岩溶地区冲孔桩成孔施工处理技术_岩溶地区孔桩施工方案
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岩溶地区冲孔桩成孔施工处理技术
中建二局有限公司厦门分公司 贺增林
摘要：针对福建安砂建福水泥有限公司4500t/d熟料水泥生产线工程熟料储存库桩基施工中遇到很多溶洞的情况，介绍了在岩溶地区冲孔桩施工过程采取的技术措施和施工中应注意的问题，有效解决了在岩溶地区冲桩施工中遇到的困难。关键词：冲孔桩基础，岩溶地区，溶洞，漏浆，斜孔，卡钻，塌孔。1 工程概况
福建安砂建福水泥有限公司4500t/d熟料水泥生产线工程熟料储存库采用冲孔灌注桩基础，总共60根桩。筒仓门洞处4根桩直径1.0m，单桩最大垂直荷载7600kN；其余56根桩直径1.1m，单桩最大垂直荷载9250kN。桩基要求嵌入中风化石灰岩大或等于1倍桩直径，且桩端要有不小于3倍桩直径的完好中风化石灰岩持力层，不得有软弱夹层、断裂破碎带、孤石和洞穴溶洞分布。
根据超前钻勘察报告，该地区属于岩溶发育区，地质条件非常复杂。桩基施工范围内有较多溶洞，局部孔位出现串珠状溶洞。溶洞大小不一，分布在不同的平面上，岩面起伏不平，高差较大。溶洞埋深在36.2m~59.5m不等。溶洞高度在0.50m~22.50m之间，部分溶洞有粘性土夹角砾、碎石填充物。溶洞上部土层依次为：碎块石；石灰岩残积粘性土；散体状强风化石灰岩；碎裂状强风化石灰岩。2 桩基础施工难点及施工准备
本工程42个孔位出现溶洞，占总数的70%，岩性在水平和垂直方向的变化较大，其中在储存库东南部区域12根桩下有一个大型溶洞将桩底部互相连通。复杂的地质给桩基础施工造成很大困难，冲桩过程中容易造成斜孔、漏浆、卡钻、塌孔。因此项目部在施工过程中制定了下列施工准备措施：
(1)工程桩施工前，由地质勘察单位在每个桩位进行超前钻孔，掌握溶洞出现的大概位置，推断其范围大小，并将相邻桩基的地质勘察资料进行比较，推断溶洞的发展状况。
(2)将每个孔位的地质柱状图印发给有关人员，让具体操作者、技术人员、作业队长都清楚溶洞的位置、大小、充填情况，对其做好技术交底及安全交底，使得现场所有人员认识到在岩溶地区冲桩施工中可能出现的危险，在出现溶洞抢险过程中首先要保证人员安全。(3)备足成孔用水、粘土、片石、袋装水泥等必备材料，确保溶洞击穿时迅速补水、补浆，预防塌孔，并及时抛填粘土、片石，以恢复正常冲孔作业。粘土片石要在桩孔附近，冲孔遇到溶洞时能较快的回填。部分粘土用麻袋装好，遇到漏浆机械没开动前可先组织工人回填粘土、片石。
(4)施工现场一定要有处理漏浆的备用机具设备，如挖掘机、装载机、土方车、吊车等，以免发生险情无法实行溶洞处理措施，造成不必要的人员伤亡及财产损失。
(5)桩孔设立防护范围，避免车辆在防护范围通过，减少对桩孔护壁的压力和振动。机械及材料堆放不能离桩孔太近，防止大面积塌孔时被埋没。
(6)钻头焊φ32mm钢筋环4个，用φ28mm钢丝绳围绕2~3圈，以备掉钻头后易于打捞。由于钻具磨损最大，留足够的备用钻头和修理钻头的设备。
(7)钢丝绳要有出厂合格证，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，滚筒上至少要留有7圈以上的富余量，绳尾必须锚固在滚筒上。
(8)制浆粘土的技术指标及泥浆的技术指标应满足施工要求，钻进中应随时检验泥浆比重和含砂率并及时调整。3 溶洞处理技术
(1)施工具体操作方法
1)在溶洞中冲孔，由于孔桩进入溶洞范围内，溶洞不是整齐的，顶板和底板犬牙交错，高低不平，在溶洞顶板及底板冲孔都存在一个斜面开孔问题。因此必须根据地质柱状图掌握钻进标高，随时观测孔深，成孔接近顶板0.5~0.8m时应通知在岗工人改用短冲程成孔，冲程应控制在1.0m以内，经过溶洞时，为了防止冲孔过程中发生滑动和损坏桩锤，也应短冲程。
2)钻头在洞内冲击高低不平的岩面时，或一面有岩，一面悬空时，容易造成卡钻或斜孔事故。如果冲孔遇到岩床、溶洞槽及其他斜坡岩时探测发现成孔有斜孔，则用D20~30cm块石(80%)与粘土混合物填至高出斜孔段顶部1~2米处，然后用锤砸实并形成坚实的平台，在已成孔段垂直偏差达到规范规定的范围内后再重新冲击。冲孔进入溶洞时如果探测发现成孔有斜孔，则抛条石至高出斜孔段顶部2~3米处，重新冲孔应该满足规范和设计要求。
3)在冲孔过程中密切观察泥浆液面变化。若孔贯入后发生渗漏量不大，则用适当的泥浆和粘土填孔并压实，将部分粘土挤压孔壁或者岩缝并形成泥浆护壁。若渗漏量大且速度快，证明溶洞较大，用泥浆填大溶洞时，可能会有渗漏和塌孔发生，在此时应用适当的泥浆、块石与粘土的混合物填孔并压实，这样就形成高强度的护壁；若多次用块石与粘土的混合物填实都没效的话，则应该用袋装水泥，压实以形成水泥泥浆，水泥泥浆能渗入溶洞缝和粘在孔壁上，待水泥泥浆终凝后，可开始施工，如果没达到预期的效果，则可以重复上述方法3~4次；若上述方法也失效的话，则应用干硬性水泥砂浆，待水泥砂浆终凝后可继续施工。
4)为防止冲击震动使邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已灌注混凝土的凝固，施工时应隔孔跳打，与先开钻的孔相邻的孔应待邻孔混凝土达到2.5MPa抗压强度后，方可开钻。钻进时起落钻头速度要均匀，不得过猛或骤然变速，以免因提速过快而造成负压引起坍孔。为防止掉钻头，要求每班检查1~2次钢丝绳、卡扣、滑车、钻头、卷扬机等机具设备，若发现钢丝绳在同一旋距内断丝超过2根，则应予更换，其他机具发现问题应及时处理或更换。清渣、投块石及粘土坯数量要做好记录，成孔资料应齐全完整，并有岗位负责人签字。成孔施工过程中，井孔周围切勿放置铁件，以防掉入孔内难以打捞，影响钻进。
5)贯穿溶洞后，继续冲孔，嵌岩深度到达设计要求后停止打桩。并立即与相关单位人员一起检查孔位、孔深、孔径、孔形、斜度，确认满足设计要求后填写钻孔记录表，经相关人员签字后，清孔、下放钢筋笼和浇灌混凝土。
6)在大溶洞将桩下部连通区成孔时，为防止锤下落时正压、锤提起时负压导致泥浆相互冲垮相连的人造孔壁，该处护壁应采用水泥或砂浆。且当一个孔或多个孔同时钻进至溶洞内时，周围冲孔至离溶洞顶2m左右时应停止，已进入溶洞的孔必须逐个成孔、清孔、放钢筋笼及浇灌混凝土后，未到达溶洞的孔方可继续开钻。
7)钻探资料无溶洞桩基的预防措施：由于岩溶地区地质发育的复杂性，而超前钻的钻孔小，冲孔桩的直径大，所以在施工中出现过超前钻孔没有溶洞，而实际施工有溶洞的情况。因此在施工时要求工人密切注意施工的动态，当施工过程中突然出现浆面下降，要按有溶洞进行处理，并立刻把锤拉起，向孔内加浆，抛粘土包和片石，保持孔内浆面稳定；如出现坍塌即按应急措施进行处理。
(2)事故处理措施 1)掉钻事故处理： ① 随时准备好打捞锚钩，一旦掉钻要及时打捞；
② 如用锚钩打捞有困难时，设法检查情况，用冲抓锥来抓取掉落的钻头； ③ 如采用上述办法仍无法将钻头打捞上来，应与设计单位协商，有两种方案： a．若钻头在已经到达设计岩层掉落的，直接灌注混凝土，采用后注浆加固； b．若钻头在未到达设计岩层掉落的，在原桩位旁边增补两根桩。2)卡钻事故处理：
① 首先要查明情况。如卡钻位置的标高和卡钻原因，是不是钻孔不圆、探头石、落石、溶洞塌孔、钻头倾倒、钻头卡住后有无沉渣堵住等。
② 要防止强提、强扭和操作不当使钢丝绳疲劳断裂掉钻。③ 查明卡钻原因后，采取相应的措施。一般处理方法有：
a．如果是孔不圆、探头石、落石等原因卡锤，可采取晃动大绳使钻头松动使钻头上下活动，最后再将钻头提起；
b．若卡钻后较长时间内仍无法将钻头提起，则需要用扩孔器将卡钻以上部分孔扩大后将钻头提起；
c．若是溶洞被突然击穿导致钻头被岩石掩埋，则另用一钻头将掩埋部分岩石击碎后将被卡钻头提起；
d．若是在斜坡岩上钻头倾倒被岩石卡住，则用爆破的方法将斜坡岩炸碎从而将钻头提起。
3)塌孔事故处理
① 对孔内轻微塌孔，可抛填粘土坯及碎石，冲砸造壁填补。② 对孔内严重坍孔，可采取以下处理方法：
a．分次回填粘土坯、块石及袋装水泥至坍方标高以上0.3~0.5m，循环反复冲砸达到重新固壁；
b．采用干硬性水泥砂浆回填，施工方法同上。4 施工安全注意事项
(1)对工人应进行安全教育、操作规程教育，严防发生工程质量和人身事故；(2)钻架的滑轮要灵活，严禁使用轮缘已破损的滑轮；
(3)钢丝绳要勤检查，勤保养，断丝超过规定值的要及时更换，钢丝绳的卡子要经常检查，松动的卡子要及时补拧；(4)起落钻头速度应均匀，不得突然加速，避免碰撞护筒和孔壁；
(5)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；
(6)根据超前钻资料，较大溶洞钻进至洞顶3m前在孔口放置四根枕木，防止钻头突然将洞顶岩层击穿而导致桩架倾覆甚至连人带机拽入桩孔；
(7)如果在钻孔过程中突然出现地面下陷，所有操作人员应立即撤离工作面，并及时通知现场主管，组织抢险小组撤离施工设备，然后按照处理方案进行处理，重新组织施工；
(8)如在地面下陷时出现人员伤害，现场负责人接到报告后，立即组织现场人员救援，尽力控制事故蔓延，疏散人员，一边向当地医院申报求援，一边向公司应急救援指挥部报告，协助抢险和事故处理。当事故得到控制后，应立即成立事故调查处理小组，调查事故发生原因和研究制定防范措施；成立抢修小组，研究制定抢修方案并立即组织抢修，尽快恢复生产。
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