岩溶地质钢护筒跟进法桩基施工工艺

胡乐成

摘 要：桩基作为一座桥梁的重要组成部分，桩基的施工质量决定了整座桥梁的总体质量，决定着桥梁的可使用年限。贵阳地区地质构造复杂，贵阳市区便处在一较大岩溶盆地。贵阳市轨道交通1号线7标段施工的下麦西1号双线大桥所处地质环境就是岩溶强发育地段，且地下岩层见溶率较高，因此对桩基施工提出了更高的要求。下麦西1号桥0-2#桩基施工时就是采用钢护筒跟进法来处理较大溶洞的，事实证明钢护筒跟进法处理高大溶洞是保证质量和安全，缩短工期的一种稳妥可靠的施工方案。文章就是对岩溶地质处采用冲击钻成孔、钢护筒跟进法施工桩基的工艺予以阐述，希望对以后类似地质条件下桩基施工有所帮助。

关键词：岩溶地质；溶洞；钢护筒跟进；桩基施工

中图分类号：U445.55+1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0103-04

Abstract： Pile foundation is an important part of a bridge. The construction quality of pile foundation determines the overall quality of the whole bridge and the useful life of the bridge. Because the geological structure of Guiyang is complex， the urban area of Guiyangis located in a large karst basin. The geological environment of Xiamaixi No.1 double-line bridge under construction of No. 7 section of Guiyang Rail Transit Line 1 is in the area of strong karst development， and the dissolution rate of underground rock is relatively high， so the higher requirements for pile foundation construction are put forward. In the #0-2 pile foundation construction of Xiamaixi No.1 Bridge， the steel casing tube follow-up method is used to deal with the large karst cave. It has been proved that the steel retaining tube follow-up method is a safe and reliable construction scheme to ensure the quality and safety and to shorten the construction period. This paper expounds the construction technology of pile foundation in karst geology by means of percussive drilling and steel casing tube follow-up method， hoping to be helpful to pile foundation construction under similar geological conditions in the future.

Keywords： karst geology； karst cave； steel casing tube follow-up； pile foundation construction

1 工程概況

贵阳市轨道交通1号线下麦西站～将军山站区间，下麦西1号双线大桥为8×30m跨径高架桥梁，设计全长251.04m。桩基采用直径1.25m钻孔桩，0#台6根桩基、8#台5根桩基、1#～7#墩各4根桩基，全桥共计39根钻孔桩。根据地质情况，选用冲击钻和旋挖钻来完成本桥的桩基施工。设计要求桩底以中风化灰岩作为持力层，桩基嵌入风化岩层不小于2m，且不小于设计桩长。

2 不良地质情况

2.1 岩溶

场区为可溶岩分布区，地表出露洼地、残丘及岩溶泉等岩溶现象，地表岩溶强发育，地下岩溶主要受断层破碎带影响，岩溶形态主要为岩溶管道及竖向串珠状溶洞，地勘结果显示，37个钻孔中有12个钻孔见溶洞共计16个，见溶率为32.4%，溶洞洞径一般为0.4～5m，0#台为最大15.6m溶洞。溶洞以全填充溶洞为主，填充物为软塑～流塑状粘土，少量为空溶洞。强发育岩溶对桥梁墩台基础影响较大。

2.2 断层破碎带

线路于桩号YD1K0+950附近与仁和场逆断层第一支相交，交角约75°，断层破碎带及影响带宽度10～20m，带内构造裂隙发育，岩体较破碎，对破碎带内桩基影响较大。

3 针对不良地质情况采取的桩基施工措施

0#和8#桥台桩基穿过较大溶洞，我部采用钢护筒下底处理措施施工桩基；1#、3#、7#桥墩桩基穿过较小溶洞，采用黄泥夹片石处理措施。本文以0-2#桩基为例，对钢护筒跟进施工桩基工艺予以阐述。

4 钢护筒跟进法桩基施工工艺

4.1 钻孔设备

0#台桩长28m，采用冲击钻钻进。根据以往施工经验，1.25m桩径正常情况下采用1.2m直径锥锤即可满足成孔后桩径要求。采用钢护筒跟进法施工，钢护筒直径为d+10cm，d为桩基直径，故本项目下底钢护筒直径为1.35m，冲击钻锥锤直径应换成1.4m，以便于钢护筒顺利下沉。

4.2 钢护筒加工

钢护筒采用壁厚10mm钢板卷制而成，第一节钢护筒长度为2m，内径1.6m，为外护筒；其余每节制作长度为6m，内径1.35m，为内钢护筒。钢护筒在厂家集中机械卷制成型后运至现场，焊缝全部为双面坡口。

4.3 施工方法

下置钢护筒的目的：主要是防止钻进至溶洞时护壁泥浆流失，造成孔壁坍塌，同时可有效控制偏孔。下置钢护筒，既可以保证桩体顺利穿过溶洞层完美成孔的目的；同时也避免了桩体混凝土在溶洞层无限超灌注，甚至无法成桩的情况，避免不可控的成本浪费。

4.3.1 开钻

场地平整后由测量员放出桩位，埋置外钢护筒前现场施工人员自行引出十字保护桩。根据护筒直径开挖桩位处，下放第一节外钢护筒，保证护筒顶高出地面30～50cm。再次将冲击锤对中，正式开钻。根据地勘资料和设计数据确定0#台处原地面以下4.5m处开始出现约16m深的大溶洞，故直接用1.4m直径冲击钻锥锤，以备后续顺利打入内钢护筒。钻进过程中要经常量测孔深，在钻至3.5m深左右时停钻，开始打入内钢护筒。

4.3.2 打入内钢护筒

内钢护筒下沉，采用25T汽车吊辅助冲击钻锥锤（5.5吨），通过钻锥自重，将内钢护筒缓缓压入已钻出的孔桩内，直至岩层面，然后再进行成孔钻进。

首先，内钢护筒要分节下沉，其次，钻锥通过内钢护筒顶部的横担，牢牢固定在内钢护筒的顶部，通过25吨汽车吊调整钻锥重量来调整控制内钢护筒下沉的速度。值得注意的是，钻锥在内钢护筒顶部的位置必须居中，防止因重心偏移造成护筒倾斜。下沉过程中，要不断的通过水平尺矫正内钢护筒的垂直度，确保倾斜度？芨1%L，若发现出现偏斜的过大，立即纠正，严格控制倾斜度不能超标，消除一切可能影响倾斜度的不利因素。

内钢护筒下沉完毕以后，利用冲击锥锤进行下一步成孔作业，一般成孔深度为1.5～2m之后，及时下沉内钢护筒至进尺的岩面标高位置；然后再进行冲孔、继而下沉内钢护筒。周而复始，循环重复上述工序，直至达到桩底设计高程处。在施工过程中，垂直度的检测要及时跟进，严格把关，各节钢护筒连接的垂直度必须控制在允许偏差范围内。

内钢护筒的连接焊缝，采用双面坡口满焊，节与节之间的接缝除要焊接外，还要用5cm宽、1cm厚度的加强焊接。连接焊完的两节内钢护筒，整体要平順，竖向成直线。这是成孔质量控制的关键性环节。

4.3.3 钢护筒垂直度控制

内钢护筒下沉的过程中，除用水平尺检测控制外，还需制作专门的支架加以支撑框合，支架设置2米高，控制内钢护筒在地面以上相对竖直，在内外钢护筒之间设置专门的卡具与之调整竖直度，测量人员使用全站仪全程控制垂直度，具体如图4。

两节钢护筒焊接时，下部钢护筒采用垫铁调平（必要时用汽车吊吊起调节），水平尺检测，符合要求后，对接上部钢护筒，接口要对齐，初步点焊连接，用全站仪控制垂直度，用垫铁进一步精平调整，直至完全满足垂直度要求，再进行全面焊接。随着内钢护筒不断下沉，这项工序循环进行。

4.3.4 内钢护筒跟进至溶洞位置的处理措施

根据设计文件详细的地质资料，精准确定溶洞顶面地质高程位置，防止钻锥在破进溶洞前，由于处理不当，突然破进溶洞层，造成中途卡钻现象，给施工带来不必要的麻烦，造成施工受阻，甚至影响施工进度，造成巨额经济损失。

首先，应该在距离溶洞顶1米处停止钻进，稳妥安放内钢护筒。这就要求工程技术人员必须熟知地勘资料，做到精准定位；

其次，在溶洞顶范围内钻进，要求减慢钻进速度，提锤高度不能超过50cm，进尺进度控制在每小时60-80cm范围内。在即将击穿溶洞顶时，千万不要强烈冲击，防止卡钻危险。

最后，钻进溶洞后，很有可能出现泥浆流失现象。这种情况下，尽快提出钻头，立即回填事先准备好的黄泥片石，然后用冲击锤反复冲砸，直至将溶洞空间填满，形成护壁，然后跟进下沉内钢护筒，直至穿过溶洞。

4.3.5 内、外护筒间空隙处理措施

（1）在内护筒底部及顶部1m范围内回填砂子、碎石，在中部回填中砂。

（2）用高压喷射灌浆方法对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求要达到30Mpa，其抗渗系数要达10-7m/s。进行灌浆处理后，就可以继续重新冲孔成桩。

4.3.6 穿越溶洞后钻进

顺利穿过溶洞后，改用能够满足正常设计孔径要求的1.2m直径钻头继续钻进至设计桩底标高。清孔达标后下钢筋笼，灌注桩基混凝土，至此整根桩基施工完成。

4.3.7 水下混凝土灌注

（1）下导管：导管口距底部不得大于30cm，首批灌注砼的数量要能满足导管首次埋置深度大于等于1m以及填充导管底部的需要，保证砼灌注的连续性。

（2）在砼灌注的过程中，做好灌桩记录，导管埋深应控制在2-6m。

（3）为了防止钢筋骨架可能出现上浮，当灌注的砼距钢筋骨架底1m左右时，应适当降低砼灌注的速度。当砼上升到底口4m以上时，开始提升导管，使其底口高度高于钢筋笼骨架底部2m以上，然后就可以恢复正常的灌注速度。

（4）灌注的桩顶高程应比设计高出0.5-1.0m，以保证砼强度及质量，超高的部分桩头接桩时再予凿除。

（5）本次实际灌注方量42m3，设计方量35m3，超灌7m3。

5 钻孔过程中常见问题及处理措施

5.1 塌孔处理方法

（1）当钻进成孔深度不大时，可全部回填粘土，并经过一段时间沉淀后，再将钢护筒深埋至不透水层，压实后方可重新钻孔。

（2）当钻进成孔深度较大时，可将钢护筒继续深埋，一直座落在塌孔的嗽叭口下缘的亚粘土层上，护筒周围回填粘土，挤实，再重新钻孔。

5.2 卡钻的原因和处理方法

（1）冲击钻钻头刃脚磨钝、导致成桩孔径变小，造成卡钻。必须经常对冲击钻进行补刃。

（2）成孔不圆，出现梅花孔。最好使用4刃及以上的钻头钻圆孔，一般不使用一字钻头。

（3）钻头在冲击填充的黄泥片石时，有可能石块将钻头和孔壁的空隙挤住，导致钻头无法上下移动。此时可用小冲击钻冲动，或用冲吸的方法将卡在钻头的石碴处理松动，再提出钻头。

（4）卡钻时不宜强提，免得拉坏机械，拉断钢丝绳，掉钻头。

5.3 偏孔

偏孔是由于孔底岩石表面倾斜或出现探头石，致使钻头在冲击的过程中沿软的、低的部位下滑造成的。解决此类问题的方法是回填片石，用小冲程配合打紧绳的方式反复冲击，直至调正过来为止。如果采用过大的冲程会使成孔不圆，造成偏孔，一般应采用1～2m的冲程为宜。

本工程在施工0-2#桩基时，在地勘资料显示的断层破碎带位置处出现了多次反复的偏孔，现场采取将岩面高的一侧冲击锥锤钻刃补厚的措施，如此在冲击钻进时能将斜岩高的一侧凿平后，再在同一平面钻进。此法对处理斜岩处的偏孔问题相当有效。

5.4 漏浆

在冲击成孔过程中，由于有的溶洞可能与地下暗河或其他的溶洞相连通，一旦出现此类情况，泥浆会迅速流走，水头高度急剧下降，从而造成漏浆。在遇到溶洞的桩基施工过程中，要在桩孔边准备备足量的片石和粘土，一旦出现漏浆，就要及时得回填片石粘土，进行冲击造壁，并且要马上加水，防止水头高度继续下降导致塌孔。

6 对钢护筒跟进法桩基施工工艺的评价

6.1 成本核算

内钢护筒按沉入20m计算，直径1.35m，10mm厚钢板面积：3.14×1.35×20=84.78m2，重量：84.78m2×78.5kg/m2=6655.23kg，6.65×4500元=29925元。黄泥和片石可在附近下麦西车站挖方段处就地取材，不产生材料成本。

而前期在施工本标段将军山车站大桥1-1#桩基时采用的是C20素混凝土回填的施工工艺来处理溶洞（9.2m左右的溶洞），此过程共计使用C20混凝土85m3（按每立方米C20混凝土400元成本计算，混凝土费用34000元），下麦西1号桥0#台处溶洞更大，若同样采用C20素混凝土回填方法施工，C20混凝土用量肯定会增加，造价也就会更高。而且采用素混凝土回填过程中必须需要有一定的时间间隔，如此工时跨越较长，对现阶段较紧张的工期安排不利。

6.2 钢护筒跟进法技术优势

对于处理贵阳地区较大溶洞来讲，钢护筒跟进法施工桩基技术已日臻成熟，相对于素混凝土加固、注浆加固等处理溶洞的措施更具有可控性，更能节约成本。尤其是对于素混凝土加固及注浆加固方法来讲，如果前一次与后一次的灌注时间间隔或灌注方式处理不当的话有可能造成无法预估的灌注材料的浪费，而下沉钢护筒的措施发生的成本是固定的、可控的。

7 结束语

下麦西1号双线大桥存在较大溶洞的0#和8#台桩基都是采用钢护筒跟进法顺利成孔并灌注桩基混凝土，达到龄期后桩基檢测结果符合设计要求。这证明了在有较大溶洞地质处采用钢护筒跟进法施工桩基的方案是行之有效的，同时在成本控制和满足工期要求方面也是存在优势的。贵阳市轨道交通1号线7标段还有下麦西车站和将军山车站桩基目前尚未施工，地勘资料和设计图纸均显示以上两座车站所处地质至少有4个位置还存在较大溶洞，因此下麦西1号桥桩基施工采用的钢护筒跟进法处理较大溶洞的措施为接下来的桩基施工提供了可靠的基础资料和技术参数，对今后我部在强发育岩溶地质情况下的桩基施工也有很大的指导意义。

参考文献：

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