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摘要:
徐州北三环高架桥桩基遇溶洞率达90%以上，施工中漏浆严重成孔困难。为保证桩基质量，本项目采用了一系列针对措施，有效地解决了桩基成孔技术难题。通过实践检验，本工程桩基一类桩合格率100%，满足施工质量要求且经济效益明显，为今后类似工程提供了宝贵的经验。
关键词:
高架桥梁；桩基成孔；溶洞处理
在桥梁桩基施工中，对比一般地质而言遇到溶洞无疑是令工程技术人员最为担心的，如处理不好将会造成卡钻、掉钻、埋钻、漏浆甚至引起地面坍塌等事故发生，造成质量及经济上的重大损失。为此，在取得超前钻探及管波探测资料，充分了解桩基所处溶洞及裂隙发育程度、规模大小、洞内填充物形态的基础上，结合钻孔施工中的细心观察，因地制宜采用可靠的处理措施就显的尤为重要，对工程的顺利进行具有十分重要的意义。
1工程概况
徐州北三环高架快速路04标起讫里程NK8+777.259～NK10+099.359，主要工程规模包括:主线高架全长1.322km，RU－4、LD－4上下匝道桥，平山北路互通PM、PN定向匝道桥。主线及匝道桥钻孔灌注桩均为端承桩共239根，最大设计长度65m，其设计直径分别为Φ1.2m、Φ1.5m、Φ1.8m、Φ2.0m、Φ2.2m。工程主要不良地质作用为岩溶，从区域地质上看，本地段位于徐州弧形构造，它主要由一些中生代形成的复式褶皱和一系列平行褶皱轴的纵向压(压扭)性断裂组成，构造挤压十分强烈，岩体裂隙较发育，其形成年代较老，地层产状近陡，利于地表水入渗和地下水下渗。其次该路段第四系覆盖层以下岩性主要为较纯的厚层石灰岩，为可溶性岩石，利于岩溶发育。从总体上看，岩溶多呈溶(隙)洞为主，发育密度较大，洞体较小，部分溶(隙)洞呈串珠状，发育的溶(隙)洞大多具有充填物，少部分为空洞，最深溶洞达8m，溶(隙)洞充填物一般以粘性土和风化岩碎屑构成，溶(隙)洞充填的粘性土一般呈高含水率、高液限特点，具有红粘土特性。按《岩溶地区工程地质调查规程》(DZ/T0060－93)碳酸盐岩岩溶发育程度分级标志，以钻孔遇溶率及钻孔岩溶率两项参考性指标设计对线路岩溶发育程度进行了分级，其实际遇洞率在90%以上。
2重难点分析及对策
单从桩基漏浆本身分析，解决较易，孔内失水导致软土层的孔位坍塌才是问题所在。因漏浆的不确定性，使现场调配填充物及补充泥浆来源变得较为困难且漏浆往往在2分钟左右急速完成，现场往往应对不及。为切实解决岩溶地层桩基成孔困难问题，施工中分别采用了多种方法，针对具体问题具体分析，并结合实际地质情况对施工工艺进行了提高与技术创新。在常规施工中土层部分采用回旋钻钻进成孔工艺;位于岩层部分采用冲击钻钻机进成孔，对于溶洞常规施工无法控制或已经出现塌孔的则采用了旋挖钻钻进成孔及钢护筒跟进施工工艺。
2．1技术优化
设计对每根桩位均采用了超前钻探，有较为详细的地质综合柱状图，为保证其准确性业主委托第三方对同桩位亦进行了管波探测。施工方在超前钻探及管波探测资料基础上对溶洞位置、大小、形状、裂隙发育程度、填充物等仔细进行分析并形成应对方案做好交底记录。
2．2机具选择
冲击钻机选择合适的实心钻机机型，能有效地穿越岩层。冲击锤提升速度快，不易卡钻，遇到溶洞时能够迅速提起钻头，以免埋钻;对于回旋钻机采用操作方便、维修简单的机型;对于旋挖钻选择360型、460型自动化程度高、成孔速度快的机型。
2．3材料准备
准备好足够的粘土、片石及处理溶洞所需的钢护筒。片石粘土混合料每桩备用量要以超前勘探溶洞两倍以上深度的体积计算。
3岩溶地层桩基成孔施工方法及工艺
本工程桩基成孔技术均为项目所在区域实际地质条件下的实施运用，为保证其施工质量，根据不同桩位超前钻探及管波探测资料采用了多种方法作为技术支撑。
3．1常规回填粘土冲孔固壁法
适用于漏浆量较小的小型溶洞。按照超前钻探及管波探测所揭示溶洞的位置，当钻至溶洞上方2m左右时就应减少冲锤高度，在冲击中密切注意护筒内泥浆面的水平位置变化情况。当泥浆面有明显下降时，首先应立即提锤，同时及时补浆，如仍有漏浆则往孔内抛投袋装粘土。回填厚度至溶洞顶1m左右，然后采用低提慢进的方法重新冲孔，通过冲孔堵住溶洞并重新造浆。当再次漏浆时，仍按上述方法处理，反复回填冲孔，达到填充溶洞及固壁效果［1］。(1)现场技术人员要根据超前钻探管波图资料及早确定溶洞位置并告知钻机手，钻机操作手往往因图快心理，人为的采用高冲锤全程锤击，易造成突然击穿溶洞导致卡钻;(2)粘土应采用袋装，投入孔内低提慢进冲孔。
3．2片石粘土堵洞筑壁法
适用于由多层小型溶洞组成的中型溶洞及单层填充式溶洞。根据超前钻探及管波探测资料配置专人密切注意岩样和护筒内泥浆面的变化，熟记图纸、资料中标注的溶洞位置。在钻孔至溶洞顶上方，采用小冲程将洞顶慢慢击穿，防止冲锤被卡。一旦发现泥浆面下降，首先应迅速用大功率泥浆泵补浆，同时及时提出冲击锤，防止埋锤。然后用装载机配合挖掘机及时将片石、粘土按1∶1的比例抛入，投入量按溶洞竖向高度加2m以上。采用小冲程进行钻进，让钻锤击碎粘土和片石并挤入溶洞内壁发挥护壁作用。直至孔中的泥浆面停止下降，并慢慢上升，此后可加大冲程进行钻进，对投入的片石粘土进行冲击式挤压，确保溶洞被堵死。(1)片石规格不易过小，硬度不易过低;(2)粘土采用袋装，先投入粘土，再投入片石;(3)应普遍加大护筒的埋置深度，以确保在孔内发生严重漏浆孔内外水头差较大的情况下不会发生护筒底穿孔的事故;(4)在灌注水下砼时到溶洞位置时应保持较大的埋管深度，防止砼由于挤破护壁后突然下沉，造成断桩等质量事故;(5)如溶洞内填充物为流塑状粘土，即使孔内不漏浆为增加固壁的牢固性也宜抛填片石粘土。
3．3钢护筒跟进法
对于桩基处在多层溶洞，相邻桩位间呈串珠状、洞高较大、洞内填充物为空、洞易出现漏浆等状况时宜采用钢护筒跟进法，该方法一边冲孔，一边接高护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。钢护筒视其所需长度每节长度在3～5m左右，壁厚在1～2cm左右，护筒内直径比设计桩径大20cm为宜。将钢护筒设置在淤泥质土层，其主要作用是当孔内出现浆面迅速下降而来不及补浆或补浆作用不明显时不至于出现塌孔及地表塌陷事故。钢护筒的加工尺寸必须严格控制，护筒上下节的连接缝除焊接外，还应在接缝处焊50mm宽、δ=10mm的加强钢带。用钢丝绳活扣绑住护筒，汽车吊辅助打拔机打入。下放钢护筒时，其位置必须准确，下放完成后，检查其高程、垂直度、护筒顶面水平度。钢护筒顶端设置扁担梁，防止钢护筒下沉。后序施工仍按常规方法进行，在砼浇筑完成后利用打拔机拔出钢护筒。(1)施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉;(2)钻头直径宜大于钢护筒外径30～50mm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径;(3)根据本项目溶洞内填充物形态，通过小冲程挤压片石、粘土混合料形成较密实稳定的护壁是较易实现的，因此钢护筒跟进对溶洞漏浆防护意义不大，其主要作用是防止漏浆孔内失水造成淤泥质土层坍塌。护筒以下漏浆后仍要回填片石、粘土，通过冲孔冲挤至溶洞形成坚固护壁。
3．4旋挖钻机钢护筒跟进法
对于抛填及钢护筒屡次钻进仍未成孔或勉强成孔，在灌注桩身砼时因压力增大也极易造成跑浆导致废桩或劣质桩。另外，对于钻进中发生地面坍塌等事故，因常规方法也无法解决，在该情况下采用旋挖钻钢护筒跟进方法，以满足施工需要。本项目主线250－2#为直径Φ2.2m桩基，采用冲击钻施工，先后两次漏浆导致孔内及地面大面积坍塌，险些造成钻机倾覆事故。后经多次研讨最终采取460型旋挖钻机铝合金钢护筒跟进施工工艺。460型旋挖钻机其扭矩大，自动化程度高，铝合金护筒长度12m，直径2.3m，上端头可与护筒驱动器连接。先由钻机配装直径Φ2.3m钻头正常钻进11.5m(软土层0～10m位置)，利用旋挖钻将护筒旋落至底，护筒露出地面0.5m。旋挖钻机自带钢护筒自行行走至桩位置，依靠自身中对装置完成对中，将钢护筒缓慢旋入至要求位置。旋挖机换装2.2m直径钻头钻进，距设计桩底高程还有3m时再次发生快速漏浆情况，因设置了钢护筒地面及孔内未产生坍塌。下放钢筋笼，浇筑砼。将钢筋笼逐节放入钢护筒中，焊接完成后安装导管，经清孔后浇筑砼。在浇筑中尽量缩短浇筑时间，如时间过长则钢护筒拔出困难，在浇筑砼过程中可根据砼浇筑高度起拔一节钢护筒，防止砼凝固后粘住钢护筒。
3．4.1旋挖钻钢护筒跟进法特性
(1)在易缩径坍塌的淤泥质粘土、松散杂填土以及严重透水地层应使用旋挖钻长护筒或全护筒跟进;(2)卷扬加压配合护筒驱动器有利于护筒施工;(3)定位精确，垂直度易于掌控;(4)节省下护筒的时间，施工速度快;(5)拔出护筒方便。
3．4.2施工简要说明
(1)旋挖钻正常钻进至护筒埋置深度，护筒露出地面30cm;(2)钻头提出孔外卸下将铝合金钢护筒与互通驱动器连接;(3)动力头驱动器下护筒:利用动力头正反转搓动和加压油缸加压使护筒切入孔内。钢护筒比桩基直径大10cm;(4)成孔后经清孔下放钢筋笼浇筑砼;(5)砼浇筑后利用驱动器与钢护筒连接将护筒旋出孔内。
4结语
本工程所有桩基施工结束后，利用超声波及小应变检测仪对所有桩基混凝土进行了检测，其Ⅰ类桩合格率100%，满足施工质量需要。前言所述，每根桩基均提供有地质柱状图及管波图，溶洞及裂隙的类型较为清楚，但因其探测范围有限，故与实际施工对比是有出入的，如在250－2#桩基钻探及管波均显示最大溶洞只有0.3m厚，实际钻孔中却先后两次快速漏浆最终引起地面大面积坍塌;又如匝道LD4－4#钻探及管波图示中溶洞厚度8m，实际施工无任何漏浆现象施工正常。由此可见，勘探及管波检测探测范围有限，实际施工中溶洞多有串通，漏浆情况较为普遍可作为佐证，故在参考钻探及管波图的基础上，还需加强钻孔时的观察，以备选方案准确应对。从施工桩基情况来看，按照溶洞大小的分类使用不同的常规处理溶洞方法进行桩基施工，能有效预防桩基施工过程中桩孔坍塌，提高成桩质量，并且具有易掌握、易操作、工期短、效果好、造价低的特点。但对于常规方法无法成孔的情况下应宜采用钢护筒跟进法，虽成本较大但能有效解决成孔问题。另外工程技术人员针对超前钻探资料显示的裂隙往往不够重视，对未有溶洞但裂隙较为发育且连通情况更应高度重视。因旋挖钻成本较高，故在实际施工时:一是可作为接力施工，即土层部分由旋挖钻机施工，其速度快，效率高;二是可作为啃“硬骨头”的先进“武器”，对于常规方法无法完成或有大型溶洞时使用旋挖钻钢护筒跟进技术能确保桩基施工质量。
作者：范铁军 单位：中建新疆建工(集团)有限公司
参考文献
［1］陈伏冰．无充填溶洞的桩基成孔方法及质量控制［J］．交通科技．2010(4):44－45．
［2］杨光辉，郭宝顺，刘新，等．复杂地址条件下钻孔桩施工方法［J］．河北建筑科技学院学报．2001，18(1):81－83．
