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浅谈岩溶地区钻孔灌注桩施工
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摘要：首先介绍了在岩溶地区进行钻孔灌注桩施工的难点和钻机选型；然后，分析了钻孔灌注桩施工技术要点；最后，阐述了岩溶地区钻孔灌注桩常见事故出现原因及处理措施。（参考《建筑中文网》）
关键词：岩溶地区 灌注桩 施工技术
0 引言
我国各地广泛分布着岩溶地貌，其地质及水文地质构造极为复杂，形成了许多诸如石林、石笋、钟乳石、溶洞、暗河、悬泉、瀑布以及隐藏于地层中的溶洞、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景观和地质构造。在这些地区进行道路建设常常会需要架设桥梁跨越沟谷，当桥梁采用钻孔灌注桩基础时，需要在岩溶地层中成孔。
1 工程难点
岩溶地区地质形态异常复杂，现有地勘手段无法完全摸清。从实际已完工程项目的施工情况来看，岩溶地区成孔有以下几大难关。
1.1 成孔过程中漏水、漏浆 由于溶洞的大小、分布、走向等地质资料反映不可能十分准确，施工过程中往往出现一些意外情况，在钻进过程中因突然漏水、漏浆导致孔内水头迅速下降，导致护筒挤压变形或塌孔、埋钻，甚至地面大范围沉降等重大安全事故。
1.2 成孔事故多 由于岩溶地区地质构造复杂，在施工过程中可能会遇到大溶洞、多层溶洞或孔内有石笋、溶沟、孤石、岩面呈斜面、陡坎、异形等复杂情况，在成孔过程中塌孔、埋钻、卡钻、掉钻、钻孔偏斜、移位、弯孔等事故较为普遍。
1.3 孔内涌砂 当岩面倾斜较大，加之因溶蚀产生溶槽、溶沟或有大块孤石等情况，钢护筒没有完全着岩，在成孔时，由于冲击锤的上下起落引起孔内水位波动，会发生孔壁砂向孔内涌流的情况。
1.4 清孔难度大 当采用冲击钻机冲击成孔工艺.特别是大直径桩成孔后，怎样清孔，使沉渣厚度及泥浆性能同时符台规范要求，是非常关键的环节。有时换浆达到规范要求时，由于泥浆比重降低，粘度下降，又会重新发生渗漏、塌孔事故。
1.5 混凝土灌注难度大 由于桩超长，混凝土方量大、灌注时间长，所以桩身混凝土质量控制难度很大。而且通过溶洞段时，还易发生混凝土压力过大引起孔壁坍塌造成混凝土流失或断桩。所以必须精确计算、精心组织，控制好混凝土坍落度与灌注速度。
2 钻机选型
岩溶地区因其特殊的地质情况：溶洞发育的不规则性、分布的不确定性、溶洞孔壁的不稳定性、溶洞内充填情况的不确定性、以及是否漏水等，给岩溶地区钻进成孔带来了巨大困难。特殊地质情况下选择何种类型的钻机，适应各种不同类型溶洞成孔问题显得至关重要。
2.1 覆盖层钻机选型 当覆盖层主要是砂层和粘土层时，为保证钻进成孔，可采用全护筒跟进的施工方法，以保证钻进中覆盖层不塌落而造成塌孔事故。
在覆盖层的施钻工作中，因回旋钻采用气举反循环排渣，进尺效果明显，又能有效的控制成孔的垂直度和孔径，因此在覆盖层施工中，最好选用气举反循环回转钻机。
2.2 过渡段施工钻机选型 对于溶洞的断裂破碎带即过渡段，岩层表面地质复杂，岩面起伏倾斜、表层破碎、裂隙发育，并伴有溶沟、溶槽和孤石等。在钻进岩面后，护筒刃脚处常脱落掉块而涌沙，这就需要根据不同的地质特点，选择不同类型的钻机，以渡过破碎层。
2.2.1 岩面起伏、倾斜较大。在回转钻进中，因滚刀钻头受力不均而令钻机晃动严重，钻杆受扭力而易受损，因此可采用冲击钻进行施钻。
2.2.2 岩面倾斜较小，但破碎严重。对此种地质，在用回转钻施工时，会因钻头的搅动而破坏护筒刃脚下的破碎岩石，致使护筒刃脚涌沙，无法继续钻进。因此，可采用冲击钻进行施钻，并抛填粘土和块石，或者回填水泥袋，用冲击钻反复冲钻，挤压破碎岩石，使其在护筒刃脚下形成稳固体，粘土(或水泥)与块石粘结在一起，形成桩孔护壁。
2.2.3 岩面倾斜较小，且表面较完整。对此种地质情况，为了达到最好的进尺效果，选用回旋钻机是最为适宜的，并可在回旋钻头上加设长钻具，保证成孔的质量。
2.2.4 岩石表面破碎，且有溶蚀沟槽时，回旋钻就不太适宜，最好是选用冲击钻机进行施工，用块石、粘土回填溶蚀沟槽，多次回填、冲钻，以冲过破碎层和溶蚀沟槽，又可达到加固护筒刃脚和造壁的效果。
2.3 破除溶洞顶板的钻机选型 溶洞顶板岩石一般都比较破碎，且不规则，厚薄不一。在用冲击钻破除顶板时，钻头角常会在伸出溶洞时而被卡住，造成卡钻事故。对大的空溶洞，在破除顶板时，如未控制好冲击钻头的冲程，可能会在顶板穿透时因失重而主绳断裂，会造成掉钻事故。因此，在溶洞顶板的破除施工中，选用回旋钻机较为适宜。
利用回旋钻机易控制钻压和钻进速度的优点，且可选用前导式长钻具钻头，安装钻进自动跟踪仪，根据溶洞顶板的岩石硬度，发育特点，选择合适的钻进参数，以保证钻进的顺利进行。
2.4 进入溶洞后钻机选型 溶洞顶板破除之后，在进入溶洞的钻进穿越过程中，因溶洞内的发育情况复杂多变，应根据其具体的发育特点，选择最适宜的钻机。
2.4.1 洞为空间大溶洞时，选用回旋钻机并加设前导式长钻具进行施钻，效果较好。
2.4.2 洞较小但地板岩面倾斜较大时，用冲击钻施工较为适宜。
2.4.3 溶洞内为陡坎或半边溶洞时，选用冲击钻进行施钻较好。
2.4.4 溶洞内有石柱或石笋时，选用冲击钻施钻，更见效果。
2.4.5 溶洞内有溶沟槽时，选用回转钻机施工较好。
2.5 单桩同时穿越几层溶洞时的钻机选型
2.5.1 桩内几层溶洞较近，顶底板面基本平行，选用回转钻机，并配置长钻具钻头进行施钻，根据各层溶洞的具体地质特点，选择合适的钻压钻速进行钻进。
2.5.2 当单桩内几层溶洞层距较大时，应根据溶洞内的发育情况，适宜的选择冲击钻或回转钻进行施工，以达到最有利的进尺效果和最节省的人力和物力。结合多年的桩基施工经验，总结钻机选型表如下
3 施工技术要点
3.1 成桩工艺流程 钻孔灌注桩成桩工艺是：钻机平台塔设——250t振动锤下沉钢护筒——回转钻机钻进成孔(钻埋钢护筒)——振动下沉钢护筒至岩面——过渡段处理——冲击或旋转法成孔——溶洞处理——清孔、下钢筋笼——二次清孔、浇混凝土。
3.2 成孔方案选择 鉴于岩溶地区地质构造的复杂性，必须慎重选择基桩成孔方案。通常情况下，岩溶地区灌注桩采用冲击钻孔或挖孔施工工艺成孔。
冲击钻孔使用冲击锥这种有挤压侧壁作用的钻机，能广泛适应各种复杂的地质构造，尤其是在处理斜面开孔、半边岩、石笋、溶槽、溶沟及裂隙漏水、漏浆等情况时比较容易，并且施工成本较低；在发生漏浆时，提钻快，不易埋钻。但成孔事故多，进尺慢，对操作熟练程度要求高。
岩溶地区采用挖孔桩，完全是出于地质构造及水文地质构造复杂性的特殊需要。任何钻孔灌注桩都很难克服岩溶地层的特殊地质构造给施工带来的严重困难，施工中经常会造成偏孔、弯孔、卡钻、掉钻等重大事故，严重时还可能形成埋钻、钻机倾覆、钻孔报废等恶性事故。但，人工挖孔技术含量低，设备投入少，投入大量人力即可保障施工进度。由于挖孔的这些优点，挖孔桩已经成为岩溶地区一项极为重要的灌注桩形式。
3.3 溶洞处理 接近溶洞顶板时，钻机采用小冲程(80cm以下)冲孔，根据溶洞的具体特点，制定相应的处理措施，并根据现场实际情况及时进行调整。
3.3.1 体积较小的溶洞。若洞内有填充物且裂隙不发育，钻穿溶洞时，如水头无太大变化，可加大泥浆比重(13g/cm3以上)，按正常成孔方法施工。若为空洞，钻穿后孔内水头突然下降，可采用抛填片石、粘土、袋装水泥混合料等挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。
3.3.2 洞体较大的空洞或半填充溶洞。施工前应尽可能充分了解溶洞的发育情况、构造、填充物等，若遇发育明显、有裂隙穿过的空洞时，应将钢护筒埋至风化岩层，以防止覆盖土层的坍塌，并准备好片石、水泥包、粘土包等填塞物。
3.3.3 埋藏较深、地下水丰富的发育溶洞。钻孔中遇到这种溶洞可打入全程钢护筒到溶洞底层以隔绝溶洞，采用静压化学灌浆法或喷射灌浆法，固结填充物，然后再钻孔施工。若洞内无填充物或填充物不满时，则采取先填充碎石或干砂，然后注浆。
关键词：岩溶地区 灌注桩 施工技术
0 引言
我国各地广泛分布着岩溶地貌，其地质及水文地质构造极为复杂，形成了许多诸如石林、石笋、钟乳石、溶洞、暗河、悬泉、瀑布以及隐藏于地层中的溶洞、溶槽、石芽、溶穴等奇特的地貌景观和地质构造。在这些地区进行道路建设常常会需要架设桥梁跨越沟谷，当桥梁采用钻孔灌注桩基础时，需要在岩溶地层中成孔。
1 工程难点
岩溶地区地质形态异常复杂，现有地勘手段无法完全摸清。从实际已完工程项目的施工情况来看，岩溶地区成孔有以下几大难关。
1.1 成孔过程中漏水、漏浆 由于溶洞的大小、分布、走向等地质资料反映不可能十分准确，施工过程中往往出现一些意外情况，在钻进过程中因突然漏水、漏浆导致孔内水头迅速下降，导致护筒挤压变形或塌孔、埋钻，甚至地面大范围沉降等重大安全事故。
1.2 成孔事故多 由于岩溶地区地质构造复杂，在施工过程中可能会遇到大溶洞、多层溶洞或孔内有石笋、溶沟、孤石、岩面呈斜面、陡坎、异形等复杂情况，在成孔过程中塌孔、埋钻、卡钻、掉钻、钻孔偏斜、移位、弯孔等事故较为普遍。
1.3 孔内涌砂 当岩面倾斜较大，加之因溶蚀产生溶槽、溶沟或有大块孤石等情况，钢护筒没有完全着岩，在成孔时，由于冲击锤的上下起落引起孔内水位波动，会发生孔壁砂向孔内涌流的情况。
1.4 清孔难度大 当采用冲击钻机冲击成孔工艺.特别是大直径桩成孔后，怎样清孔，使沉渣厚度及泥浆性能同时符台规范要求，是非常关键的环节。有时换浆达到规范要求时，由于泥浆比重降低，粘度下降，又会重新发生渗漏、塌孔事故。
1.5 混凝土灌注难度大 由于桩超长，混凝土方量大、灌注时间长，所以桩身混凝土质量控制难度很大。而且通过溶洞段时，还易发生混凝土压力过大引起孔壁坍塌造成混凝土流失或断桩。所以必须精确计算、精心组织，控制好混凝土坍落度与灌注速度。
2 钻机选型
岩溶地区因其特殊的地质情况：溶洞发育的不规则性、分布的不确定性、溶洞孔壁的不稳定性、溶洞内充填情况的不确定性、以及是否漏水等，给岩溶地区钻进成孔带来了巨大困难。特殊地质情况下选择何种类型的钻机，适应各种不同类型溶洞成孔问题显得至关重要。
2.1 覆盖层钻机选型 当覆盖层主要是砂层和粘土层时，为保证钻进成孔，可采用全护筒跟进的施工方法，以保证钻进中覆盖层不塌落而造成塌孔事故。
在覆盖层的施钻工作中，因回旋钻采用气举反循环排渣，进尺效果明显，又能有效的控制成孔的垂直度和孔径，因此在覆盖层施工中，最好选用气举反循环回转钻机。
2.2 过渡段施工钻机选型 对于溶洞的断裂破碎带即过渡段，岩层表面地质复杂，岩面起伏倾斜、表层破碎、裂隙发育，并伴有溶沟、溶槽和孤石等。在钻进岩面后，护筒刃脚处常脱落掉块而涌沙，这就需要根据不同的地质特点，选择不同类型的钻机，以渡过破碎层。
2.2.1 岩面起伏、倾斜较大。在回转钻进中，因滚刀钻头受力不均而令钻机晃动严重，钻杆受扭力而易受损，因此可采用冲击钻进行施钻。
2.2.2 岩面倾斜较小，但破碎严重。对此种地质，在用回转钻施工时，会因钻头的搅动而破坏护筒刃脚下的破碎岩石，致使护筒刃脚涌沙，无法继续钻进。因此，可采用冲击钻进行施钻，并抛填粘土和块石，或者回填水泥袋，用冲击钻反复冲钻，挤压破碎岩石，使其在护筒刃脚下形成稳固体，粘土(或水泥)与块石粘结在一起，形成桩孔护壁。
2.2.3 岩面倾斜较小，且表面较完整。对此种地质情况，为了达到最好的进尺效果，选用回旋钻机是最为适宜的，并可在回旋钻头上加设长钻具，保证成孔的质量。
2.2.4 岩石表面破碎，且有溶蚀沟槽时，回旋钻就不太适宜，最好是选用冲击钻机进行施工，用块石、粘土回填溶蚀沟槽，多次回填、冲钻，以冲过破碎层和溶蚀沟槽，又可达到加固护筒刃脚和造壁的效果。
2.3 破除溶洞顶板的钻机选型 溶洞顶板岩石一般都比较破碎，且不规则，厚薄不一。在用冲击钻破除顶板时，钻头角常会在伸出溶洞时而被卡住，造成卡钻事故。对大的空溶洞，在破除顶板时，如未控制好冲击钻头的冲程，可能会在顶板穿透时因失重而主绳断裂，会造成掉钻事故。因此，在溶洞顶板的破除施工中，选用回旋钻机较为适宜。
利用回旋钻机易控制钻压和钻进速度的优点，且可选用前导式长钻具钻头，安装钻进自动跟踪仪，根据溶洞顶板的岩石硬度，发育特点，选择合适的钻进参数，以保证钻进的顺利进行。
2.4 进入溶洞后钻机选型 溶洞顶板破除之后，在进入溶洞的钻进穿越过程中，因溶洞内的发育情况复杂多变，应根据其具体的发育特点，选择最适宜的钻机。
2.4.1 洞为空间大溶洞时，选用回旋钻机并加设前导式长钻具进行施钻，效果较好。
2.4.2 洞较小但地板岩面倾斜较大时，用冲击钻施工较为适宜。
2.4.3 溶洞内为陡坎或半边溶洞时，选用冲击钻进行施钻较好。
2.4.4 溶洞内有石柱或石笋时，选用冲击钻施钻，更见效果。
2.4.5 溶洞内有溶沟槽时，选用回转钻机施工较好。
2.5 单桩同时穿越几层溶洞时的钻机选型
2.5.1 桩内几层溶洞较近，顶底板面基本平行，选用回转钻机，并配置长钻具钻头进行施钻，根据各层溶洞的具体地质特点，选择合适的钻压钻速进行钻进。
2.5.2 当单桩内几层溶洞层距较大时，应根据溶洞内的发育情况，适宜的选择冲击钻或回转钻进行施工，以达到最有利的进尺效果和最节省的人力和物力。结合多年的桩基施工经验，总结钻机选型表如下
3 施工技术要点
3.1 成桩工艺流程 钻孔灌注桩成桩工艺是：钻机平台塔设——250t振动锤下沉钢护筒——回转钻机钻进成孔(钻埋钢护筒)——振动下沉钢护筒至岩面——过渡段处理——冲击或旋转法成孔——溶洞处理——清孔、下钢筋笼——二次清孔、浇混凝土。
3.2 成孔方案选择 鉴于岩溶地区地质构造的复杂性，必须慎重选择基桩成孔方案。通常情况下，岩溶地区灌注桩采用冲击钻孔或挖孔施工工艺成孔。
冲击钻孔使用冲击锥这种有挤压侧壁作用的钻机，能广泛适应各种复杂的地质构造，尤其是在处理斜面开孔、半边岩、石笋、溶槽、溶沟及裂隙漏水、漏浆等情况时比较容易，并且施工成本较低；在发生漏浆时，提钻快，不易埋钻。但成孔事故多，进尺慢，对操作熟练程度要求高。
岩溶地区采用挖孔桩，完全是出于地质构造及水文地质构造复杂性的特殊需要。任何钻孔灌注桩都很难克服岩溶地层的特殊地质构造给施工带来的严重困难，施工中经常会造成偏孔、弯孔、卡钻、掉钻等重大事故，严重时还可能形成埋钻、钻机倾覆、钻孔报废等恶性事故。但，人工挖孔技术含量低，设备投入少，投入大量人力即可保障施工进度。由于挖孔的这些优点，挖孔桩已经成为岩溶地区一项极为重要的灌注桩形式。
3.3 溶洞处理 接近溶洞顶板时，钻机采用小冲程(80cm以下)冲孔，根据溶洞的具体特点，制定相应的处理措施，并根据现场实际情况及时进行调整。
3.3.1 体积较小的溶洞。若洞内有填充物且裂隙不发育，钻穿溶洞时，如水头无太大变化，可加大泥浆比重(13g/cm3以上)，按正常成孔方法施工。若为空洞，钻穿后孔内水头突然下降，可采用抛填片石、粘土、袋装水泥混合料等挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。
3.3.2 洞体较大的空洞或半填充溶洞。施工前应尽可能充分了解溶洞的发育情况、构造、填充物等，若遇发育明显、有裂隙穿过的空洞时，应将钢护筒埋至风化岩层，以防止覆盖土层的坍塌，并准备好片石、水泥包、粘土包等填塞物。
3.3.3 埋藏较深、地下水丰富的发育溶洞。钻孔中遇到这种溶洞可打入全程钢护筒到溶洞底层以隔绝溶洞，采用静压化学灌浆法或喷射灌浆法，固结填充物，然后再钻孔施工。若洞内无填充物或填充物不满时，则采取先填充碎石或干砂，然后注浆。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200910/13267.htm
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