岩溶地区钻孔桩施工技术总结(北乡)

岩溶地区钻孔灌注桩施工技术

中铁十五局集团华南指挥部

李自锋 李亚玲

[摘要]结合武广客运专线5标北乡特大桥钻孔桩施工实例，介绍岩溶地区钻孔灌注桩钻孔施工技术。因岩溶地质的各种不确定因素很多，对于各种可能出现的问题，施工前的诸多准备工作及施工中预防处理措施致关重要，是确保钻孔桩钻进质量和砼灌注质量的关键。

[关键词] 岩溶地区 钻孔灌注桩 砼灌注 处理措施

1、工程概况

1.1武广铁路客运专线位于湖北、湖南、广东三省境内，是我国铁路目前开工建设的线路建设里程最长、技术标准最高、投资最多的客运专线。北乡特大桥（DK1932+974.51- DK1937+010.89）位于广东省乐昌市北乡镇，北接大瑶山3#隧道，南接东塘隧道，距乐昌市约8km，横跨省道S248线。桥跨布置为124-32m简支箱梁，桥梁全长4071.27米。桩径为1.0m和1.25m两种，最长桩深达92米。

1.2工程地质概况：本桥岩土层主要有第四系人工填土层〔Q4ml〕、冲洪积层〔Q4al+pl〕及坡洪积层〔Q4dl+pl〕，泥盆系中统棋子桥组灰岩〔D2q〕。桥区不良地质及特殊岩土主要为软弱土、岩溶、地下河、流砂等。桥位处岩溶极其发育，但大多数溶洞规模和洞高较小，有的溶洞有填充物，有的溶洞为空洞，部分溶洞呈串珠状发育。桩基础最多穿越23层溶洞。在整个武广客专，北乡特大桥桩基础的施工难度是最大的，这一点从武广公司到铁道部领导都很清楚。在岩溶地区施工桩基础，溶洞处理是最为关键的一个环节，能否做好这一步对桩基础施工来说至关重要。

2、岩溶地区钻孔桩施工方案

2.1钻孔桩工艺流程

施工准备→施工放样→埋设护筒→复核桩位→钻机就位→钻进成孔（溶洞处理）→成孔检测→制作及安装钢筋笼→安装导管→灌注水下混凝土→拆除护筒→清理桩头→成桩检测（详见工艺框图）

2.2施工准备

平整场地，以便钻机安装和就位，泥浆池、沉淀池的布设容积应满足至少两根桩的排浆量外，尽量安排在跨中，用过的泥浆及时清理，确保安全和环保。

2.3护筒埋设

护筒采用6-10mm厚钢板制作，内径应大于桩径40cm左右，旱地或浅水地段埋设时，护筒底端至

钻孔桩施工工艺框图

少伸入河床底部1.5m，埋置深度1.0m-3.0m，顶端应高出地面0.5m左右，并高出施工水位或地下水位2.0m，护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5㎝，倾斜度不得大于1%。护筒周边采用不透水的粘土填塞夯实，严防护筒倾斜、漏水和变形。护筒埋设完成，要测量中心位置是否准确、垂直度是否符合要求，并做好记录。待钻进2-3m，护筒稳定之后，测量护筒顶高程，复核桩位，在护筒四周不易碰到的部位钉设4个护桩，并在护筒顶部用油漆标注桩位中心“十”字线端点，以便随时检查钻头是否偏移，是否出现偏斜孔。

2.4钻进成孔

钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的检查和维修，

处理溶洞用

的粘土、片石、水泥、钢护筒等材料等必需备齐备足。钻机安装就位后，底座和顶端应平稳，不得产生位移或沉陷，钻机顶端应用缆风绳对称拉紧。钻头中心与钢护筒中心位置偏差不得大于5cm。

根据本桥工程地质情况，绝大部分桩基础设计为柱桩，选用冲击钻进行施工。在碎石类土、岩层中宜用十字形钻头；在砂粘土、砂或砂砾石层中宜用管形钻头。

2.4.1泥浆性能指标，应符合下列规定：

泥浆比重：冲击钻机使用管形钻头钻孔时，入孔泥浆比重为1.1～1.3；冲击钻机使用实心钻头钻孔时，孔底泥浆比重粘土不宜大于1.3，大漂石、卵石层不宜大于1.4，岩石不大于1.2。

黏 度：一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。

含 砂 率：新制泥浆不大于4%。

PH 值：应大于6.5 。

为提高泥浆粘度和胶体率，可在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等，其掺量应经试验决定。造浆后应试验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写泥浆试验记录表。

各种泥浆主要指标测量仪器:NB-1型泥浆比重计、NA-1型泥浆含砂量计、NC-1006泥浆粘度计、量杯、滤纸。

2.4.2钻孔施工注意事项

开始钻进时必须采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔。钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤；勤抽碴，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量应根据地质情况、钻头形式、钻头重量决定。

吊钻头的钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯和无断丝者，安全系数不应小于12。钢丝绳与钻头间须设转向装置并连结牢固，钻孔过程中应经常检查其状态及转动是否正常、灵活。主绳与钻头的钢丝绳搭接时，两根绳径应相同，捻扭方向必须一致。

钻进过程中应经常注意土层变化，每进尺2m或在土层变化处应捞取渣样，判断土层，记入钻孔记录表并与地质柱状图核对。操作人员必须认真填写钻孔施工记录，交接班时要详细交待本班钻进情况及下一班需注意的事项。

钻孔过程中要保持孔内有1.5m-2m的水头高度，并要防止扳手等异物掉落孔内。钻进作业必须保持连续性，升降钻头时要平稳，不得碰撞护筒或孔壁。

应备有备用钻头，检查发现钻孔钻头直径磨耗超过15㎜时应及时更换修补。更换新钻头前，应先检孔到孔底，确认钻孔正常时方可放入新钻头。

钻孔施工要避免影响成桩的质量，在中距5.0m范围内任何桩的砼完成24小时后，才能开始钻进。特别情况要停钻的，须及时将钻头提出孔外，以免塌孔埋钻头，钻进过程中，应经常检查钻机的稳固、位移和倾斜情况，以防成孔偏斜等不良现象的发生。

桩孔钻至设计标高后，对成孔的孔径、孔深和倾斜度等进行检查，满足设计要求后报请监理工程师进行终孔检验，并填写终孔检验记录。如发现地质情况与设计有出入时，报监理和设计院确认后进行桩长调整，并整理有关设计变更资料。

2.5清孔

终孔检验合格后，立即进行清孔作业。清孔可采用抽渣法、吸泥法或换浆法，清孔时须及时向孔内加注清水或新鲜泥浆，始终保持孔内原有水头高度，以防塌孔。清孔的泥浆要求排出或抽出地泥浆用手摸无2mm～3 mm颗粒，并使泥浆比重不大于 1.1，含砂率小于2%，黏度17～20s。清孔后桩底沉淀厚度不得超过5㎝。不得用加深钻孔深度的方法代替清孔。

2.6钢筋骨架的制作与安放

钢筋骨架在钢筋加工场地分段制作，运至现场后吊车吊入孔内，并在孔口进行焊接接长。主筋接头采用双面搭接焊，井口采用单面搭接焊，焊缝长度及接头错开长度须满足施工技术规范和图纸要求。为使钢筋骨架有足够的刚度以保证在运输和吊放过程中不产生变形，每隔2m用同主筋直径的钢筋设置一道加强箍，每隔4米在加劲箍上焊十字撑。在主筋上每2米均匀设4道定位筋保护层。

钢筋骨架用吊车起吊，第一段放入孔内后用钢管临时搁支在护筒口，再起吊第二段。工地使用3台16～25T吊车，根据吊车起吊能力，以40m桩为例，钢筋笼宜分成两段制作。起吊时采用两点起吊，钢丝绳通过动滑轮与吊车吊钩相连接，第一吊点距顶端4米，第二吊点距底部4米，起吊时利用钢筋笼重力向下滑动竖直立起，对正位置焊接后放入孔内至设计标高，最后将挂环挂在孔口并临时与护筒口焊牢。钢筋骨架在下放时应注意防止碰撞孔壁，如放入困难，应查明原因，不得强行插入。钢筋骨架安放后的顶面和底面标高应符合设计要求，钢筋骨架中心平面位置与设计桩中心误差应不大于10㎝,底面高程偏差不大于±10㎝。

有超声波检测要求的桩，声测管的焊接质量必须要保证，每下一节笼子，声测管注满清水后方可进行下一工序，避免声测管漏水漏浆影响桩基检测质量。

2.7水下砼灌注

水下砼的灌注采用导管法。导管接头为丝口式，直径300㎜，壁厚10㎜，标准节长度2.5m，配以0.5m、1m、1.5m调整节，最下端一节长4m。导管上每隔5-7m均设有腰鼓型导管筒，以防止导管与钢筋笼兜挂。导管在使用前须进行水密、承压和接头抗拉试验。

导管在吊入孔内时，其位置应居中、轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋骨架和碰撞孔壁。

灌注水下砼前应认真检查导管、漏斗、储料斗等施工机具，并认真计算首批砼用量以保证导管初次埋深的要求。灌注过程中严禁停工，并应认真控制砼拌和质量，随时测量导管埋深，不得超出规定范围或小于最小埋深。为防止钢筋笼上浮，每根桩前6～7m桩长灌注速度应适当放慢。为保证桩头质量，除应超灌至少1.0m外，还应在拔出最后一节长导管时尽量放慢提升速度，提起导管上下反复插捣，以

防止泥浆挤入导管形成缩颈，泥心等不良现象。灌注完成后最好不要立即拆除导管，观察20分钟左右，看浆面及砼面若无异常情况再予拆除，如有下降则继续补灌。整个灌注过程中，有技术人员负责记录灌注日志、导管埋深、导管拆除、灌注方量以及发生的异常情况等。

水下砼的坍落度18～22cm，并通过试验确定加入适量缓凝剂，初凝时间不小于6h。采用砼罐车运输砼至现场，直接倒入导管内进行灌注，砼接近桩顶时，改用吊斗倾倒以提高漏斗高度，增加砼压力。

灌注砼之前，如需要应对孔内进行二次清孔，使孔底沉淀厚度符合规定，认真做好灌前的各项检查记录并经监理工程师确认后方可进行灌注。

灌注首批砼时，导管下口至孔底的距离控制在40㎝左右，且使导管埋入砼的深度不小于lm。剪球灌注开始后，应连续地进行，并尽可能缩短拆除导管的间隔时间；灌注过程中应经常用测锤探测孔内砼面位置，及时调整导管埋深，岩溶地区导管的埋深控制在6m以上为宜，以减小砼面突然下降而断桩的事故发生。

当砼面接近钢筋骨架底部时，如果处理不当，将导致钢筋笼上浮。钢筋笼上浮的主要原因是：导管提升钩挂钢筋笼；混凝土面接近钢筋笼底口，导管底口在钢筋笼底口以下3米至以上1米时，混凝土灌注的速度过快，使混凝土下落冲出导管底口向上反冲，其顶托力大于钢筋笼的重力所致。为防止钢筋骨架上浮，应采取以下措施：

a..当孔内砼面进入钢筋骨架1m-2m后，适当提升导管，减小导管埋置深度，增大钢筋骨架下部的埋置深度；

b.钢筋笼上端焊固在护筒上，可以承受部分顶托力，具有防止其上升的作用；

c.在孔底设置直径不小于主筋的1～2道加强环形筋，并以适当数量的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼的底部。

为确保桩顶质量，桩顶超灌1.0m高度。同时指定专人负责填写水下砼灌注记录。全部砼灌注完成砼初凝后，拔除钢护筒，清理场地。

2.8清理桩头、成桩检测

在灌注结束砼初凝前，应及时拔出钢护筒，并挖除多余的一段桩头，但应保留20㎝以上，待砼强度达到设计强度的70%以上后再行凿除，并报请基桩检测单位对桩身质量进行检测，合格后再进行承台施工。基桩全部采用无损法进行检测。

3、施工中特殊问题的技术处理

3.1溶洞处理

根据地质资料，穿透溶洞成孔，采用冲击钻是最为经济有效的方法。在岩溶地区采用冲击钻成孔灌注桩基础，不但可以有效克服不良地质现象，提高地基基础承载力，而且解决了覆盖型岩溶区施工降水对周围建筑物及环境影响的问题。在岩溶地区成桩宜选用冲击钻机，控制冲能在2.5t～5.0t.m为宜。冲

能过小对孔壁岩隙和孔壁周边的溶洞槽挤压能力小，孔壁不够密实易于渗漏，同时冲能小破碎能力小，钻孔速度进尺慢。但冲能过大通过溶洞顶板速度快，易卡钻，同时所成孔径较设计大得多。

3.1.1溶洞分类

根据施工图所给的桩基地质资料，认真分析地质结构、岩溶发育情况，我们对溶洞进行了详细的分类：①溶洞按有无充填物分：无填充溶洞、半填充溶洞和全填充溶洞；②按填充物的性质分：粘性土溶洞、砂砾土溶洞和软塑土溶洞；③按漏水情况分：全漏水溶洞、半漏水溶洞和不漏水溶洞；④按溶洞大小分：大溶洞（≥3m）、小溶洞（＜3m）；⑤按溶洞个数分：单个溶洞、多个溶洞和串珠状溶洞。对于不同的溶洞分别采取压浆、填粘土、片石、水泥、石灰、低标号混凝土、钢护筒跟进等措施进行处理，完成钻孔桩成孔。

3.1.2溶洞处理方案

根据溶洞大小及填充情况等，选定经济可行的处理方案，一般选定原则见下表：

3.1.2.1压水泥-水玻璃双液浆

1）技术要求

溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞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灌注等一系列施工工序的顺利完成。溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。

2）施工方案

①处理方法选择由于溶洞埋藏较深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法处理，有效的处理方法是灌浆法。而在众多的灌浆法中，因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是压浆法。

②压浆的加固特点浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。浆材的结石率为100％，即1m3体积浆材可得1m3结石体。

对溶洞中的砂砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀泥、亚粘土等土体，

浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。

③压浆的关键在于浆材的配方和工艺。

材料：普通硅酸盐32.5R水泥与化学剂（水玻璃）。

④工艺流程

压浆工艺流程图

工艺设计：一是布孔，在有溶洞的桩位四周均布3-4个压浆孔。二是钻孔，孔径为80-108mm，孔深要求达到最深溶洞的底部，同时也是对给桩位处地质资料的复核。三是压浆，采用双液压浆系统进行全孔压浆，要求少量多次、反复压浆。

3.1.2.2灌砂压浆施工方法

灌砂压浆是溶洞预处理方案之一，施工前，根据地质资料确定溶洞大小、位置等情况，确定采用灌砂压浆法。

首先，在桩位中心钻孔，孔径为80-108mm，孔深要求达到最深溶洞的底部；然后第一次灌砂，灌砂高度视溶洞高度而定，一般宜为4～5m；最后，向灌入的砂中压浆。待浆液初凝后，反复灌砂压浆，不断上升，直至溶洞顶以上1m。

3.1.2.3填片石、粘土、水泥、石灰处理方法

本方法适用于溶洞内半充填或无充填，溶洞高度不太大，一般在3米左右，但存在严重漏水或半漏水，护筒内的泥浆面高度不能保持时，可采用此法回填后反复冲击使其形成护壁，不再漏浆为止。这种方法是在实际施工中最为常用和有效的方法之一。

⑴、制定桩基施工方案。

⑵、根据地质资料预测施工中可能出现的问题，向钻机作业人员交底。

⑶、备足粘土块、片石和水泥、石灰等材料。

⑷、施工放样并设置护桩。

⑸、埋设钢护筒，钢护筒根据桩径大小、地层条件分别采用6～10mm厚钢板卷制焊接成圆形，直径较桩径大约40cm。护筒长度根据地质、水文情况选定，由单节或多节短护筒焊接而成。护筒一般长为1.5～3m。钢护筒的埋设过程为：第一节由人工挖埋，四周用粘土掺水泥夯填密实，使筒顶高出地面30-50㎝，若为多节护筒，焊接第二节后，在护筒顶放置打板（50mm厚钢板制作）或枕木，利用钻机提起钻头，将钢护筒冲击入土，然后冲孔，孔深达到护筒底部后，再焊接第三节护筒，如此循环，直至达到需要深度。护筒埋设好后，护筒中心与设计中心偏差不得超过50mm，倾斜度不得大于1%。

⑹、钻孔，钻机就位时用枕木或砂袋垫平，将钻头中心线对准桩位中心，钻机桅杆顶应对准钻机轴线。在护筒内投入粘土块和不大于150mm片石并注水，用钻头把粘土冲击成膏状。

开孔时用小冲程钻孔，要打得准、打得稳，间断冲击，少抽渣，使开孔圆顺。加入小于15cm片石，反复冲击2～4次，挤密护筒底部周围土层。钻进至护筒底2～3m后加大冲程，主绳放长量为3～5cm。密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，钻头冲击岩层的声音，抽取的钻渣和进尺判断是否接近溶洞。接近溶洞时应放慢钻进速度，冲程控制在50㎝左右，主绳松绳量应为1～2cm，防止在击穿溶洞顶板时卡钻。钻穿溶洞顶板时一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水补浆，保持孔内水位高度。在桩基础施工中绝大部分桩基础都遇到不同情况的溶洞，针对不同的溶洞，分别填有粘土、片石、稻草、水泥、石灰、低标号混凝土等混合物，每次填满后补水，再重新冲击钻进，挤压填充物填充溶洞或堵塞溶洞，最终到不漏浆为止。随着孔内钻渣增多，钻速下降，应进行抽渣。每钻进0.6～0.8m抽渣一次，每次抽渣后加入0.6m3粘土块，注入清水，保持孔内水位。对钻渣作取样分析，核对设计地质资料。孔深钻至设计标高后，应对孔深、孔径、垂直度及孔位偏差进行实测检查，并填写检查证，合格后方可进入下一工序施工。

3.1.2.4灌低标号混凝土处理方法

对于较大溶洞，采用填粘土块和片石的方法难以成孔，即使成孔在灌注水下混凝土时也可能被压垮护壁导致超灌混凝土，因此可采用灌低标号混凝土的方法处理。

施工准备和开孔方法同填粘土和片石方法，当击穿溶洞顶板发生漏浆时，为节约混凝土灌注量，先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再下导管灌注低标号混凝土，混凝土应灌至溶洞顶1m以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。

3.1.2.5钢护筒跟进钻孔

根据地质超前钻孔资料，如果溶洞较大，洞内无充填物或充填物为流塑状充填物，且为漏水溶洞，采用其他方法反复处理没有效果的，则采用钢护筒跟进方法进行处理。钢护筒跟进分为全护筒跟进至不透水层和井口段加长钢护筒护壁两种方法。全护筒跟进就是边冲孔边接高钢护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内，用以阻断溶洞内流塑状充填物或水的流动。

1）、内护筒内径的确定

根据桩孔穿过大溶洞的数量，确定内护筒级数，每增加一级，内护筒内径增加0.10-0.2m，最小一级内护筒直径要大于桩径0.2m，下沉内护筒时，由大到小，分级根据钻进位置逐次下沉。如果穿过1层溶洞，就采用1级内护筒，每增加1层溶洞，就增加1级内护筒。例设计桩径φ1.25m，穿过1层溶洞，故内护筒内径采用φ1.45m，壁厚为8～10mm。

2）、内护筒长度的确定

内护筒长度的确定，护筒长度L＝h＋3（m）（h为地质超前钻确定的溶洞高度），如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。

3）、埋设外护筒

外护筒内径一般比最大一级内护筒内径大0.4m左右，本例选1.8m，埋设于孔口，埋设方法和要求同上。

4）、冲击成孔 开孔桩径

内护筒

根据穿过溶洞层数，确定好内护筒级数n后，开孔用钻头直径应比设计桩径大n级（内护筒级数），每级大0.20m，本例先采用φ1.5m钻头冲孔（见下图）。根据超前钻的资料，当钻孔施工接近溶洞顶板（0.5～1m）时提起钻头。下沉内护筒（内径1.45m）至溶洞顶板处。改用φ1.25m钻头小冲程冲孔，冲穿溶洞顶板，并反复扩孔，直至内护筒可以下沉穿过顶板为止，继续下沉内护筒直至溶洞底。开始正常钻孔，直至设计标高。钻孔方法和注意事项同上。

3.2施工中常见问题及预防处理措施

3.2.1斜孔、弯孔

产生此类桩孔的原因主要有：下伏基岩其石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶洞等岩溶形态发育或岩面坡度大。在冲击钻成时，钻机施工人员为加快施工进度，加大冲程，致使冲击锤向岩土中较软弱方向滑移，形成斜孔。若在遇竖向型不规则裂隙的位置冲击时，易沿裂隙发育位置形成弯孔，有时还产生卡钻事故。

预防措施：在对基岩冲击时，

1}特别要注意场区各地段的基岩埋深，石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶洞等发育特征；

2)放慢冲击速度，改变冲击频率，用低频率低落距冲击。

处理措施：

孔口导向在表土层埋设长约3m的钢护筒，起导向作用，也在一定程度上起防止孔口坍塌的作用。 控制冲程和泥浆比重。原则上对较软的土用小的冲程和比重低的泥浆，对坚硬的岩石用大的冲程和粘度高的泥浆。具体地说粘性土先用lm的小冲程，待进入2m后冲程加大至1～2m；砂土、碎石土用2～3m；初钻入岩面时，低锤密击，待全断面入岩后，加大至3～4m，泥浆比重控制还起着防止塌孔的作用。

回填硬质片石或块石。当出现偏锤或卡钻迹象时，回填石料，以求钻头的作业面强度趋于均匀，且必须采用低锤密击的作业方式，即可减少或防止偏斜孔和卡钻事故的发生。

对单个石芽或孤石，用爆破或者高低冲程交替冲击，将石芽或孤石击碎或挤入孔壁； 对溶沟、溶槽，向桩孔内抛填块石、片石，填入的块石、片石应高于倾斜面0.5以上，用低冲程冲击，将块石、片石挤入溶沟、溶槽内，冲击钻头全断面进入岩体后，再进行正常冲击；

如仍未能纠正斜孔、弯孔，用低标号混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击，直到孔位纠正为止。

3.2.2埋锤、卡锤、掉锤

如上覆盖层普遍分布有砂砾层，下伏基岩岩溶洞隙强烈发育，砂砾层受冲击振动影响，易产生塌孔，导致埋锤事故；或冲击锤进入岩溶洞隙中，特别是竖向型岩溶洞隙中，洞隙较大，冲击锤倾倒；上部岩溶发育地段受冲击振动掉块或掉入异物卡住冲击锤；或由于泥浆浓度高，冲击过程中产生梅花孔造成卡锤事故等，致使冲击锤不能上提。

掉锤：冲击锤的钢丝绳磨损严重、连接处松弛，转向环、转向套等焊接处断裂，造成冲击锤掉入桩孔内。

预防措施：

1）、应根据地层情况，控制冲程，冲击速度；

2）、严格按规范控制泥浆浓度，避免塌孔发生；

3）、在进入岩溶洞隙后，投入块石，碎石，粘土，然后密击冲击，使洞隙填满，可以采用低标号混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击成孔；

2）、经常检查钢丝绳及连接装置。

处理措施：

1)、埋锤、卡锤、掉锤后应及时摸清情况，不宜强行提拔，以避免发生塌孔埋锤事故；

2)、若被沉淀物或塌孔土石埋住应首先清孔，若在砂砾层中发生卡锤，可用冲、吸的方法将冲击锤周围的冲渣松动后提出；

3)、因梅花孔卡锤，则可松动钢丝绳，使冲击锤转变角度；或把防水炸药(少于1公斤)沿冲击锤滑槽放入锤底，然后引爆，震松卡锤；

4)、对严重的塌孔埋锤、卡锤，可采用比原直径大的冲击锤将塌落在原锤上的土、石清除掉，接触原锤后，再用比原锤直径大的空心锤和直径20㎝左右的圆钢作的冲锥冲击至原锤底部使原锤与孔壁分离；

5)、打捞过程中要继续翻浆，以防止泥浆沉淀埋锤；

6)、若冲击锤仍不能打捞，将造成原孔桩报废，须经设计变更后作加桩处理，但费用较大。

3.2.3塌孔

施工过程中，塌孔易使桩孔报废，给施工带来更大的困难。产生的原因：

1)、在饱和粘性土及砂砾层中冲击时，泥浆比重不够，泥浆质量达不到要求，不能保证孔壁稳定性；

2)、孔内水头高度不够或存在承压水，形成静水压力；

3)、在对岩石的冲击过程中突遇岩溶洞隙，溶沟，溶槽，非填充性土洞，造成孔内泥浆突然漏失；

4)、冲击锤撞击孔壁或钢筋笼下放时撞击孔壁；

5)、由于掏渣后未及时补充泥浆，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。

预防措施：

1)、根据不同地层，相应的调配泥浆比重；

2)、严格按规范及相关工艺要求进行施工，并经常注意孔内泥浆高度，并监控泥浆质量。

3)、现场准备足够粘土和片石、水泥、石灰等回填材料；

4）、每台桩机的泥浆池要制备小少于10m3的备用泥浆，同时钻进过程中确保泥浆泵的使用正常。

5）、对个别难于处理的孔位，可采用埋置深护筒的办法处理，防止井口上部反复塌孔。因裂隙或

泥浆置换后而少量漏浆的，采用抛填袋装水泥或石灰，用冲锤小冲程反复冲捣的办法，一般能很快堵住。

6)、若没有停钻，值班人员要密切注意孔内情况，并配备装载机1台，一旦遇到土洞、溶洞时孔内泥浆水位迅速下降，应立即补充大量泥浆以保持孔内水位，防止塌孔、埋钻头事故发生，并投放片石和

粘土、水泥、石灰等，用冲锤小冲程慢慢冲挤形成人造孔壁。进入岩层后，应继续注意观察，防止人造孔壁不坚，倒塌时补救不及。当遇到串珠状溶洞时，在溶洞间的岩层须用小冲程冲进。

处理措施：

1)、在饱和粘性土及砂砾层中冲击时，应控制冲击速度，选用较大比重、粘度、胶体率的泥浆，或投入粘土块、块石、卵石，低锤冲击，使泥浆浓度增大，将块石、片石挤入孔壁增强护壁强度；

2)、若孔口坍塌时，应立即拆除护筒并回填桩孔，重新埋设；若发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘土到塌孔位置以上1～2m，如果塌孔严重，应全部回填至孔口，再重新冲击；

3)、吊放钢筋笼时应对准孔中心竖直插入；

4)、清孔时应保证孔内水头高度，并保证泥浆质量，清孔完成后，应立即进行下道工序；

5)、严格控制冲程高度和清除孔内石芽或孤石时的炸药用量。

3.2.4桩身缩径与扩孔

缩径是指桩孔直径在一定范围内变小，扩径是指桩孔直径在一定范围内变大，扩径对桩的使用性能没有太大的影响，如无特殊要求，可不处理，但造成混凝土充盈系数加大，增大成本投入。缩径使桩的承载力降低，严重的必须进行处理。

预防措施：

1)、根据地层情况，随时调整泥浆质量；

2)、在饱和粘性土及砂砾层中控制冲击进尺速度及冲程大小；

3)、随时校正冲击锤锤头有效直径。

处理措施：在冲击此类岩土地层时，

1)、应在孔内抛填纯粘土块和片石反复冲击造壁，稳定孔壁。

2)、始终保持泥浆浓度和足够的孔内泥浆面，确保孔内泥浆对孔壁有足够的压力。

3)、成孔后应尽快清孔和灌注水下混凝土，减少孔壁在低浓度泥浆中浸泡的时间。

4)、随时校正冲击锤锤头有效直径。并检查锤头焊接的合金块是否松动，发现问题，应及时补焊，避免产生达不到设计桩径或掉落合金块而影响冲击进尺。

3.2.5防止因漏浆引起的孔壁坍塌

当冲孔至灰岩裂隙溶洞带时，如遇空洞或充填较差的溶洞时，将出现孔内泥浆大部份或全部漏失。这时孔壁土层内外的压力不平衡，将导致孔壁坍塌等事故发生，严重时甚至出现地表孔口坍塌，危及人身安全。此外，也可能由于溶洞或裂隙水流入孔内，稀释了泥浆，使泥浆重度减少或变成清水，孔底沉渣变厚，无法翻浆，更不能钻进。为解决这类问题，采取了下列措施：

合理规定施工顺序先外围桩而后中间桩。实践证明，按这种顺序施工，在中间桩冲击成孔时，漏浆现象明显减少、减弱，使得工效得以提高。

防坍孔措施：发生塌孔危险性最大的土层是基岩面以上的土层。为保证该段孔壁稳定，开孔施工时采用比设计桩径大100mm的钻头，冲击成孔至基岩面，然后下入钢护筒。在护筒外侧用黄土填实或填注按高标号砂浆。这样即使孔内泥浆全部流失，也不致造成坍孔。

堵漏防渗措施自桩孔往外漏浆和自裂隙往孔中渗水都是由于存在渗水通道，所以应及时堵塞通道。在穿越灰岩裂隙发育带时，采用掷粘土球，再低锤慢击，反复进行多次，直至漏浆不影响正常施工为止。在穿越岩洞段时，除投掷大量粘土球外，还投入袋装水泥，堵漏效果更好。对个别渗漏严重的桩孔，灌注低标号速凝水下混凝土进行封堵。这种方法，不但很有效，而且往往比采用钢护筒更经济。

3.2.6水下混凝土灌注中易出现的问题及处理措施

冲击成孔桩的灌注，是采用水下灌注工艺，由下而上连续灌注，灌注时借助导管内混凝土柱的高度形成的压力，将混凝土压出管外，排挤泥水而充满桩孔，借助混凝土自重压力而进行捣实。在施工过程中易出现桩身断桩、夹泥、离析、蜂窝、桩头松散等质量事故。因此，要求混凝土和易性好，流动性大，所以严格按水下混凝土配合比配料，并准确控制加水量。

开始灌注时，第一槽混凝土应在储备充足后方可进行灌注，以保证混凝土把管口埋住，避免泥浆回灌，否则，桩底与基岩胶结差，产生离析、蜂窝。整个灌注过程中，必须在此期间仍维持冲击时的孔内水头及泥浆浓度，以免发生塌孔，导管在提升过程中不能超出混凝土面，应始终保持导管埋入混凝土中1.0～2.0m以上，以保证混凝土连续排挤泥浆，否则泥浆混入混凝土就形成了断桩、夹泥的质量事故。 在有较大岩溶洞隙的桩孔中，在浇灌混凝土时，应注意导管埋入混凝土的长度应大于3.0m以上，并随时测量桩孔内混凝土面的高低，避免混凝土在岩溶洞隙内流失或坍落的过程中产生断桩事故。

⑴封底失败：由于首批混凝土数量过少、孔底的沉渣厚度大等原因导致首批混凝土灌注入孔后，未实现水下混凝土封底的现象称为封底失败。封底失败后，应立即暂停灌注，及时对孔内已灌注的混凝土进行清理。

①地层稳定性较好的，应采取导管内安装高压风管进行二次清孔的方法将已灌注的混凝土清理干净，重新请监理检查，符合规范要求后重新开始水下混凝土灌注。

②地层稳定性差或高压清孔的方法不能奏效则应及时拆除导管、拔除钢筋笼，将钻机安装到位，将未灌注混凝土部分钻孔回填，待地层沉积稳定后用冲击钻清除已灌注的混凝土，达到设计标高后，请监理工程师检查合格后进行水下混凝土灌注。

⑵卡管：因混凝土和易性差、混凝土中含有大块骨料或受潮凝固的水泥块、灌注混凝土冲击力不足等原因导致水下混凝土灌注过程中无法继续进行的现象统称为“卡管”。

①由于混凝土质量造成的导管堵塞，可以少量（根据堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋深确定）提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注混凝土数量而后快速提升再迅速下放，以冲击疏通导管的方法进行处理。

②由于混凝土冲击力不足造成的，应及时加长上部导管的长度，而后，以一次性较大量混凝土冲击灌注达到疏通导管的目的。

⑶断桩：由于灌注中提升导管失误、混凝土供应中断（下雨、停电、机械故障等）或导管漏水等原因导致导管中已灌注的混凝土与新灌注入导管的混凝土隔断，无法继续灌注的现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低到最小。并采取以下办法处理：

①断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一以下时，一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。

②断桩截面位置处于设计桩全长的三分之二以上且距离孔口深度不大于10m时，先进行孔壁加固，而后进行钻孔桩的接长比较经济。

③断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一与三分之二之间的，应对各种处理方法进行对比，选择经济、可行的处理方法。墩（台）桩布置有条件变更，桩布置改变造成的损失较小的，应积极与设计单位联系争取变更设计；桩布置无法改变但可以增加桩的，最好由设计单位提供加桩方案，实施增加基桩；不具备以上两类情况的一般应及时采取冲击钻处理后原位恢复。

④桩长大于50m的桩出现的断桩情况，应对处理方案详细论证后着手，以免盲目操作带来较大的损失。

⑷钢筋笼上浮：因钢筋笼的加固不牢靠或灌注过程中操作因素带来的基桩钢筋笼移位现象统称钢筋笼上浮。发现钢筋笼上浮的，应立即暂停灌注，采取以下措施进行处理。

①对于钢筋笼上浮在1倍直径以下的可以在采取有效防止上浮的措施后继续灌注。悬吊钢筋焊缝脱落的，应及时补焊；悬吊钢筋弯曲的情况应增加钢管支撑。

②钢筋笼上浮比较严重的必须拔出钢筋笼，比照断桩进行处理。

4、溶洞区桥梁桩基础施工注意事项

4.1、进行必要的水文、工程地质调查，研究墩台处岩溶发育情况，根据不同的地质条件遵循相应的处理原则，做好溶洞处理的准备工作，在施工中不可盲目完全依赖地质资料。

4.2、每个墩台最好只用一台钻机施工。

如果在施工中发生坍孔事故，这些桩孔可能要报废回填重钻，损失很大，又延误工期。主要原因是为了缩短工期加快进度，在每个墩台用两台钻机同时施工，由于桩孔设计间距在同一个墩台都很近，很难避免相互间不发生震动影响，这种强烈的打桩震动，对本来就很薄弱的溶洞范围的泥浆护壁，是一个很不利的破坏因素，所以如无特殊原因应尽量避免在同一个墩台安两台钻机。

4.3、合理规定施工顺序。

先安排外围桩而后中间桩，先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩孔施工。先外后内，小洞处先

开孔，长桩处先开孔，桩位之间交又开孔，步步包围，隔开和封闭的原则。

按这种顺序施工，在中间桩冲击成孔时，漏浆现象明显减少、减弱，使得工效得以提高。

在岩溶发育的地区，钻孔桩在同一个墩台内，每根桩因所含有岩溶程度不同，其桩长往往十分悬殊。要先施工基岩面较低、桩较长的桩。如先施工较短的桩，再施工较长桩时，一旦发生塌孔，容易使已完成的较浅桩周围土层松动，桩底岩面变动，造成桩体沉陷报废或降低承载力。如果钻孔施工顺序安排不当，将极易发生坍孔、断桩等事故。

桥墩岩溶复杂，溶洞变化很大，而且可能有溶洞使桩孔相互间连通，因此很难避免地下的相互干扰和影响。施工宜根据所含溶洞的情况，由深到浅、由多到少、由大到小的原则安排钻孔桩的钻孔顺序。这样做可以及时封闭和堵塞各桩孔间的岩溶孔洞和通道，使施工顺利进行。

4.4、应重视溶洞的桩孔护壁方法

桩孔护壁常规方法是采用粘土泥浆护壁，如果溶洞较大也可采用“草袋粘土包”抛填的方法进行护壁。凡溶洞大小超过lm、埋藏深度超过5m的溶洞地段，桩孔护壁应改用片石与粘土混填的方法，向溶洞地段大量抛填片石和干粘土。因为干抛片石的比重为1.8～1.9，与混凝土比重接近，这样处理后，桩孔护壁就不容易被挤破，保证施工的顺利进行。

4.5、冲击成孔灌注桩终孔后，冲击破碎的钻渣，部分和泥浆一起被挤入孔壁，大部分用掏渣筒或管锤取出，当钻渣太厚，泥浆不能将其全部悬浮上来，沉淀于孔底易形成沉渣。沉渣是桩基工程严格控制指标之一，桩底沉渣的厚度，直接关系到桩基沉降量大小的问题，而且影响混凝土与桩底胶结程度。因此，必须对孔内钻渣进行清除。

桩基成孔后的清孔过程中,既要注意清孔的质量,保证孔底沉渣厚度在规范和设计允许范围之内,又要及时灌注混凝土,以防在换浆清孔过程中,溶洞内的填充物再次涌入孔内。特别有水流动的溶洞区。对较深桩,从冲孔到灌筑混凝土时间间隔较长的桩沉淀较厚,清孔方法一般应采用掏渣法、换浆法、喷射法3 种方法配合清孔。首先,用掏渣法粗略清孔,然后,用换浆法清孔,钢筋笼下放完毕再用喷射法清孔。浅桩因钢筋笼下放时间短,仅用换浆法清孔即可。检验清孔效果的简易方法是采用测绳下拴测锤放到孔底，如拉测绳比较重,表明清孔不太彻底,直到拉测绳下部与上部感觉一样为止,并且能清楚地感觉到测锤与桩底岩石的碰撞。

4.6、地质资料不详的柱桩，桩孔在达到设计标高后，仍需用地质钻从桩底向下钻3倍桩径确认没有溶洞后才进行清孔，下钢筋笼，灌注水下混凝土。如发现桩底以下还有溶洞，就必须穿过溶洞，使桩底到达稳定基岩面。

4.7、在岩溶极发育、地下水极丰富的地区,第一层护筒都应穿过砂层卵石层,以防突遇溶洞漏浆,造成孔口坍塌。

4.8、针对岩溶地区特点，还要注意混凝土原材料的备料要充足，保证灌注桩的混凝土用量。

终孔清渣后灌注水下混凝土，除注意混凝土配合比、灌注时间及拌和机械外，针对岩溶地区特点，还要注意混凝土原材料的备料要充足，保证灌注桩的混凝土用量。在成孔过程中，孔壁周围或孔底都有可能有土洞、溶槽、裂隙，成孔时这些空间被泥浆充填，而在灌注水下混凝土时，容重较大的混凝土将容重较小的泥浆从土洞、溶槽、裂隙中置换出来，增加了混凝土方量，有时溶洞中的充填物密度比混凝土小，由于混凝土进人溶洞破坏了原来的平衡，使得在钻孔时未发现的溶洞在灌注混凝土时却多用数倍的混凝土。因此在灌注混凝土前备料一定要留有余地，防止因无料停工而发生断桩事故。

4.9、嵌岩桩桩底高程的确定与终孔判断：

由于桩尖必须嵌入坚实的岩盘，且嵌岩深度0.5～3.0m，桩径越大，嵌岩越深，对岩盘的整体性与规模性要求也越高。由于岩溶洞隙发育，石笋、溶洞、溶潭、“鹰咀岩”、“乌龟壳”、“半边岩”都有，这就很难保证基础完全达到设计要求。因此在施工中应特别注意桩底岩面是否平整，主要依靠观测，冲击钻进时观察冲击锤的工作状态，岩面平整时，一般不产生倒锤现象，倒锤说明岩面是不平整的斜面，并有部分是松散层，这就不可能保证嵌岩深度。

由于灰岩质地坚硬致密，在重锤的冲击下由井底可传出“咚、咚”的碰撞声，吊索呈反弹状态，如果是软基则声音嘶哑甚至无声，吊索更无反弹现象。这样综合终孔现象与设计标高结合可较准确达到设计要求。终孔标高的确定，还要根据具体的岩面坡度与岩溶形态在每个桩孔的资料基础上综合判断。

4.10、在灌注过程中，当导管内混凝土不满含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整个地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，致使混凝土灌不下去。

4.11、导管提升不能过猛，防止导管拉断，同时也防止导管提离混凝土面，造成断桩事故。

5、结论

在北乡特大桥施工前期，因溶洞过大，出现溶洞后反复漏浆，部分桩孔孔口坍塌，有的钻机数月难以成孔，刚开始只采用粘土、片石、水泥、石灰等处理措施，大部分桩孔效果明显，但部分地质条件很差的桩，效果很不理想。后来我们加大成本投入，总结出比较实用的施工方案，对于各种情况分别采取相应的处理方案，对于地质特别复杂的桩基采用全护筒跟进穿过溶洞或井口砂卵石层部分埋设钢护筒的方法，虽然前期施工费用增大，但是施工进度大大加快，工期提前，其他各种机械配合费用、水电费及混凝土超灌量均有所减少，综合经济效益大大提高。

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