中铁五局集团路桥工程有限责任公司
摘要：在道路桥梁工程施工中，桩基是比较常见基础形式，成孔的方法也多种多样，如人工挖孔、冲击钻成孔、旋挖钻成孔等。施工过程中经常会遇到溶洞及塌孔现象，对桩基成孔有较大的影响。本文主要结合贵阳市金清联络线下穿绕城高速桥施工情况，简单介绍旋挖钻施工遇到溶洞及塌孔的处理方法。
关键词：旋挖钻；溶洞；处理方法
1.工程概况
1.1桥梁简介
下穿绕城高速桥左右幅桥梁长度均为30米、宽度16.5米、高1.6米的单跨预应力钢筋混凝土箱梁。全桥共计36根桩基，桩径1.6米，孔桩需入中风化岩层3.2米以上，最大桩长达36米。
1.2地质情况
施工范围内地层为三叠系下统安顺组，岩性为白云岩，岩溶发育程度为强发育，单个岩溶最大高度达15米，岩溶底标高距孔口高度15~36米，溶腔内充填黏土及泥夹石，地下水位距原地面高度约4米。
岩层自上而下为：杂填土→可塑粘土→强风化白云岩→溶腔填充物软塑黄粘土→中风化白云岩→微风化白云岩。
岩体中的岩溶形态以溶蚀槽隙及溶蚀裂隙为主，另可见部分星散状小溶隙。溶槽和溶隙的形态，或呈单独出现，或呈串珠状垂直分布，其发育宽度一般不大，但深度较大。当两组溶蚀裂隙相互交错时，彼此渗透连通在岩体中形成网格通道，形成较大深度的溶蚀洞隙。
岩体中的岩溶洞隙，一般均有硬塑或可塑粘土充填，其特点是深度越大、标高越底，内部的充填物状态越软，钻到地下水位时，软塑粘土层没有自稳能力，极易垮塌。
施工中可能有钻探时未揭露的岩溶陡坎、鹰嘴岩或侧壁上溶槽、溶洞，或基底部位出现的半边岩等情况时，有可能出现开挖跑偏、浇砼时砼面塌孔、涌泥涌水、孔口垮塌、地面塌陷等问题，
2.旋挖钻施工方法
2.1测量放样
按照设计的桩位进行施工放样。依据设计坐标，用全站仪放出一序孔桩的开挖线，定出桩位、设十字护桩，并引至挖孔范围以外，以备施工中校核桩位。
2.2场地平整及钻机就位
液压多功能旋挖钻机就位时与平面最大倾角不超过4°，现场地面承载能力大于250KN∕m2，所以钻机平台处必需碾压密实。进行桩位放样，将钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内。旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。
2.3钻孔
当钻机就位准确后开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正。
操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。当旋挖斗钻头顺时针旋转钻进时，底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入筒体，装满一斗后，钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封死底部的开口，之后再提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。钻进护筒以下3m可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重磨擦加压，150Mpa压力下，进尺速度为20cm/min；200Mpa压力下，进尺速度为30cm/min；260Mpa压力下，进尺速度为50cm/min。
2.4清孔
钻进到设计孔深后，将钻斗留在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，起钻后仍需对孔底虚土进行清理。一般用沉渣处理钻斗（带挡板的钻斗）来排出沉渣。在灌注水下混凝土前，用大方量漏斗装满砼，然后快速放下，用砼下滑重力冲击桩底，以减少桩底沉碴厚度。
2.5孔深确定
钻孔前先用水准仪确定护筒标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高计算孔深，以钻具长度确定孔深，孔深偏差不短于设计要深度，超钻深度不大于50cm；孔径用检孔器测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后方可能进行下道工序。
2.6钢筋笼制作安装
挖孔桩成孔，验孔后，桩身钢筋笼应根据设计图纸要求，在场外加工棚加工好，用汽车运送至孔桩场地，采用一台25t轮式起重机进行吊装。吊装时，注意不碰撞孔壁，防止坍孔，并防止将泥土杂物带入孔内。吊入后校正轴线位置垂直度，勿使扭转变形，为保证钢筋笼不碰撞孔壁和保护层，必须按设计焊接固定环或安装混凝土垫块，并可根据需要适当增加。钢筋笼定位后，对其进行固定，以防止混凝土灌注时移动和上浮。钢筋笼安装好后再次检测孔底沉渣厚度，沉渣厚度满足设计要求，即可灌注混凝土。
2.7桩身砼灌注
混凝土采用商品砼供应，砼输送车运至现场浇筑。桩基混凝土灌注时连续灌注，一次成桩。由于地下水位高，采用水下灌注砼。
挖孔桩水下砼灌注一般采用直升导管法，施工要求如下：
①导管选用：导管直径按桩长、桩径和每小时需要通过的砼数量决定，本工程水下灌注砼导管直径为250mm；导管的壁厚应能满足强度和刚度的要求，确保砼安全浇筑；导管在使用前和使用一个时期后，对其规格、质量和拼接构造进行认真地检查外，还需做拼接、过球和水密、承压、接头、抗拉等试验。
②为使隔水栓能顺利排出，导管底部至孔底的距离为300~400mm；为满足导管初次埋置深度在1.0m以上，有足够的超压力能使管内混凝土顺利下落并将管外混凝土顶升；灌注过程中，经常探测井内混凝土面位置，力求导管下口埋深在2-6m，不得小于1m；漏斗底口应比桩顶至少高出4～6m，以确保桩顶混凝土有足够的压力，使混凝土达到密实。
③为防止钢筋骨架上浮，当灌注的砼顶面距钢筋骨架底部1m左右时，应降低砼的灌注速度。当砼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。灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。
④灌注开始后，连续地进行，每根桩的灌注时间不超过5小时。
⑤对灌注过程中从井内溢出物，引流至适当地点处理，防止污染环境。
⑥桩顶浮浆厚度控制在50~100cm。
3.溶洞及塌孔处理方法
3.1溶洞及塌孔情况
在施工过程中，以下两种情况成孔比较困难：①面层的杂填土及可塑粘土覆盖层较厚，因为地下水位高，开挖壁自稳能力差，开挖至水位以下基本都要塌孔。②地下溶洞较大，且溶洞相互串联，溶洞内的填充物无法清掏干净，如一直清掏，将导致地面沉陷。
3.2处理方法
1）钢护筒跟进并回填混凝土护壁二次成孔钻进法
①杂填土及粘土层开挖时，采用自钻进钢护筒跟进，该方法是一面钻孔，一面接高护筒。钢护筒为1m~4m每节，护筒间可以套接，然后用螺栓固定，在旋挖钻杆上安装一个与护筒配套的套接头，使钢护筒与钻杆一起旋转。旋挖钻没开挖1m~4m后，卸下钻头，安装钢护筒，将钢护筒逐步接高，以保证开挖面不塌孔。钢护筒只能在土层中钻进，如遇到岩层，则无法钻进。钢护筒在孔桩浇筑混凝土初凝前拔出，可重复利用。钢护筒一般可在土层中钻进12米深左右，如若钻进太深，拔出比较困难。
②由于钢护筒无法穿过岩层，故无法钻至溶洞位置。当施工钻至溶洞位置时，采取C20低标号素砼将溶洞区域进行回填，待混凝土达到一定强度可作为孔桩护壁后，然后再二次钻孔。如溶洞较深时，需进行多次循环回填及钻孔，直至穿过溶洞区。一般单次回填能形成3m~4m有效护壁，为尽快提高混凝土强度，节约施工时间，可在水下混凝土中掺加一定早强剂提高素混凝土的早期强度。浇筑水下混凝土时要按孔桩水下混凝土的要求进行灌注，一定要下导管，以保证混凝土浇筑质量。
钢护筒跟进并回填混凝土护壁二次成孔钻进法示意图
2）多层钢护筒跟进法
①钢护筒选择。
内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=（h+H+1）m（h为地质钻探确定的溶洞高度，H为溶洞顶到地面加30cm的高度）；单层护筒内径大于桩直径10cm，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，并以此类推。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度，壁厚为δ=12～20㎜的钢板，孔深10米以下时采用12㎜厚的钢板，孔深10～20米时采用16㎜厚的钢板，孔深20米以上时采用20㎜厚的钢板，在厂家用机械集中卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，每节制作长度为2～6米。单个大溶洞用双层护筒，两个大溶洞用三层护筒，并以此类推。
②钢护筒施工方法
根据地勘资料，先确定钢护筒的层数，然后计算出外护筒的孔径大小。采用25T汽车吊辅助20T振动锤，先将外钢护筒分节打入土层中至岩面，再进行钻孔。在下沉钢护筒的施工过程中，振动锤必须平稳，牢固的焊在内钢护筒顶部，并在护筒顶面的平面位置一定要居中，尽可能避免因偏心造成护筒产生偏斜。同时采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200，力求钢护筒垂直入土。若一旦发现有偏斜的趋势，马上进行纠正，将可能发生偏斜的不利因素消除在萌芽状态中。
外护筒沉入岩面后，采用旋挖钻钻进，直至穿过溶洞顶，然后采用25T汽车吊辅助振动锤将内护筒下沉至溶洞底岩面标高处；然后再采用小一级钻头钻进；循环反复进行至桩底设计标高处；同样，在施工过程中严格测量、控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200。
多层钢护筒跟进法
3）由于方案二中的钢护筒接长需现场焊接，要吊车、与振动锤配合施工，并且需根据钢护筒的层数制作多种规格钢护筒，开挖时也需要选用多种型号钻头，施工工艺较为复杂，而且钢护筒打进去后无法取出，施工成本较大。与方案二相比较，方案一的工序相对比较简单，成本也相对较低。综合考虑后，金清联络线下穿绕城高速桥最终选用方案一钢护筒跟进并回填混凝土护壁二次成孔钻进法进行施工，并且按照业主要求的工期顺利完工，桩基质量也得到了保障。
结束语
在桥梁桩基础的施工过程中，旋挖钻技术的应用范围十分广泛。它有着施工速度快、精度比较高、噪声小、有利于环保、机械化程度比较高、技术灵活等优点，被越来越多的施工单位接纳及采用。在桥梁溶洞处理施工中采用旋挖钻技术，可有效保障桥梁桩基特殊溶洞处理效果和工程质量，同时还能够缩短施工工期。
参考文献：
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[2]邓成华.高速公路桥梁溶洞桩基施工技术[J].西部交通科技，2017（09）：97-100.