点工程 7
3、施工方案 8
4.桩基溶洞处理方案 9
5.溶洞处理措施 10
5.1.片石粘土筑壁 10
5.2.灌注水泥混合物 11
5.3.钢护筒跟进 11
5.3.1.单护筒跟进 12
15.3.2.双护筒跟进 13
5.4.注浆 16
5.4.1.注浆材料 17
5.4.2.注浆设备 18
5.4.3.注浆处理分类 18
5.4.4.注浆方法 19
5.4.5.注浆结束标准 20
5.4.6.注浆施工步骤及施工重点 20
6.溶洞处理方法 21
6.1.穿越溶洞顶板冲孔方法 21
6.2.穿越溶洞填充物处理方法 22
6.3.穿越溶洞空穴处理方法 22
7.特殊情况的处理方法 22
7.1.覆盖较厚砂层或淤泥层 23
7.2.溶洞底部岩面倾斜 23
7.3.三层以上串珠状溶洞 24
8.全岩面的综合判断 24
9.施工要点说明 24
10.钻孔桩常见事故预防及处理 26
10.1.坍孔 26
10.1.1.形成原因 26
10.1.2.预防和处理 27
10.2.钻孔偏斜 28
10.2.1.形成原因 28
10.2.2.预防和处理 28
10.3.掉钻落物 29
10.3.1.形成原因 29
10.3.2.预防措施 29
10.3.3.处理方法 29
10.4.卡钻 29
10.4.1.形成原因 29
10.4.2.预防和处理 30
10.5.埋钻 30
10.5.1.形成原因 30
10.5.2.预防和处理 30
10.6.扩孔和缩孔 31
10.6.1.形成原因 31
10.6.2.预防和处理 31
10.7.钻孔漏浆 32
10.7.1.形成原因 32
10.7.2.预防和处理 32
11.钻孔桩断桩常见事故及处理 32
11.1.首批混凝土封底失败 33
11.1.1.事故原因和预防措施 33
11.1.2.处理方法 34
11.2.供料和设备故障使灌注停工 34
11.2.1.事故原因和预防措施 34
11.2.2.处理方法 34
11.3.灌注过程中坍孔 34
11.3.1.事故原因和预防措施 34
11.3.2.处理方法 34
11.4.导管拨空、掉管 35
11.4.1.事故原因和预防 35
11.4.2.处理方法 35
11.5.灌注过程中混凝土上升困难、不翻浆 35
11.5.1.事故原因 35
11.5.2.补救措施 36
11.6.灌注高度不够 36
11.6.1.事故原因和预防 36
11.6.2.处理方法 36
12.监测监控 36
12.1.观测原则 36
12.2.观测点布置 37
12.3.观测周期 37
12.4.建筑物沉降稳定标准 37
12.5.观测资料及整理 37
12.5.1.观测资料整理 37
12.5.2.观测成果 37
13.质量保证措施 38
13.1.成孔质量保证措施 38
13.2.混凝土质量保证措施 39
13.2.1.组织保证措施 39
13.2.2.原材料的质量保证措施 40
13.2.3.混凝土配合比设计与管理 40
13.2.4.混凝土生产的质量控制 41
13.2.5.混凝土浇注质量控制 41
14、安全控制措施 43
14.1地面塌陷 43
14.1.1预防岩溶地段地面塌陷措施 43
14.1.2地面塌陷的治理方法 43
14.2临近既有重要公路及建筑物的处理 43
14.3其它注意事项 44
15、环保措施 44
15.1防止水体污染 44
15.2防止空气和噪声污染 45
15.3文物保护 46
16、施工应急预案 46
16.1 应急救援预案内容 46
16.2安全预案领导机构及职责 46
16.2.1安全预案领导机构 46
16.2.2 安全预案机构职责 46
16.3突发事故报告、应急措施及处理 47
16.3.1 突发事故报告 47
16.3.2 救灾防备措施 48
16.3.3 突发事故的应急处理措施 48
16.3.4突发事故的调查及处理 51

岩溶桩基施工专项方案
1、编制依据、编制范围
1.1编制依据
⑴桥梁工点施工图;
⑵现场踏勘调查所获得的工程地质、水文地质、当地资源、交通状况及施工环境等调查资料;
⑶国家及贵州省的现行施工规范和招标文件要求的施工和验收规范、规则、质量技术标准,以及贵州省在安全文明施工、环境保护、交通组织等方面的规定;
⑷国家及贵州省关于安全生产和环境保护等方面的法律法规;
1.2编制范围
********道路工程第一标段范围内所有岩溶地区的桥梁工点桩基施工。
2、工程概况
2.1工程概况
*********。桥梁基础设计采用桩基础、明挖基础。桩基均采用钻孔灌注桩,桩径为1.4m、1.5m、1.6m、1.8m、2.0m、2.2m。
项目区整体地形自北向南地形先降低再升高,以山岭重丘地貌为主,是比较典型的山岭重丘区,区域内海拔在945～1225m之间。
关岭区境内气候呈立体状,跨越南温带、北、亚热带、中亚热带,主要以中亚热带季风湿润气候为主,四季分明,热量充分,水热同季,境内12.5%的低热河谷地区有”天然温室”之称。累计年平均气温为16.2℃,年平均最高温气为16.9℃,最低气温15.4℃,雨量充沛,年降水量1205.1～1656.8毫米,是全省降水中心之一。
地表水系发育,水质良好,对混凝土无侵蚀性。岩溶水是本工程主要的地下水类型,广泛分布于碳酸盐岩中。沿线地下水类型主要为松散岩土类孔隙潜水、碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水。
从地质资料上和现场实际情况揭示,根据调查及钻探显示,底层主要为红粘土、强风化白云岩、中风化白云岩。
桥址下基岩面起伏较大,岩溶发育,溶沟溶槽发育,溶洞大小不一,埋深差异较大,部分呈串珠状发育。
2.2主要工程内容
桥址下岩溶强发育,岩溶给桥梁施工带来很大的麻烦和风险,岩溶处理主要内容为岩溶注浆、护筒跟进、回填粘土片石混合物、回填混凝土。
2.3工程特点
岩溶分布广泛,溶洞层数多,单层高度大。
2.4控制工程及难点工程
(1)钻孔击穿溶洞后,导致泥浆流失,泥浆面迅速下降,造成塌孔,这类问题是最常见;
(2)钻孔击穿溶洞后,造成塌孔,导致地表发生塌陷,这类问题在遇到大型溶洞且地表土质较差时容易发生;
(3)钻孔击穿溶洞后,因操作不当造成钻头卡住或掉入溶洞内,这类问题在施工中也经常遇到;
(4)斜岩层钻孔发生偏孔;
(5)即使采取了可靠措施,防止了钻孔过程中的塌孔,但在水下混凝土灌注时,到灌注到一定高度后,停灰面突然下降,导管底露出停灰面,导致断桩;
(6)即使采取了可靠措施,防止了钻孔过程中的塌孔,但穿过溶洞后,因地下暗河大规模型溶洞,即使大量补浆,泥浆面仍停留在地下水位面处,导致泥浆无法循环,钻渣不能排出孔外,钻进停止不前;
(7)即使能成孔,在水下混凝土灌注时,到停灰面到达大规模型溶洞后,混凝土大量流向溶洞内,停灰面长时间不能上升,时间长了后表层凝固,导致断桩;
(8)其它遇到的问题:岩溶区钻孔桩一般入岩较深,施工周期长,机械设备磨损快,往往在钻孔中不注意检查发生钢丝绳断裂而造成钻头掉入孔内。
3、施工方案
岩溶处理施工必须按照设计要求进行施工,总体方案是采用岩溶注浆将溶腔填注满,采用抛填片石、钢护筒跟等方法进顺利使桩基成孔,然后顺利灌注完,采用回填同扩大基础标号混凝土将溶腔填满,使扩大基础受力均匀。在岩溶处理时,必须向监理工程师报检,并应邀监理工程现场旁站,并留存好影像资料。在施工过程中,如地质情况与设计不相符合,必须要及时报给地质工程师。
桥梁钻孔桩必须明确每根桩的施工处理措施和预估工程数量,岩溶处理专项施工方案必须报监理、设计和业主单位审批,经审查方案切实可行后方可进行岩溶处理施工。
4.桩基溶洞处理方案
为了根据溶洞的发育规模而在钻孔时采取相应的应对措施,需对溶洞做判断和分类,按照溶洞的大小及有无充填物情况,溶洞分为小型溶洞、一般溶洞、大型溶洞、特大型溶洞,具体详见下表:

类别
溶洞特征
充填物情况
小型
溶洞
单层洞高小于3m,全填充,漏水或半漏水小型溶槽、溶沟、小裂隙等
粉砂、硬塑或软塑状粘土
一般
溶洞
洞高小于3m的半填充溶洞或3～5m的全填充溶洞,二层以下串珠状溶洞
粉砂、硬塑或软塑状粘土
大型
溶洞
二层以上串珠状有充填溶洞;5m以上全充填溶洞。
粉砂、硬塑或软塑状粘土
特大型溶洞
大型溶洞,多层串珠状已充填或充填物差的溶洞。溶洞的规模覆盖到相邻桩位或更大。
无填充或填充物为流塑状

溶洞处理方案选定原则详见下表
溶洞高度
填充情况
处理方案
备注
3m以下

填粘土和片石、钢护筒跟进等
以上处理方式效果不明显时,可采取注浆加固处理
3-5m
全填充
填粘土和片石、钢护筒跟进等
半填充或无填充
填粘土和片石、填低标号砼、钢护筒跟进等
5-10m
半填充或无填充
填粘土和片石、填低标号砼、钢护筒跟进等
无填充
填粘土和片石、填低标号砼、双层钢护筒跟进等
10m以上
全填充
填粘土和片石、填低标号砼、钢护筒跟进等
半填充或无填充
填粘土和片石、填低标号砼、双层钢护筒跟进等
5.溶洞处理措施
5.1.片石粘土筑壁
对于3m以内的小型溶洞主要采取填充法进行处理:当溶洞小于钻头直径时,按常规方法钻进;比钻头直径大的溶洞,容易发生钻头被夹、被卡或歪斜现象,采取回填措施,即:当穿过洞顶板后提出钻头,向孔内投入粘土、片石,片石直径20cm左右;片石、粘土采取分层抛填入孔,抛填比例按1:1施工,先抛入片石,再抛入粘土,依次循环进行,直至填充物高出溶洞顶以上1～2m后,再放入钻头,小冲程高频率冲击穿过空洞,不盲目追求进尺,将粘土和片石挤入孔壁,实现人工造壁。冲击过程中要注意孔内水位变化情况,如果孔内泥浆下降较快,应及时向孔内补充泥浆,测量并控制冲孔深度至溶洞顶距离小于50cm时,提出冲锤,向孔内继续抛填片石、粘土,然后再进行冲孔,如此往复直至穿过溶洞后逐渐加大冲程至正常冲孔速度。
钻至距离溶洞顶部1米左右时,准备足够的小片石(粒径为10～20cm)和粘土,对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。快钻至溶洞时,装载机要在孔口旁就位,一旦漏浆,立即回填。
对于空溶洞或半充填的溶洞,在击穿洞顶之前,应有专人密切注意护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆面下降,应迅速补水,然后根据溶洞的大小按1:2的比例回填粘土块和片石,进行冲砸堵漏,只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此重复使钻孔顺利穿越溶洞。有空洞的桩,一定要控制冲程,以免钻头突然进入空洞,造成钢丝绳断裂或钻机前倾。
对于溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥,进入溶洞后也应向孔内投入粘土块、片石混合物(比例1:1),冲砸固壁,防止孔壁坍塌。
5.2.灌注水泥混合物
钻孔穿越溶洞,漏浆太快散填难以达到封堵目的时,应采用集中抛填,将粘土、片石和袋装水泥或混凝土集中填入,要求短时、集中。 
对于溶洞的高度在2～5m,且洞内为无填充物的溶洞,冲孔至溶洞顶板岩层时,泥浆突然下降,补给泥浆不能回升,则采取先填充碎石、砂混合物和袋装水泥,使溶洞空洞形成一个自然圆锥体。然后用小冲程冲击将混合物挤压到溶洞边形成一定厚度和强度的水泥浆碎石护壁,混合物将空隙初步堵塞后,停止冲击。24h后,待混合物的强度达到2.5MPa后再继续冲击,穿过溶洞。
5.3.钢护筒跟进 
1.护筒的加工
钢护筒直接在工厂定做,护筒壁厚16mm,长度4m/节,护筒直径根据桩径、溶洞层数选取几种并提前通知加工厂家。使用时在现场按实际情况接长。护筒使用前在底部外侧加焊一圈12mm钢板作刃脚,刃脚高度10cm。套多层护筒时冲锤直径要根据护筒直径进行调整。
2.护筒加工拼接质量
由于钢护筒仅比设计桩径大20～30cm,而长度又较长,故护筒的制作、加工及拼接的精度、准确性要求较高,特别是施工现场的拼接质量控制。为此在护筒拼接前必须逐段对各护筒进行筒径、长度的检查,做好标识,并设置导向钢板,以保证其顺直度。
逐段拼接,施放护筒,直至其不能自行下落,然后采用振动锤施打至预定深度。
在护筒埋设过程中,需要注意:
(1)护筒逐段拼接时,段与段之间拼接的顺直度要控制好,以防止折曲。
(2)孔口定位,护筒口中心要保证与桩基中心基本重合,然后将其与地面外护筒用钢板连结固定。
(3)护筒底部刃脚处加强,以防在施打过程中发生卷刃。
3.护筒底部处理
由于基岩顶面的不平整,护筒底部不可能周边全断面接触,这样就可能造成此处发生以下问题:
(1)振力过大时,护筒滑偏,底部变形。
(2)底部漏浆,坍塌。
为尽量避免此类问题发生,我们主要采取在护筒振动下落时参照地质资料控制好护筒的入土总深度,并加强护筒刃脚。护筒就位后,在基岩面附近重复回填粘土、片石并掺加水泥,冲击造壁。 
5.3.1.单护筒跟进
空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞条件下的桩基施工采取振动锤下沉钢护筒到基岩,钢护筒下到岩面以后,即开始对覆盖层和顶板进行冲钻。在覆盖层中冲钻方法与一般冲击钻孔相同;在岩石地层中以十字型钻头冲击基岩成孔,岩层中钻进时,泥浆比重控制在1.3～1.5。当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔,提出钻头,进行溶洞区水下混凝土的灌注,混凝土采取低标号混凝土,混凝土配合比由现场试验确定,保证每批混凝土坍落范围在3cm左右。混凝土灌注采取间歇灌注方法(以免混凝土流失太远造成浪费),直至到达溶洞顶面以上1m,待混凝土达到强度后继续钻孔,钻孔穿过低标号混凝土成孔。
图9 单护筒跟进施工工艺流程图

5.3.2.双护筒跟进
充填物为流塑状或空洞较大的多层溶洞条件下的桩基施工采用双护筒跟进方式冲击成孔。

图10 双护筒跟进施工工艺流程图
1.内护筒参数
(1)穿越砂层的护筒用振动锤打入时长度一般不超过10m;
(2)穿越砂层的护筒跟进放入时,分段长度一般不超过6m,护筒穿过砂层进入粘土层1m即不再跟进护筒或至溶洞顶,内外护筒间搭接至少0.5m;
(3)护筒穿越溶洞时的长度按下式计算:护筒长度L＝h＋H(m)(h为地质超前钻确定的溶洞高度,H为溶洞顶到地面加0.3m的高度)。
(4)外护筒内径一般大于桩径20~30cm。最后一层内护筒内径大于桩径10cm,外径小于上一层护筒内径10cm左右。再上层护筒直径以此类推。
2.溶洞顶部冲孔
根据超前钻的资料,当钻孔施工接近溶洞顶部时,采用冲击钻机冲孔,冲孔钻头外径比拟放入钢护筒外径略大2~3cm。用冲击钻冲孔时,要求轻锤慢打,使孔壁圆滑坚固,提升高度一般不超过0.5m。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查,其它施工工艺及注意事项与常规相同。
3.沉放方法
(1)当冲击穿过溶洞顶部时要重复提升冲锤,在顶板厚度范围上下慢放轻提,冲锤不明显受阻碍,说明顶部已成孔而且是圆滑垂直的,此时用钢丝绳活扣绑住内护管,下内护筒时,应在护筒外侧焊导向板以起到导向作用,防止偏位。用吊机(或钻机自吊)把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后,内护筒不会靠自重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。
(2)护筒就位可利用振动锤进行;或用工字钢自制一压架,压架大于内护筒小于外护筒并卡在外护筒壁上,防止掉入内护筒内,压架侧面的下方固定两根细钢丝绳,内护筒放入后,放入冲锤,以0.5m的冲程打击压架,将内护筒压至溶洞底。
4.护筒间空隙处理
(1)当为全填充溶洞时,此间隙不需处理。
(2)当溶洞内无填充或半填充时,由于地下水位较高,洞内被水充满,为防止冲孔时水泥浆流失或浇注的混凝土流失,在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石(中间段填土),用静压化学灌浆法对底部及内外护筒间隙100cm范围内的回填体进行灌浆处理。灌浆后,内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结,固结后其抗渗系数可达10－7m／s。灌浆处理后,即可重新冲孔。
(3)对于需要处理多层溶洞的桩基,一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是为了增加溶洞底部(同时有可能是下层溶洞的顶部)附近填充物的密度和强度,而且增加内、外护筒间的胶合力。
(4)重新冲钻,直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时,经监理工程师同意即可终孔。 
5.4.注浆
溶洞层数较多,为串珠状。溶洞部位勘察准确,洞高大于0.5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,采取注浆措施,提供成孔条件穿过溶洞。预灌浆利用水泥形成的浆液,在一定压力作用下注入溶洞中以及溶洞孔隙中,首先是填充岩溶裂隙,其次是回填溶洞空腔。

图11 岩溶地段桩基注浆工艺流程图
5.4.1.注浆材料
单液浆以水泥为主,岩溶空洞应灌入水泥砂浆或注入拌有粉煤灰的水泥浆;双液注浆以水泥和水玻璃为主体(或粉煤灰)适宜调配而成。
水应是可饮用的河水、井水或其它清洁水,含油脂、糖类或酸性的水和工业废水不可使用。
水泥采用普通硅酸盐水泥,水泥标号为PO32.5。水泥应保持新鲜,一般不应超过出厂日期三个月,受潮结块不得使用,水泥的各项指标应符合验收标准。
水玻璃采用35～43Be′,模数在2.4～3.0,以及惰性材料砂和粉煤灰均应符合现行标准。
5.4.2.注浆设备
表13 注浆所需设备表
5.4.3.注浆处理分类
溶洞内充填物呈松散或软塑状态,且溶洞较小时,可直接注入水泥浆,空隙较大的部位可注入水泥砂浆。
溶洞内无填充物或填充物较少,且溶洞小时,先向洞内填充砂子,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。
溶洞内无填充物或填充物较少,且溶洞较大时,先灌入碎石,然后进行注浆,钻孔直径不小于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。
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,经过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。
5.4.4.注浆方法
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3m,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=0.5:1。若用水泥砂浆,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。
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7cm,比钢套管内径要小。注浆时,经过注浆泵上的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。
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。
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。
5.4.5.注浆结束标准
1.当注浆量小于20L/min,注浆压力达到0.5～1.0MPa时,并持续10min时。
2.岩溶裂隙不发育和岩层完整的钻孔,注浆压力达至1.0～1.5MPa,浆液难以注入时。
3.单孔注浆量达到平均注浆量1.5～2.0倍以上,且注浆量明显减少时。
4.冒浆点已出有效距离3～５m时。
5.若注浆达10m³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,继续注浆或改为双液注浆。
5.4.6.注浆施工步骤及施工重点
1.注浆应先深溶洞后浅溶洞,并按每根钻孔中心位置先外后内的顺序进行,采用自下而上注浆方式。
2.注浆过程中加强地面观测,并作好记录,当地表升降达到10mm/d,水平位移超过5mm/d,在既有线及既有建筑附近应暂停注浆,特殊情况应及时上报有关部门处理。
3.对于注浆效果较差地段应进行补充注浆。
4.注浆压力控制:注浆压力一般控制在0.3～0.5MPa,最大压力1.5MPa,当注浆压力超过1.5MPa时,可停止注浆;必要时可间歇式注浆。
5.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。
6.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,依靠冲挤在溶洞内形成粘土的围护结构墙,保持孔内泥浆高度,使冲钻顺利进行。
7.接近溶洞时,采取轻锤冲击、加大泥浆浓度的方法成孔,以防卡钻和掉钻。 
6.溶洞处理方法
6.1.穿越溶洞顶板冲孔方法
当钻孔接近顶板时,往往由于岩面倾斜,出现钻头摆动,或撞击护筒和孔壁,或冲击声音减弱等现象,说明钻头已经接近顶板。在桩基冲孔过程中,钻至离溶洞顶部1米左右时,容易造成冲孔钻头突然在一侧或固定方位穿洞产生卡钻事故。每遇到一层溶洞,当钻头将要穿越溶洞顶板底之前,无论是否漏浆,是否为充填溶洞均应向孔中投入一定数量的比例为1:1的片石、粘土,然后在1～1.5米范围内变换冲程,用0.5m的小冲程冲击投下的混合物,使其挤入裂隙、溶洞内,如此重复操作,多次挤入溶洞通道固壁,逐渐将洞顶击穿。
钻头穿越溶洞时要密切注意主钢丝绳的情况,以判断是否歪钻。若歪钻应按1:1的比例回填粘土块和片石或填充素混凝土至弯孔处0.5m以上,素混凝土强度必须达到2.5MPa后才能重新冲砸。
对于空溶洞或半充填的溶洞,特别是地质资料显示漏浆的溶洞,在击穿洞顶之前,要有专人密切注意护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆面下降,首先应迅速补水,然后用铲车及时将准备好的片石、粘土、水泥按适当的比例抛入,直至孔中的泥浆停止下降,并慢慢上升,此后可用钻头进行适当挤压,直至把桩基周围的溶洞都填满或堵死为止,只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进,如此重复使钻孔顺利穿越溶洞。如果孔内水位继续下降,此时应考虑将钻机撤离,防止坍孔埋机。
6.2.穿越溶洞填充物处理方法
溶洞填充物多半是沉积而成,是一种可塑性填充物,在桩基冲孔过程中,容易造成漏浆、坍孔和埋钻。因此,在钻孔穿越溶洞填充物时,必须采取的措施是:首先往钻孔中回填片石和粘土,实施造壁处理;然后往孔内灌注混凝土,造成人工填充物护壁,经过冲孔－回填－冲孔重复作业成孔。即将回填料均匀灌注到钻孔四周,回填到一定高度用钻头适当夯实,使回填料压入溶洞顶部内,而且增大孔周填充物的密度,待泥浆回升到护筒口形成循环流动以及待填料凝固到一定强度之后继续冲孔。
6.3.穿越溶洞空穴处理方法
若溶洞内没有填充物,冲孔至溶洞顶板岩层时,泥浆突然下降,补给泥浆不能回升,也不能保持循环流动。此时,必须往孔内回填片石、粘土或混凝土,使溶洞空洞形成一个自然圆锥体。然后在圆锥体内实施冲孔,使孔周围形成一定厚度和一定强度的护壁,保证泥浆回升到孔口形成流动循环。
若溶洞内没有填充物,溶洞顶板岩层上部土质松软,孔壁极易坍塌,此时必须对桩孔实施护筒护壁的方法。冲孔时先将溶洞顶板岩层冲掉,然后冲平溶洞底部岩层。在溶洞底部的钻孔四周回填大约1m高的粘土,护筒垂直地插入粘土堆内,保证护筒不漏浆,待泥浆回升到孔口形成循环流动之后继续冲孔。必须注意,护筒护壁方法由于钻孔加大,施工难度较大,工程费用较多,只有在个别大溶洞且泥浆流失严重,泥浆不能形成循环流动的情况下才采用。
7.特殊情况的处理方法
7.1.覆盖较厚砂层或淤泥层
根据详勘资料揭示,该桥位于岩溶发育的地区,地表覆盖层较厚,上覆淤泥层,该层埋深0.00～17.50m,层面标高-13.85～4.14m,层厚0.40～17.80m,平均厚度7.72m,基本载力为40kPa。地下水位较高,埋深0.2～5.1m,标高-0.202～5.555m。当下部无填充溶洞顶板击穿后极易造成孔内泥浆大量漏失,使上部土层护壁非常困难,容易引起孔壁垮塌,造成成孔失败。对于此类桩基,将外护筒加长,穿越淤泥层。外护筒打入后即可按正常方法进行冲孔,冲至护筒底后如为较好土层则正常冲孔;如为砂层,则在砂层中投入适当的优质粘土,增加泥浆的比重和粘度,泥浆比重1.2～1.5,采用2～3m冲程,重复冲击造成坚实孔壁,防止塌孔,如下部砂层很厚则要不断投入粘土块、小片石、水泥增强护壁功能。
7.2.溶洞底部岩面倾斜
溶洞底部基岩岩面起伏变化大,使桩孔穿越土层进入基岩时,容易发生桩孔偏斜、垂直度超标,特别是在大型无填充溶洞如果处理不好极会发生折桩的质量事故。为此在冲孔中主要采取以下措施:
1.提高警惕,加强观察,冲击过程中,一旦发现钢丝绳偏摆严重,说明孔底不平或软硬不均,冲锤已出现歪斜,此时立即停钻,投入片石或低标号混凝土,采用1.0m的小冲程,低锤密击,泥浆比重1.3,防止冲锤在倾斜岩面发生”顺层跑”而造成斜孔,待岩面冲出台阶后再逐渐加大冲程。
2.在极特殊情况下,桩位可能一边为溶洞,一边不是溶洞,不论是全填充溶洞还是无填充溶洞,都很难处理,特别是无填充溶洞很容易发生卡锤、锤头脱落、锤翼崩落的事故,此种情况,不论溶洞多大,只有用片石或低标号混凝土将溶洞填满,耐心采用低程勤击的方法冲击修整。
7.3.三层以上串珠状溶洞
本工程中串珠状溶洞较多,3层以上溶洞有171根,从详勘资料来看,3层以上溶洞中,一般只有1～2层为3m以上溶洞,其它层为3m以下溶洞,层与层间顶板较薄,这类溶洞在冲孔时,有可能使下层溶洞顶板(同时为上层溶洞底板)大块掉落,从而造成上层溶洞坍孔。为此主要采取以下措施:
1.由于是溶洞内的坍孔,一般不会危及覆盖层,更不会危及地面,如果此时上下层溶洞总高度超过3m,则下内护筒处理,否则在坍孔后及时向孔内抛填片石等重新处理。
8.全岩面的综合判断
1.以桩孔实际见岩高程开始,至少进尺50cm后,可申报全岩面检验,图纸所示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,钻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。
9.施工要点说明
1.对于洞体较大,填充物为流塑状态时,采用孔口下3～4m的钢护筒,四周加固,以稳定孔口。对于土质较差的孔口,在护筒下部浇筑35cm厚的混凝土,或者在护筒四周回填粘土、片石加水泥并分层夯实。
2.由于石灰岩地区除溶洞外裂隙一般也均比较发育,施工中某些漏浆是由于裂隙的贯通而引起的。因此在进尺过程中保持较大比重的泥浆,在遇到贯通裂隙时可控制浆液的流失速度,并对裂隙的封堵具有较好的效果。与普通的钻孔桩所用的泥浆相比,岩溶地段处所需的泥浆质量和比重要加强,其技术指标应符合:比重:1.2～1.4;粘度≮20s;胶体率≮95%;PH值>6.5。
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、锯末、碳酸钠、烧碱,以提高泥浆的胶体率,悬浮能力。锯末按粘土体积的10%掺入。
3.施工规范要求导管的埋置深度应控制在2～6m。但由于石灰岩地区地质情况的复杂性,成孔中遇到的溶洞经投入片石和粘土重复冲砸处理,在浇筑水下混凝土时混凝土流失量就会较少。但有时会出现混凝土面上升极缓,有时孔内泥浆面还伴有轻微下降,此时可判断为溶洞。该溶洞可能靠近孔壁,钻孔时由于孔内泥浆护壁等原因,对溶洞没有产生扰动和挤压,浇筑混凝土时孔壁受到冲击和挤压而使溶洞显现出来。孔壁遭到严重破坏时,会造成混凝土急剧流失,如果导管埋深较浅,容易使导管口外露,形成断桩。
因此为保证溶洞地段桩基水下混凝土的顺利灌注,导管埋置深度经过反浆及导管提拔难易程度来控制,基本上均大于规范规定的6m。
4.灌注水下混凝土之前,必须严格控制二次清孔,这对保证桩身质量及混凝土强度与均匀性将起到良好的效果。在灌注水下混凝土时,由于溶洞存在且相互连通,使桩基混凝土体积增加,应根据拌和混凝土次数计算灌注到孔内混凝土的体积,并量测灌桩时混凝土上升的高度,据混凝土上升部位和灌注混凝土数量估算成桩直径大小和是否漏浆等情况。
5.桥桩基均按柱桩设计,桩底沉渣厚度不应大于5cm。
6.为防止钢筋骨架上浮,当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时,应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到骨架底口4m以上时,提升导管,使其底口高于骨架底部2m以上,即可恢复正常灌注速度。
7.灌注的桩顶应比设计高出一定高度,一般为1.0m,以保证混凝土强度,多余部分接桩前必须凿除,残余桩头应无松散层。
8.钻孔桩浇筑混凝土后,应进行质量检查。采用声波透射法或瞬态激振时域频域法(低应变法)按混凝土基桩总数的100%进行检测:桥梁基桩桩径小于2m,桩长一般不大于40m,采用瞬态激振时域频域法(低应变法);桥梁基桩桩径大于等于2m或桩长大于40m时,采用声波透射法。对质量有疑问的桩,钻取桩身混凝土进行检测,柱桩取芯检测至桩底0.5m以下。
9.群桩中心在承台底面处的偏差不得大于5cm。
10.本桥岩溶发育,岩溶施工过程中应根据实际情况采取相应措施,相关处理工程量应经监理、业主等确认。
10.钻孔桩常见事故预防及处理
常见的钻孔(包括清孔时)事故及处理方法分述如下:
10.1.坍孔
坍孔的特征是孔内水位突然下降,孔口冒细密的水泡,出渣量显著增加而不见进尺,钻机负荷显著增加等。冲孔穿越岩溶地区覆盖层,或穿越溶洞有充填物时易产生坍孔。
10.1.1.形成原因
1.泥浆相对密度不够及其它泥浆性能指标不符合要求,使孔壁未形成坚实泥皮。
2.由于出渣后未及时补充泥浆(或水),或河水、潮水上涨,或孔内出现承压水,或钻孔经过砂砾等强透水层,孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。
3.护筒埋置太浅,下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软,或钻机直接接触在护筒上,由于振动使孔口坍塌,扩展成较大坍孔。
4.在松软砂层中钻进进尺太快。
5.水头太高,使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。
6.清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低。
7.清孔操作不当,供水管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔停顿时间过长。
8.吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。
9.当钻头击穿溶洞顶板时若不及时回填则容易造成塌孔。 
10.1.2.预防和处理
1.在松散粉砂土或流砂中钻进时,应控制进尺速度,选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。
2.发生孔口坍塌时,可立即拆除护筒并回填钻孔,重新埋设护筒再钻。
3.如发生孔内坍塌,判明坍塌位置,回填砂和粘质土(或砂砾和黄土)混合物到坍孔处以上1m～2m,如坍孔严重时应全部回填,待回填物沉积密实后再行钻进。
4.清孔时应指定专人补浆(或水),保证孔内必要的水头高度。供水管最好不要直接插入钻孔中,应经过水槽或水池使水减速后流入钻中,可免冲刷孔壁。
5.吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入,严防触及孔壁。
6.在钻至溶洞顶板前必须做好相应的应急准备,应急物资在孔口附近待命,击穿溶洞顶板,孔内水位下降时迅速回填粘土和片石,并加大泥浆比重,待孔内水位稳定后再以小冲程继续钻进。
10.2.钻孔偏斜
岩溶地区存在很多溶洞和溶槽,且岩面陡斜。当冲孔至陡斜面时,钻孔向岩层面下斜的一侧倾斜,使钻孔不能满足斜率小于1%的要求。
10.2.1.形成原因
1.钻孔中遇有较大的孤石或探头石。
2.在有倾斜的软硬地层交界处,岩面倾斜钻进;或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进,钻头受力不均。
3.扩孔较大处,钻头摆动偏向一方。
4.钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。
10.2.2.预防和处理
1.安装钻机时要使底座水平,起重滑轮缘、和护筒中心两者应在一条竖直线上,并经常检查校正。
2.控制钻机速度。斜面钻孔作业,采用小冲程,重复回填片石将斜面冲平后再按正常速度钻进。
3.钢丝绳松放适度,以不致钻头晃动为准,一般每次松放2m。要经常检查钻机主绳中心位置的变化,判断空位是否偏斜。
4.回填片石、黏土修孔。回填高度至斜孔部位以上0.5m,以小冲程重复回填冲砸。
5.孔位岩面倾斜度较大,则直接灌注混凝土,待混凝土达到一定强度后,重新钻进。
6.灌注水下不扩散混凝土重钻修孔。有的钻孔处岩面倾斜较大,或一半岩、一半土的情况,回填片石也无法纠偏,能够顺其倾斜方向继续钻孔,大致到设计孔位外时,向孔内灌注混凝土,至开始偏斜的部位以上0.5m,3d后强度达到15MPa,即可重新钻孔。
10.3.掉钻落物
在桥桩施工产生卡钻和埋钻后,钻头和提升器件分离,掉落在钻孔中。
10.3.1.形成原因
1.卡钻、埋钻时强提强扭,操作不当,使钢丝绳超负荷或疲劳断裂。
2.操作不慎,落入扳手、撬棍等物。
10.3.2.预防措施
1.开钻前应清除孔内落物,零星铁件可用电磁铁吸取,较大落物和钻具也可用冲抓锥打捞,然后在护筒口加盖。
2.经常检查钢丝绳和联结装置。
10.3.3.处理方法
掉钻后应及时摸清情况,若钻头被沉淀物或坍孔土石埋住应首先清孔,使打捞工具能接触钻头,然后进行打捞。
10.4.卡钻
10.4.1.形成原因
1.当钻孔深度至钻穿溶洞顶板时,由于溶洞顶板岩层厚薄不均匀,在钻孔的面积上,一侧先贯穿,而且先贯穿的侧面又是溶洞,则钻头就可能随斜向掉下,沉入溶洞内。随着将钻头提起,未钻穿部分的溶洞顶板将钻头卡住,无法拔起。
2.孔内出现梅花孔、探头石、缩孔等未及时处理。
3.钻透被坍孔落下的石块或误落入孔内的大工具卡住。
4.入孔较深的钢护筒倾斜或下端被钻头撞击严重变形。
5.钻头尺寸不统一,换用新修补的钻头,焊补过大,未经扩孔就用大冲程冲击。
6.下钻头太猛,或钢绳过长,使钻头在孔内碰撞倾斜卡在孔壁上。
10.4.2.预防和处理
1.上下轻提钻头,并用撬棍将钢丝绳左右拔移、旋转,使钻头能沿下落的方向提出。
2.卡钻后轻提,经提不动时,探准卡钻位置,可用小冲击钻头冲或用冲、吸的方法将钻头周围的钻渣松动后再提出。
3.采用强提法和爆破震动法。可采用滑轮组、吊机和钻机相互配合强提,或用千斤顶的办法,将钻头提出。如果强提无效,可用水下小爆破震动法将钻头松动后提出。
4.施工中注意保持护筒垂直,防止倾斜;钻头尺寸应统一,下钻应控制钻进速度,不要过猛过快。
5.应经常检查钻头直径,磨耗不应超过1.5cm;应备有钻头轮换使用,磨耗的钻头及时补焊;更换新钻头宜先用小冲程冲击一段时间;在穿越溶洞顶板时,使用小冲程钻进。
10.5.埋钻
10.5.