1、联坡双线特大桥钻孔桩施工溶洞处理方案一、工程概况中铁大桥局南钦铁路NQ-1标联坡双线特大桥里程为D2K14+11.909至D2K16+31.561，全长2019.652m，位于良庆镇渌晓村旁。该桥设计为63个墩台（0#62#台），共有桩基础500根，设计桩径均为1.25m，平均桩长约为30m，全部为柱桩。桥址位置地形起伏不大，地表大部分为旱地，少量荒坡，丘间槽地多为鱼塘、水田。桥梁沿线主要特殊岩土为人工弃土、松软土、粘土、灰岩等，地下水位较低，岩溶发育。根据目前掌握的地质勘探资料显示，联坡双线特大桥沿线在桩中心处的溶洞最小为0.2m、最大为17m，且有单层、多层，空溶洞、半填充、泥浆填充、密实
2、粘土填充的多种复杂情况。桩基础施工的溶洞处理是本桥施工的重点、难点。二、施工准备施工前除正常施工准备外，尚需做好以下事项：1、对承台各桩地质资料进行综合分析，对该承台下溶洞分布的位置、高度、填充物、开放型或封闭情况、连通性等必须提前掌握。2、根据对地质资料的分析结果选择施工方法，详见本文施工方法的划分。3、施工前应进行详细的技术交底，使具体操作人员、技术人员、作业队长等都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方法和措施。 4、编制突发事件的应急预案，报监理审批。5、岩溶地区钻孔桩突发事故、事件较多，如：突然漏水、塌孔、埋钻、卡钻等。其应急措施要落在实处，管理手段也应更严谨，以减少或制止
3、事态扩大化，避免发生安全事故。 6、备足成孔用水、粘土、片石等材料，确保溶洞击穿时迅速补水、补浆预防坍孔，并及时抛填粘土片石，以恢复正常钻孔作业。 7、准备好处理施工故障的备用机具设备，如运输、起重、打捞、急救设备以及不同性能的其他钻机、钻具等。三、溶洞的判别和处理方法1、根据有关地质钻探资料的说明进行溶洞的判别（具体以设计院提供的说明为准）（1）、凡灰岩地区中出现的空洞称为溶洞。溶洞有全充填，半充填和空洞三种情况。（2）、凡岩土交界面等出现的顶板为土层的洞称为土洞。（3）、钻进过程中岩心半边被溶蚀、岩芯表面有小洞穴、溶蚀裂隙发育，岩心采取率低，岩心多不新鲜等地段划为岩溶裂隙发育带，该段可能处
4、于溶洞边缘，也可能只是溶蚀洞穴裂隙发育，也应作为溶洞处理。（4）、当工程地质钻探的岩芯在灰岩地区出现完整柱状中夹有破碎带者，遇此情况应与邻孔柱状图一起进行分析，极有可能是岩溶洞或岩洞边缘，不可一概否定此处无溶洞。（5）、在阅读地质柱状图岩土特征描述内容时应特别注意，地质用语的含义：a、漏水：表明此处有开放型溶洞或有地下河的可能，施工到此应特别注意；制定相应的措施确保工程安全、质量。b、无填充物，漏水，明显掉钻；属开放型。c、流塑，取芯难，明显掉钻；d、流塑（软塑），钻进速度快，取芯难，有掉钻现象；e、流塑、取芯难，不漏水；属封闭型。f、全充填物或半充填、充填物为粉质黏土、角砾土及碎石土等。（6
5、）、有漏浆说明可能遇到溶洞，但是只塌孔不表示就是溶洞。漏浆发生的原因一般是遇到空洞或裂隙，塌孔一般可能因为护壁不到位，上部砂土层随浆液循环流失引起塌孔，不能一概列入溶洞范畴。2、溶洞的处理方法（1）、本桥因为溶洞情况非常复杂，为了确保施工过程中的安全质量，防止溶洞施工引发坍塌、埋钻事故，拟对岩层以上的覆盖层全部采用钢护筒跟进，根据覆盖层厚度及实际地质情况采用壁厚为812mm的钢护筒。（2）、对本桥溶洞部位的处理，具体主要采用以下三种方法： 、抛填片石泥土法；、钢护筒跟进法; 、注浆填充法。 （3）、溶洞处理方法的选择 、2m以内的溶洞主要采用抛填片石泥土法施工。 、2m以上的溶洞主要采用钢护筒
6、跟进法施工。 、多层溶洞主要采用注浆填充法施工。 因为溶洞施工的复杂性，具体施工方法的选择不是绝对的，可综合考虑各种情况结合使用。特别情况特殊处理，处理前应事先报监理审批。三溶洞处理的施工工艺1、抛填片石粘土法抛填片石粘土法示意图(1)、覆盖层的钢护筒跟进的施工方法同护筒跟进法中A护筒的施工方法，护筒内径采用1.4m。(2)、当钻至溶洞顶1m左右时，首先准备足够的小片石或毛石和粘土，粘土要做成泥球，对于半填充和无填充的溶洞要组织足够的水源。(3)、根据钻孔的进尺情况，在击穿洞顶之前，要有专人观测护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水补浆。击穿洞顶后，在溶洞内钻进时，根据填充物的不同，要
7、采取不同的钻进方法。当充填物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入粘土、片石混合物，冲砸固壁；当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度，只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利击穿溶洞。(4)、冲击钻钻进通过溶洞过程中，在岩溶地区由于地层情况复杂，穿越溶洞时通常遇到斜面开孔的情况。一般地，冲孔进入岩层或者穿过溶洞到达溶洞底面时，由于溶洞的顶板和底板犬牙交错，高低不平，这种情况，就需往孔内抛设1015cm小块片石和粘土的混合物（比例为1:1），用钻头低冲程冲砸、密打，反复多次，使四周形成牢靠的孔壁，以防坍孔。再用“重锤轻打”方法钻进，超过岩斜面最底点0.5m以后，再正常钻
8、进。具体步骤如下：开钻前先投边长不大于15cm的小片石和粘土的混合物（比例为1：1）填至岩面以上11.5m；钻头小冲程反复冲砸，钻进0.5m，再次用粘土和小片石混合物回填；再次用低冲程反复冲砸、密打；按上述方法，反复冲砸三次，逐渐加深。以上步骤循环数次，以片石不再被挤跑、压走为止，这时说明岩面的冲击不再单点或局部的接触了，然后仍用1.52m冲程，掌握好钢丝绳的松紧度，细心地在倾斜面上开孔，并使孔的周边逐渐形成一圈紧密坚固的“石壁”，保证冲孔顺利地超过倾斜岩面。孔面“石壁”形成后，应停钻测量，认真检查孔位偏差，在排除形成斜孔的可能后方可正常钻进，否则应回填片石、粘土块的混合物重新开钻。（5）、其
9、它相关要求对块石的要求：石料应选用硬质岩石，强度在3060Mpa范围之内，节理裂隙不发育，尺寸不大于40cm，自然级配。粘土应选用优质粘土（含砂率5，塑性指标17-25），并将粘土装入编织袋内备用，必要时准备水泥。土石比例，土：石=0.5：11：1（体积比），水泥按每米两包。一旦发现孔内泥浆水位下降立即集中填土、石是防止塌孔的关键，应在工地备有一台装载机用于回填物料，时机不能错过。回填高度应在洞顶板以上11.5为宜，再多则效果下降，每钻进0.5m就要向孔内补填块石和粘土。钻孔过程中应保持水位。用小冲程（小冲程指冲程在1m以下），让粘土和块石充分挤入溶洞。遇到易坍塌的覆盖层同时坍塌情况发生时，应
10、立即采用抛填片石和粘土，下部以抛片石为主，上部按比例抛土石，回填到塌方部位。2、钢护筒跟进法（内、外护筒跟进）钢护筒跟进法（内、外护筒跟进示意图）(1)、埋设直径为1.5m，长度为2.5m的外钢护筒A，以直径为1.45m的冲击钻冲孔。边冲进边对外钢护筒分段接长，采用震动锤震动下沉，直至下沉至基岩面（对外钢护筒A顶端进行加固处理，防止卷边），防止因为击穿溶洞突然漏浆造成孔口坍塌或埋钻。(2).仍然以直径为1.45m的冲击钻按正常冲程冲进，不断冲击岩层直至达到溶洞顶上方约1m位置时，改换小冲程击穿溶洞。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升钻头，在顶部厚度范围上下慢放轻提，钻头不明显受阻碍，说明顶部已成孔
11、并且是圆滑垂直的，此时将钻头提起。如溶洞为空溶洞，用钢丝绳活扣绑住内钢护管（直径1.4m、长度=溶洞高度+1m），用吊机（或冲击钻机自吊）把内护筒下放至孔底，回填片石及粘土或灌注砼，封闭护筒顶、底空隙，待固结后改换直径为1.25m的钻头正常冲孔；如溶洞有填充物，则先将内钢护筒（直径1.4m、长度孔深+1m）下放至孔底，改用直径1.25m钻头继续冲进到溶洞底，然后用震动锤将内护筒震动下沉直至达到溶洞底。内钢护筒在下沉过程中要不断监控其位置和垂直度，护筒中心偏离桩中心不超过5cm，倾斜度控制在1%以内。(3).对于多层且透水漏浆空溶洞也可根据实际情况采用以上方法，施工前根据实际情况调整钢护筒及钻锤
12、直径，进行二次跟进、三次跟进等直至成孔，不再鳌述。3.注浆填充法 溶洞注浆处理的目的是：为了加固溶洞的填充物、填满溶洞的空间，并达到一定的强度（20Mpa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。如溶洞为空溶洞，可以将压浆孔扩大至30 cm然后插入相应的铁管，进行灌砂或碎石。同时根据实验室提供的配合比，灌入部分的水泥浆，达到填满、固结的目的。(1)钻孔.灌浆孔的布置首先确定溶洞的位置，然后在离溶洞中心1.0m处钻孔。孔的数量可以为3个,呈三角形布置，也可按4个孔布置具体根据现场情况适当调整。孔的数量最少不能少于2个，因为压浆到
13、一定数量时孔内的空气无法排除，所以对孔口产生了压力使水泥浆无法灌入，故要钻一个孔作为减压孔。.钻进、成孔钻具大小具体选用可根据溶洞大小、项目成本以及施工工期等确定，一般采用直径为8-10 cm的钻头。钻孔施工，沿程详细记录地质情况（每个注浆孔垂直偏斜率、孔位偏差、钻孔倾角、钻孔深度、钻孔时间），在成孔后与设计图纸上的地质情况相对比。如果相同，按施工工艺正常施工。如果不同，申报监理、设计院现场确认是否减短或加深。在钻进过程中注意，孔的倾斜度不大于1%。(2)压浆.试泵开泵前先将搅拌桶中加满清水，三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升，当泵压达到预定注浆压力时，
14、持续二、三分钟不出故障，即可结束。.安装注浆管和止浆塞钻孔完毕，进行清孔检查，在确认没有坍孔和探头石的情况下，方可下管。否则，必须用钻机进行扫孔。注浆套管外露的长度不小于0.3m，以便连接孔口阀门和管路，嵌入基岩大于0.5m，用M75水泥砂浆(或用水泥与水玻璃混合浆)固结,并将孔口套管四周捣实封闭,防止浆液从套管周围出,影响注浆效果。注浆管安放好后，在注浆管管口加上孔口盖，以防止杂物进入。.压水试验在注水试验前，量测孔内稳定水位后，进行孔内定量注水，观测单位长度吸水量变化幅度，注浆后试验的单位长度吸水量应小于注浆前吸水量的35%，即可判定达到注浆效果。用1.52倍于注浆终压对系统进行压水试验检
15、查；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备充分热身。试运转时压水压力由小逐渐增大到定注浆压力，并持续15min左右。.浆液配制根据设计图纸或现场实际地质情况的溶洞填充物的类型，进行试配，确定压浆配合比。如无填充物的溶洞，根据现场要求配置有一定强度的水泥混合物灌注，其目的都是为了让填充物与水泥浆（或砂浆）固结在一起，达到填充、加固溶洞的目的，从而使冲击钻顺利穿过溶洞。.注浆压力及顺序注浆压力不宜太大,控制在0.51.0范围,具体压力值由现场试验确定。速度为1520L/in,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3.
16、0,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。为防止浆液流失太远造成浪费,需间歇注浆,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。.结束注浆当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆a.注浆孔口压力维持在压满后的一定压力内或者逐渐上升，吸浆量不大于40L/min，维持30min。b.冒浆点已出注浆范围外35m时。c.注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压
17、力超过1.5MPa。d.单孔注浆量达到平均注浆量1.52.0倍，且进浆量明显减少时。.提管、回填注浆完成后应立即拔管，若拔管不及时，浆液会把注浆管凝固住而造成拔管困难。拔出管后，留下的孔洞，及时用水泥砂浆封孔。四、其它可能出现的问题及注意事项（1）、进入岩面或进出溶洞均可能遇到倾斜岩面，对于倾斜岩面，主要采用抛片石、粘土，采用小冲程进行冲进的办法。（2）、砼灌注过程中砼方量增加 、原因分析，水下砼侧压力大于孔内泥浆侧压力，造成孔洞处泥浆护壁失去平衡，而被砼挤破，造成砼流失；、灌注过程中加强观察和测量，防止砼下降过快导致断桩；、保证砼充足的供应；、施工前要根据实际情况又针对性的制定防止灌注过程中
18、断桩的措施。五、安全、文明施工及环境保证措施1、对冲击钻钻机基座、顶部装置的稳固性检查做到绝不疏漏，要求基座必须有枕木压实，钻机顶端用缆风绳对称栓牢拉紧。2、检查钢丝绳的质量，要求优质柔韧、无死弯和断丝。钢丝绳要有足够的长度，即从卷扬机滚筒起到设计最深的桩底标高，滚筒上要留有7圈以上的富余量，绳尾必须锚固在滚筒上；钻头必须设置安全绳，预防一旦钢丝绳断裂钻头无法提起。3、钻机位置的摆设必须离埋设的钢护筒口有一定安全距离，严禁直接将钻机架在钢护筒上施工冲孔，停止作业后应对钢护筒口加围挡设施。4、钻进时起落钻头速度要均匀。不得过猛或骤然变速，以免碰撞孔壁或护筒，或因提速过快而造成负压引起坍孔。5、一
19、旦发生塌孔，人员第一时间速度撤离现场，严禁逗留孔口附近，待安全后方可进行抢救。6、附近地面上不要放置重要物品,避免塌孔造成损失7、现场要有足够吨位的吊装和拖拉设备，可及时采取措施，预防损失扩大。8、施工中要注意：风、水、电安全可靠，井孔周围清洁整齐，有足够的照明，交通道路的脚手板、防滑栏杆等平顺牢固。9、珍惜土地、保护耕地。用地严格遵守国家、地方法规制度。便道尽量在工程用地界内且不影响工程施工，临时工程尽量少占和不占农田，必须占用农田的临时工程，待工程结束后进行复垦还田。施工中所造泥浆严禁流向附近农田污染土地。10、施工环保、维持生态。严禁将孔渣、废渣随意丢弃在沿线稻田中，避免环境污染，保持生态平衡；完工后及时恢复植被，确保工程所处的环境及沿线水域不受污染和破坏。
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