溶岩地区桩基施工指南.doc

目 录1、总则12、名词术语13、一般规定34、岩溶桩基组合模式及常见病害类型44.1 岩溶桩基组合模式44.2 岩溶桩基施工常见病害类型65、岩溶桩基施工预防措施85.1 施工准备85.2 岩溶桩基施工预处理措施96、岩溶桩基适用施工工艺117、冲击成孔灌注桩施工工艺137.1 冲击钻机的要求137.2 泥浆的要求147.3 冲孔成孔施工工艺157.4 混凝土灌注成桩施工工艺188、人工挖孔灌注桩施工工艺209、岩溶桩基施工常见病害的处理措施239.1 冲击钻孔施工中岩溶桩基病害处治239.2 人工挖孔施工中岩溶桩基病害处治技术349.3 小结361、总则1.0.1 为适应岩溶地区公路桥梁建设发展的需要，服务于我国岩溶地区尤其西部岩溶地区公路工程桥梁桩基施工，确保施工质量，作到技术先进、经济合理、方法实用有效，特制订本指南。1.0.2 本指南适用于岩溶地区高速公路、一般新建公路和改建的各等级公路，以及独立建设的桥梁项目的施工。1.0.3 本指南仅包括公路工程桥梁施工与岩溶有关的内容，而施工中通用部分的技术方法与要求，以及岩溶地区中非岩溶桩基的施工，均应遵照国家或交通部现行有关技术标准执行。2、名词术语2.0.1 岩溶裂隙 地表水沿可溶岩的节理裂隙进行垂直运动，不断对裂隙四壁进行溶蚀和冲蚀，从而不断扩大成几厘米至12米宽的岩溶裂隙。裂隙与溶洞区别主要在形态上，裂隙三维方向上某一方向尺寸明显超过另外一个方向。裂隙的另外一个特征就是其连通性，如果为封闭裂隙其对桩基的影响等同于小溶洞，纵向裂隙对桩基施工影响大（漏浆量大 速度快）。对桩基施工来说，裂隙一般是指宽度0.5m以下的岩溶裂隙。2.0.2 溶洞 地下水溶着可溶岩的层面、节理或裂隙、落水洞和竖井下渗的水，在地下水垂直渗入带内沿着各种构造不断向下流动，同时扩大空间，形成大小不一、形态多样的洞穴。一般有两种类型：水平型溶洞和垂直型溶洞。溶洞相对来说长宽比较小。对于桩基施工而言，各种溶洞按溶洞的大小及数量区分如下：小型溶洞：对冲击成孔无多大影响的溶洞，高0.5 m1m，大多数为封闭溶洞。一般溶洞: 会对冲击成孔造成影响的溶洞，高14米。大型溶洞：对冲击成孔施工影响较大的溶洞，高4m 以上.多层溶洞：可溶性岩层与非可溶性岩层相间的地区，溶洞本身就具有成层性。因此，在岩溶地区，溶洞的成层性是一种普遍的地貌现象，多数是由46层组成的。上下两层水平溶洞之间的高差由数米到十几米甚至几十米。一般为水平型溶洞。串珠式溶洞：指由水平状态为主的多层溶洞或裂隙组成，各层之间厚度间距一般为0.53m，溶洞大小不一，一般为垂直型溶洞。2.0.3 不完整岩溶 不完整岩溶形态是指发育在桩侧或桩底的孤石、鹰嘴岩、半边岩、岩溶裂隙、起伏不平的基岩面、倾斜岩层、石笋等，它们共同的特征表现为在同一桩孔横截面上，岩石软硬不均或半岩半土、半岩半溶的情况。2.0.4 岩溶率 在一定范围内岩溶空间的规模和密度，用以反映岩溶发育的强度及特征，岩溶率可分为：点岩溶率：单位面积内岩溶形态的个数；线岩溶率：单位长度上岩溶形态的百分比；面岩溶率：单位面积上岩溶形态的百分比；体岩溶率：岩溶空间占测量可溶岩体积之百分比；钻孔岩溶揭露率：在一定深度或层位内，揭露到洞隙的钻孔占勘探孔总数的百分比。2.0.5 岩溶填充率 充填物体积与洞隙体积之百分比，充填率可分为：全填充、半填充、少量填充与未填充。2.0.6 土洞 发育在可溶岩上覆盖土层中的空洞。其形成需有易被潜蚀的土层，其下有排泄、储存潜蚀物的岩溶通道。当地下水位在岩土交界面附近作频繁升降时，常产生水对土层的潜蚀而形成土洞。2.0.7 洞穴崩塌物 在溶洞内伴随岩溶作用过程从洞顶、洞壁、洞口崩塌的块石、碎石、角砾堆积物的通称。有时可和洞底的钙板、粘土混杂胶结成角砾岩。2.0.8 地下水 是指埋藏在地面以下，存在于岩石和土壤的孔隙中可以流动的水体。地面以下的水并不都是地下水。地面以下的土层可分为包气带、饱水带。包气带的土层中含有空气，没有被水充满，包气带中的水分称为土壤水。饱水带中土壤孔隙被水充满，含水量达到饱和，饱水带中的水即为地下水。2.0.9 饱水带 又称潜流带。岩溶含水层及其地下水位以下的地带。它的上限及厚度与补给排泄区的相对位置和高差有关。水流常具有连续性和静水压力。浅饱水带常常是岩溶强烈发育的地带。2.0.10 季节交替带 又称过渡带。由于季节变化而引起地下水位升降波动的地带。是仅次于包气带与饱水带之间的过渡地带。当雨季潜水面升高时，构成饱水带的一部分；旱季潜水面下降，则成为包气带的一部分，形成周期性的交替。2.0.11 岩溶水 赋存于岩溶化岩体中的地下水的总称，又称岩溶地下水。2.0.12 岩溶突水 储存和运动于岩溶含水层中的地下水流，当被人工揭露或受自然因素影响而骤然产生的大量涌水现象。岩溶突水常伴随涌泥涌砂，危及安全。2.0.12 灌注桩 在地基中以人工或机械成孔，在孔中灌注混凝土而成的桩。2.0.13 大直径桩 直径大于等于1.5m的灌注桩界定为大直径桩。2.0.14 端承桩 主要靠桩的下端反力支承荷载的桩。2.0.15 PHP泥浆 即丙烯酰胺泥浆，以膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺的水解物和锯木屑、稻草、水泥或有机纤维复合物按一定比例配制的不分散、低固相、高粘度泥浆。2.0.16 岩溶桩基 指在岩溶地区，桩位处发育有各种岩溶形态的灌注桩。3、一般规定3.0.1 本指南适用于冲击成孔、人工挖孔岩溶灌注桩基的施工。3.0.2 岩溶灌注桩施工应具备详细的工程地质勘察资料和水文地质资料，水泥、砂、石等原材料的质量检验报告，混凝土配合比审批报告。3.0.3 灌注桩施工时，应按有关规定制定安全生产、保护环境等措施。3.0.4 灌注桩施工应有完善的施工记录。4、岩溶桩基组合模式及常见病害类型4.1 岩溶桩基组合模式4.1.1岩溶对桩基成孔施工的影响因素可归纳为覆盖层、溶洞、不完整岩溶形态、岩溶地下水四大方面，并且这四种影响因素往往是在同一桩基中同时存在的。、覆盖层对桩基成孔施工的影响岩溶区覆盖层厚度变化大，一般从几米到几十米不等，多以第四系冲积、坡积和残积层为主，在地下水影响下基岩面附近土层往往呈现软塑状态，甚至部分粘性土被地下水径流冲蚀形成土洞。成孔过程中，覆盖层会因护壁失稳而造成孔壁坍塌，严重者造成大规模孔口地面塌陷。、溶洞对桩基成孔施工的影响溶洞是桩基成孔施工中最难对付的岩溶形态之一。因溶洞发育的大小、形状、规模、位置不一，其造成的影响程度也不一样。因溶洞的存在，成孔施工过程中常会出现因揭穿顶板出现漏浆、卡钻、掉钻、埋钻的事故，特别在多层溶洞（串珠式溶洞）发育的桩基中，会导致成孔施工的困难，桩底标高的难以确定等。、不完整岩溶形态对桩基成孔施工的影响不完整岩溶形态会造成钻锤落底时不水平而滑向软质一侧，造成桩孔偏斜；或岩溶发育不均形成的基岩面溶沟、溶槽、石牙孤石及孔内探头石导致冲击过程中钻头被卡。、岩溶地下水对桩基成孔施工的影响岩溶地下水具有不均匀性，季节性，集中突水和承压性，裂隙与管道并存，埋藏条件不易查清等特征，其地下水量的计算不易准确，岩溶地下水往往与地表水相互连通，造成降水困难，若施工不当,极易诱发塌陷等地质灾害。4.1.2 从桩基与岩溶洞穴的相互关系考虑，重点考虑桩基处的覆盖层厚度、岩溶洞穴的数量、横截面大小、走向和连通情况、岩溶地下水的水位与水量、桩基与溶洞的关系，可归纳出岩溶桩基施工中，桩基与岩溶洞穴的所有组合模式，见表4-1。对桩基的影响程度覆盖层特征岩溶洞穴特征岩溶水特征桩基与岩溶洞穴的关系溶洞数量横截面大小洞穴走向连通情况岩溶水位与基岩面的关系地下水量逐渐增大方向 裸露半裸露薄(<5米)12个小型溶洞：对冲击成孔无多大影响的溶洞，高0.5 mm水平，长轴与桩基垂直独立封闭，不连通基岩面以上，覆盖层内较少，季节性存在桩孔穿过溶洞浅覆盖(520米)多个一般溶洞: 会对冲击成孔造成影响的溶洞，高4米倾斜，长轴与桩基斜交，60°<夹角<90°与其他相邻桩基裂隙、溶洞互相连通基岩面附近较多，常年有水，与地下潜水面相近，随季节在基岩面附近上下浮动桩体局部穿过溶洞深覆盖(>20米)大型溶洞：对冲击成孔施工影响较大的溶洞，高4m 以上陡倾，长轴与桩基斜交，60°>角度>0°与地表或地下河流连通基岩面以下丰富，与地表或地下水系相通，或覆盖层为强透水层桩体侧切溶洞壁桩基与岩溶洞穴关系一览表 表4-14.1.3 岩溶裂隙和不完整岩溶形态几乎在每一根岩溶桩基中都存在，并且往往是伴随岩溶洞穴共同出现的，但这两种岩溶形态在柱状图上较难表述清楚或无描述，施工中需慎重对待。4.2 岩溶桩基施工常见病害类型4.2.1混凝土灌注桩在岩溶地区施工中，从桩基成孔到混凝土灌注，较之常规混凝土灌注桩基的施工，存在一些特有的病害类型，为方便病害处理方法的选用，利于施工，按桩基施工中事故病害表现形式，将岩溶桩基施工常见病害进行分类，共分为2大类：岩溶桩基成孔施工病害、岩溶桩基混凝土灌注施工病害。4.2.2岩溶桩基成孔施工病害、漏浆岩溶冲孔桩施工时，经常出现孔内泥浆迅速流失孔内水头迅速下降（几分钟之内水头下降可能超过 10m）的现象，即为漏浆，原因一是当岩层中存在贯通裂隙、小型溶槽等,裂隙可能与溶洞或地下水连通;二是遇到溶洞、溶穴、土洞等，护壁泥浆会沿这些通道流失从而形成漏浆。、塌孔、埋钻当岩溶地区覆盖层较厚时，成孔过程中，因基岩附近的覆盖土体多为疏松多孔，岩溶地下水沿裂隙涌入孔桩形成孔壁坍塌，或者当桩基施工至于桩外溶洞贯通的裂隙或溶洞时,洞穴顶板被意外揭穿或揭穿裂隙通道后，孔内会突然失水造成泥浆水头急剧下降，如补浆不及时,覆盖层形成负压，地下水从孔壁渗出，破坏了护壁泥皮，上部覆盖层由于护壁失稳而造成孔壁坍塌，严重者造成大规模孔口地面塌陷，造成埋钻。、偏孔偏孔指在施工钻孔过程中,孔位中心偏距超出“标准”允许范围。当桩侧或桩底发育有孤石、鹰嘴岩、半边岩、岩溶裂隙、起伏不平的基岩面、倾斜岩层、石笋等岩溶形态时，由于桩基横截面的不均匀性，钻头极易滑向较软的一边，从而造成偏孔。、卡钻、掉钻当桩身存在溶沟、溶槽、溶洞或有半边溶洞侧壁侵入桩身，钻孔桩穿过这些岩溶形态时，钻锤极易被卡住，特别是在钻穿溶洞顶板后，形成探头石或台阶，或溶洞内的孤石、落石，会卡住钻头。掉钻一般多与卡钻时操作不当强行提拉导致钢丝绳超负荷断裂造成，当溶洞较大时，如突然钻穿，因重力作用拉断钢绳也会产生掉钻的情况，有时钻头会顺溶洞滑走，无法找到。、降排水困难或涌砂岩溶地下水往往与地表水相联通，在峰丛平原地区，地下水位较高，从而造成人工挖孔桩施工时降排水困难，或因抽水不当造成地面塌陷；当地下水为承压水时，还会因施工造成水头突变，形成涌砂、涌泥现象。、沉渣超标 岩溶地区桩基冲孔施工时，为了泥浆护壁的稳定性，往往加大泥浆的浓度，而在清孔时也不敢轻易降低浓度，从而造成清孔困难，沉渣超标的现象。当采用冲击钻机冲击成孔工艺，特别是 2.5m以上大桩基成孔后，怎样清孔达到沉渣厚度及泥浆性能指标要求是非常关键的环节。有时，换浆达到规范要求时，由于泥浆比重降低、粘度下降，又重新发生渗漏、塌孔的事故，这在以往桥梁桩基施工中发生较多。4.2.3岩溶桩基混凝土灌注施工病害、灌桩过程中混凝土流失冲击钻孔过程中，通过溶洞时，往往抛填片石粘土，在冲击挤密作用下形成护壁防止漏浆。但是对于洞高较大且填充物为流塑状溶洞时，由于溶洞较高，冲击形成的护壁自稳性较差，在泥浆护壁作用下只是达到临界平衡，混凝土灌注时，孔内侧压力增大可能导致这些存在隐患的护壁破坏，混凝土涌入溶洞，若溶洞相互贯通于是大量混凝土将沿这些通道流失。混凝土流失后护壁泥浆水位下降很可能继续引起塌孔。、夹泥断桩岩溶地质条件下，泥浆护壁会因岩溶裂隙的存在而存在不均匀性，也存在岩溶水的渗漏，有时会夹带泥砂进入灌注混凝土，从而造成混凝土夹泥的质量缺陷。也可能因水下混凝土挤穿孔壁流入溶洞，使导管端口脱离混凝土，或溶洞流塑状充填物涌入孔内造成断桩。、桩底混凝土不密实岩溶地区的桩底基岩往往存在岩溶裂隙、小溶槽等非完整性状况，这样，灌注混凝土时，部分混凝土会出裂隙中流走，从而造成桩底混凝土不密实。、串孔由于溶岩地区水平溶洞不仅墩内孔间相连，且墩与墩之间有的也贯通。因此，钻孔施工时会产生泥浆和混凝土串孔的现象，如施工处理不当，会难以成孔。5、岩溶桩基施工预防措施5.1 施工准备5.1.1 岩溶地区地质条件复杂，成桩遇到的困难较多，要使成桩顺利，确保桩基的施工质量及工期要求，充分做好施工前的准备工作是非常重要的预防措施。5.1.2 在岩溶桩基施工前，应认真分析设计文件中有关地质勘察资料，根据地质勘察资料，详细绘制每一桩孔的地质剖面图或柱状图，了解溶洞、裂隙位置、分布、走向、大小、充填情况、漏水与否、顶板岩性和厚度等，对整个施工场地作综合地质评价并编报施工组织设计。5.1.3对于特大桥及大桥，应召开专题研讨会，邀请有关专家讨论研究施工方案和对策。除编制整座桥梁的施工组织设计外，还应依据每根桩基的具体勘探情况和施工难点，编制具体的详细的逐墩逐桩的成孔工艺和岩溶处理施工方案，并对施工人员进行全面的技术交底。5.1.4 对有可能发生的桩基施工病害，应有针对性的事故处治预案，制定好应急措施, 准备好充分的必备机械设备及材料，为防止可能出现的漏浆、偏孔、坍孔等现象,钻孔前在孔口附近贮备一定数量粘土、片石及袋装水泥,钻孔施工过程中,要求配备足够的供水设备,同时具备充足的水源,保证一旦漏浆,可以立即进行补水；对钻探揭示存在溶洞的桩基础，应增加泥浆制备量，以备漏浆时使用。对施工技术人员进行培训，能够做到灵活处理突发事故，使在施工过程中出现的病害问题能得以迅速解决。5.1.5 要明确桩孔的施工顺序，在充分分析场地内溶洞的空间分布规律后,应结合实际情况制订先易后难的总体施工原则, 按照有利于及时封闭溶洞，隔断岩溶裂隙通道、隔孔钻孔的顺序施工。一般而言，应先施工角位桩、边位桩，桩位溶洞较浅的桩先施工，先短桩后长桩施工。前一孔灌注混凝土成桩后再进行下一孔施工。5.2 岩溶桩基施工预处理措施5.2.1 岩溶桩基施工之前可依据设计文件中的地质勘探资料，对桩基处岩溶进行预处理，以保证桩基施工的进度、质量和安全。预处理措施包括施工超前地质钻孔、预注浆技术和埋设钢护筒技术。5.2.2 施工超前地质钻孔1、为复核原有勘探资料的准确可靠性，并掌握场地岩溶发育大致情况，在岩溶发育地区施工桩基，不论场地岩溶发育程度如何，桩基施工前均应进行一定数量的超前地质钻孔。同一桥梁桩基施工场地可选择以下三种情况的各12根桩基进行超前地质钻孔：勘察设计资料显示岩溶不发育的；勘察设计资料显示岩溶中等发育的；勘察设计资料显示岩溶发育的。2、超前地质钻需根据桩径大小进一步布设数量，桩径1.5m的可每桩位中心附近布置一个钻孔，但对于主墩较大桩径(>1.5m)或地质复杂的,一个桩位则需布置24个地质孔。超前地质钻孔的深度可依原有勘探资料而定，如超前地质钻可钻穿勘探资料显示有溶洞的部位；也可一次性钻至桩基设计标高以下5m。3、在钻至溶洞或裂隙时，宜利用钻孔对溶洞和裂隙进行注水试验，视水的注入多少和流速，大致判断溶洞或裂隙的连通情况。4、将各超前孔地质资料与相应设计勘察地质资料进行对比,绘制出整个场地的工程地质剖面图,判断溶洞走向、裂隙发育等情况,掌握准确的场地工程地质情况。5.2.3 预注浆技术1、预注浆技术适用于覆盖层厚、岩溶裂隙发育、地下水位较高的情况。在岩溶特别发育、岩溶地下水丰富的串珠式溶洞桩基模式中应用需进行试注浆试验，视注浆的效果来决定是否采用桩周预注浆技术。2、钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探,可与地质超前钻相结合一起完成，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。压浆孔的布设根据桩径而定,可利用地质钻探孔、超前钻孔作为压浆孔。浆液可选用水泥净浆、水泥砂浆,亦可掺加其他速凝的化学剂如水玻璃等。3、对不同岩溶形态需选择不同的注浆材料：对裂隙发育区采用素水泥浆进行劈裂注浆，水灰比为1：10.6:1；对岩溶发育区采用水泥砂浆进行劈裂+填充注浆，水：砂：水泥比为（1.00.7）：（0.30.5)：（ 0.51.0)，浆液的浓度随注浆进程由小到大变化，以利于充实填密；对较大的无充填物溶洞采用级配碎石填料（530mm）+水泥砂浆进行劈裂+填充注浆；对较大的有充填物的溶洞，可根据充填物的类型、性能及充填的程度，可采用提高注入压力并结合投放级配碎石充填等措施。4、注浆施工前进行试验,要求选择的桩孔要有代表性:溶洞发育,钻探发现严重漏失的桩孔;有溶洞,但钻探过程中漏失小的桩孔。通过上述两种类型桩进行注浆试验情况可确定、调整注浆孔的个数和分布,但每桩钻孔不能少于2个钻孔。5、注浆压力不宜太大,控制在0.5MPa1.0MPa范围,具体压力值由现场试验确定，速度为15L/min20 L/min ,其目的是使浆液渗透到填充物内,然后固结,渗透最小直径为2.03.0m,以保证冲钻成孔时有足够的固结体。每段地质钻孔完成后,都要考虑一个初步的注浆量基数值。6、注浆终止压力：当止浆段为岩层时,孔口浆液压力应在0.5 MPa以上,吸浆率<5 L/min,持续时间>10 min;当止浆段为土层时,孔口浆液压力稳定在0.3 MPa以上,吸浆率<5 L/min,持续时间>10 min时,方可结束注浆。在溶洞内的注浆应视具体情况进行限量、限压注浆。7、需采用间歇注浆方式,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，一般间隔时间为12 h。8、注浆过程中发生串浆或大量漏浆时，可采取增大浆液的浓度、间歇注浆、加速凝剂双液注浆或直接封闭被串孔孔口等措施,以防浆液流失。5.2.3 埋设钢护筒1、钢护筒护壁技术适用于岩溶发育特别复杂或地质勘探不明的情况，一般在大型溶洞模式和串珠式溶洞模式，覆盖层较厚（>15m），地下水特别丰富的情况下，均宜采用钢护筒护壁技术。2、视岩溶的复杂程度，钢护筒的形式可采用单护筒、双护筒和多层护筒等形式。3、在覆盖层较厚（大于15m）和覆盖层组成较为复杂的情况的岩溶桩基，内护筒的下放一般采用钻埋法完成。即先按常规方法埋置一个直径稍大、埋深较浅的外护筒,再用钻机按内护筒直径钻进一定深度,然后埋入一定长度的内护筒。4、在施工中可采取两种方法进行护筒脚的固结:(1)在钢护筒脚范围内多次抛填块石、粘土及水泥（ 块石、粘土与水泥的比例为 ：，抛填块石级配 ）用中长冲程（ ）进行冲压，反复多次冲击压实造壁，同时冲平参差不平的岩面。(2) 在内护筒刃脚外,采用高压旋喷法将护筒刃脚与岩面周围的粗砂与卵石固结成一个有一定强度的整体围幕。6、岩溶桩基适用施工工艺6.0.1 岩溶地区由于其特殊的不均匀地质情况,在施工时要考虑具体的地质情况，结合整个场地施工的相互影响,来选择合适的施工工艺，在同一施工场地不同桩基可采用不同施工工艺，并且往往是几种施工工艺综合应用。6.0.2在岩溶地区桩基施工中，最适宜采用冲击钻孔成孔工艺，部分地质条件适合的可选用人工挖孔工艺，少量大直径桩的基岩施工可采用钻孔成孔工艺。6.0.3 人工挖孔工艺应用的前提是能否采取措施，消除岩溶地下水对桩基施工的影响，为施工安全起见，人工挖孔施工孔深不宜超过30m。6.0.4 冲击成孔工艺能广泛适应各种复杂的岩溶地质，适合于处理岩面倾斜、半边岩溶、串珠式溶洞等复杂岩溶形态。6.0.5 岩溶桩基施工工艺的选择应首先考虑地下水的情况，如地下水埋藏较深、流量较小，岩溶形态之间水力不怎么连通，或采取预注浆等措施可减少岩溶水的影响，不涌水涌泥，则可优先选择人工挖孔成孔工艺；其次考虑覆盖层的厚度、密实情况及含砾程度，如果覆盖层浅，或为紧密的粘土层，可采用旋转钻成孔；如果是松散的砂砾层或厚的砂砾层，可采用人工挖孔或冲击成孔；第三考虑岩溶形态的发育情况，一般在岩溶发育区均采用冲击钻成孔，只有小数基岩完整，且较竖硬的大直径（直径2500mm以上）桩基的可采用钻孔成孔。6.0.6 岩溶桩基的施工，宜采取以冲击成孔为主，人工挖孔和钻孔为铺的施工工艺组合，常见的施工工艺组合为人工挖孔+冲孔、冲孔+钻孔、钻孔+冲孔、人工挖孔+冲孔+钻孔这四种，以适用各种复杂的岩溶地质条件。 表6-1 不同施工工艺组合适用的岩溶地质模式施工工艺组合形式适用的岩溶地质模式原因描述人工挖孔+冲孔覆盖层厚（10m 以上）+地下水位低+复杂岩溶形态对于具有较厚的覆盖层，如厚砂层、粘土层覆盖的岩溶地区桩基成孔，受地下水影响不大时，采用挖孔与钻孔相结合施工比较合适，以挖孔的现浇砼护壁代替钻孔的长护筒。施工时，砼护壁内径比设计桩径加大35cm，其底部应设在粘土层或风化岩层中，对其下受地下水影响的复杂岩溶形态，冲孔施工遇溶洞后出现漏浆，但不会造成大的坍塌，为处理溶洞提供了足够的时间冲孔+钻孔浅覆盖层（10m以下）+地下水位高+复杂岩溶形态+完整基岩冲击钻能广泛适应各种复杂的地质构造,在处理刃脚、斜面开孔、半边岩和石笋溶槽、溶沟及裂隙漏水、漏浆等情况时相对回转钻机较容易,而且成本低。在发生漏浆时,提钻快,不易埋钻。但其缺点也十分明显:成孔事故多,进尺慢(特别是直径2 500mm以上大孔),对操作熟练程度要求高,有无操作经验决定成孔的成败。而回转钻机的优点是在均质地层及高强度地层中钻进速度快,一般为冲击钻的35倍,成孔过程中事故少。钻孔+冲孔覆盖层厚（10m 以上）+地下水位高+复杂岩溶形态典型的钻冲结合成孔工艺为:先用钻机钻穿覆盖层,下完内护筒压浆后,再换冲击进行入岩施工。对覆盖层相对厚（10m），桩孔直径较大（1.5m）的情况，回转钻孔能加快施工进度，同时方便内护筒下放。其下复杂岩溶形态用冲击钻人工挖孔+冲孔+钻孔浅覆盖层（10m以下）+地下水位在基岩附近变动+复杂岩溶形态+完整基岩上部浅覆盖层人工挖孔，做好现浇混凝土护壁复杂岩溶形态层采用机械冲孔底部0.5m2m完整基岩嵌岩层采用反循环钻孔7、冲击成孔灌注桩施工工艺7.1 冲击钻机的要求7.1.1 钻机型号应根据桩基直径、钻孔速度要求、钻锤重量、冲击频率、覆盖土层及岩溶发育情况进行选择。目前使用的冲击式钻机均配备有钻架及起吊、冲击等全套设备。冲击钻机按清渣工艺可分为泥浆正循环和反循环两种工程钻机。常用的冲击钻机有CZ系列和GCF系列冲击反循环工程钻机。7.1.2 CZ型系列工程钻机为卷筒式手动或机械冲击钻机,钻机利用单根钢丝绳悬吊36吨重的钻具，在其有效冲程内,靠钻具自由落体的动能进行冲击钻进。7.1.3 GCF型系列冲击反循环工程钻机采用同步卷扬机构，提拉钻头的两根钢丝绳能严格同步；采用压梁冲击实现钻头起落；采用反循环工艺，排渣效率高,尤其适用于易坍塌地层。表7-1 GCF型系列冲击反循环工程钻机参数GCF12 GCF18 GCF24 钻孔直径 mm 1500 2000 2500 钻孔深度 m 70 70 70 钻头额定质量 kg 2800 3500 5600 钻头冲程 mm 800,900,1000 800,900,1000 800,900,1000 冲击频率 次/min 40 40 40 同步卷扬提升力 KN 40 55 70 副卷扬提升力 KN 30 35 50 钻塔有效高度 mm 7700 7700 7700 钻塔额定载荷 KN 200 280 320 主电机型号 Y280S6 Y280M6 Y315M6 主电机功率 KW 45 55 90 主电机质量 Kg 8500 9500 12000 排渣方式 单、双管正反循环 单、双管正反循环 单、双管正反循环 反循环泵组型号 SPS150射流泵 SPS150射流泵 SPS200射流泵 运输尺寸 mm 7720×2200×1550 7720×2200×1550 7720×2200×1550 7.1.4 宜选用采用了钻塔液压起落，整机液压步履技术的工程钻机，钻机移位便利，对孔位方便，可大幅度提高钻孔施工效率。7.1.5 冲击成孔关键选项在于冲锤的选择和改进，为加快冲击进尺，避免卡钻、掉钻事故发生，对冲击钻头的选择及改进有如下要求：1）为有效破碎硬岩,钻头质量按直径每10cm配重320k选取。目前公路桥梁岩溶桩基成孔直径多为1.0m2.0m，一般钻锤重3t6t之间。2）宜选用梅花型或六肢型的钻锤，如只能选择十字型钻锤，可对十字型变坡式钻头进行改进，增焊两个支叉。并且在钻头底面上，每个支叉焊接4个钢轨刃头，中心处焊接4个钢轨刃头。3）加焊双层打捞环，无论六肢或四肢的冲锤，各肢都应加钢绳与打捞环可靠连结，防止掉肢、掉角后在孔内无法打捞。4）冲锤刃脚加焊形如挖掘机齿状的优质钢耐磨块，及焊接钢轨接头，并在钢轨的刃角部位使用专用焊条补焊一层，使刃角有更强的硬度，可提高破岩效率。5）为了避免钻穿溶洞时护筒内水头下跌过快抛投填充料救孔不及,可在锤底中心加焊一凸出的钢轨块,起到小范围穿透溶洞时放慢泥浆下跌速度,从而为抛投填充料赢得时间 。7.2 泥浆的要求7.2.1 岩溶桩基配制数量宜为正常地质条件施工下泥浆数量的23倍，以防成孔过程中的漏浆、钻穿溶洞顶板时或塌孔时的大量漏浆。7.2.2 配制的泥浆应具有泥皮薄、护壁稳定、悬浮钻渣效果好等优点。泥浆宜选用优质粘土拌制。当缺少优质粘土时,可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末,以提高泥浆胶体率和悬浮能力,其质量配合比可以参考为粘土:水泥:烧碱=1:0.2:0.4,锯末按粘土体积的10%掺入。7.2.3 岩溶地质复杂，覆盖层较厚的大直径桩基所用泥浆，宜使用丙烯酰胺即PHP泥浆。7.2.4、应经常对钻孔泥浆进行检测和试验，不合要求时，应随时改正。泥浆参数需根据通过的土层或岩溶形态进行调整，及时调配使之在不同土层中起到较好的护壁或悬碴作用。当通过砂、砂砾石或砂含量较大的卵石层或其他易坍塌土层（如溶洞段）应加大粘度。7.2.5 岩溶水一般呈酸性,在成孔过程中,一旦岩溶水进入泥浆,泥浆将呈酸性而导致沉淀。可投入小苏打改善泥浆质量。7.3 冲孔成孔施工工艺7.3.1 钻机就位的要求钻机一般采用吊车安装就位，保证冲击锤底中心与桩中心重合，并设“十”字控制桩在施工中反复校核，同时为防止出现坍孔钻机下沉或倾斜现象，桩机底宜垫设钢网架对钻机底部进行支撑加固，钻机纵、横向支撑应加长，超出预计的塌孔范围，特别是钻机前缘的横向支撑不得小于10m,一般采用型钢或钢管(壁厚10mm以上,管径400mm左右)作为支撑梁。或在支撑滚筒下垂直于滚筒的方向铺设23对钢梁,钢梁下再垫上木板、木方等,以扩大受力面积。7.3.2 护筒的埋设1、护筒直径根据桩径而定，内径宜比桩径大2040cm，采用812mm厚钢板卷制，设置多层护筒时，应预先估算好每一层的护筒直径。桩径大于2.5m时，可用1214mm厚度钢板卷制。2、护筒顶面标高宜高出地下水位2m，且高出地面0.3m。3、护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般部底面埋置深度在原地面以下至少2m，并应穿过淤泥、软土、沙类土等土层，进入不透水层粘质土层。若考虑岩溶桩基漏浆塌孔的危险或无上述合适的埋置土层，宜采用穿过全部覆盖土层到达基岩面4、护筒埋设方法可依据覆盖层的具体情况，采用挖坑埋设法或填筑法安设护筒。长护筒应采用边冲孔边跟进方法，用压重、振动、锤击并辅以筒内除土的方法打入埋设。5、护筒下沉过程中应认真进行轴线偏位检查，护筒倾斜偏差不应大于1，平面位置偏差不大于5cm。7.3.3 冲程的选择1、冲击钻孔作业应分班连续进行，不宜停留。为正确提升钻锤的冲程，宜在钢丝绳上油漆长度标志或绑红线标志。认真做好填写钻孔施工记录，交接班时应交待钻进的情况及下一班应注意的事项。2、在开孔时应低锤密冲，反复冲击造壁，成孔清渣等过程中必须保持孔内浆面稳定，孔内水位高出地下水位1.52.0m，并低于护筒顶面0.3m，以防溢出;在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时，可按1：1投入粘土和小片石，用冲击锤小冲程反复冲击，使泥膏片石挤入孔壁。3、正常钻进时，冲程应根据土层岩石情况分别规定：一般通过坚硬密实卵石层或基岩等土层宜采用大冲程，在通过松散砂、粘质土层、砾类土或卵石夹土层宜采用中冲程；在易坍塌或流砂地段宜用小冲程，并应提高泥浆的粘度和相对密度。对于弱风化灰岩地层一般冲程为23m；粘土层中造孔冲程12m，加清水或稀泥浆，勤清除冲锤上泥块；砂层中造孔，冲程13m。4、要注意均匀的松放钢丝绳长度，一般在松软土层每次可松绳58cm，在密实坚硬土层每次可松绳35cm。应注意防止松绳过少，形成“打空锤”，使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载，遭受损坏；松绳过多，则会减少冲程，降低钻进速度，严重时使钢丝绳纠缠发生事故。5、遇基岩面,宜采取短冲密击的“吊打”法,如因其表面不平或倾斜岩层出现桩孔偏斜，应立即抛填片石至偏孔上方3050cm，低锤密击使之成紧密平台后,再正常冲击，采用 “小冲程、反复打密”的方法,直至钻头全断面进入岩层为止。6、进入岩层后, 应根据地质条件,严格控制钻机的冲程和进尺，当条件较好,岩面较平时,可适当加大钻尺进度;当岩面倾斜或半边溶洞、岩石半软半硬时,则应降低钻机的钻进速度并监测垂直度。7、遇溶洞(槽、隙)时,减少冲击行程,慢慢穿过,若出现漏浆及坍孔时,抛填粘土及小片石,挤入其孔壁(或槽裂缝)加固充填;穿过溶洞(槽、隙)进入完整灰岩后,恢复正常冲程并及时采取岩芯样结合地质资料检查。8、终孔处采用轻冲,冲孔至基岩层将达到持力层要求时,不能强烈冲击,防止桩底岩石裂隙扩散而降低岩基承载力。7.3.4清渣的要求1、冲击成孔清渣的工艺有三种，分别为泥浆清渣、掏渣筒清渣和反循环清渣。目前工程施工常用的是掏渣筒清渣工艺，有条件宜采用反循环清渣工艺。2、在密实坚硬土层每小时纯钻进小于510cm，松软地层每小时纯钻进小于1530cm时，应进行掏渣或每进尺0.5m1.0m掏一次，掏至泥浆内含渣显著减少、无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。正常钻进每班至少应掏渣一次。掏渣后应及时向孔内添加泥浆或清水以维持水头高度。3、泥浆清渣工艺的泥浆循环系统主要由泥浆池、 高压泵、 出浆管和进浆管四大部分组成。 泥浆从孔口经由出浆管进入泥浆池，经过沉淀，再由泥浆泵将泥浆经由进浆管送回孔底，含渣泥浆再从孔底上翻至孔口经出浆管进入泥浆池，通过泥浆循环，孔底的钻渣即可在泥浆池中沉淀下来，再由人工将钻渣清除，达到清渣的目的。4、反循环清渣工艺适用于易坍塌地层，可以提高清碴效率,加快施工进度。但由于气举产生的负压大,要求清碴过程中应及时补充泥浆,保持桩孔内水头压力和泥浆的比重,以维持孔内外的水头平衡。7.3.5终孔的判断1、钻孔至设计标高以后,应及时捞取钻渣,根据掏渣岩样特征、钻孔记录和钻进速度等综合判断该孔能否终孔，当确认达到设计要求的嵌岩深度时，可以终孔。 在无详细勘探资料的情况下，应采用超前钻等方法查明桩端基岩性状,包括岩石强度、顶板厚度等，超前钻应钻入桩端以下不小于5m。桩端下岩层厚度不能满足设计持力层厚度要求时,不能终孔，应穿过溶洞或进入连续稳定的基岩中。2、从4个方面来进行综合判断桩底岩面完整性和嵌入深度：1）以桩孔实际见岩标高始,至少进尺50 cm后,方可申报全岩面检验,超前钻孔柱状图揭示的岩面标高只作为参考。2）观察井口钢丝绳的垂直与摆动情况，锤头触岩面时会出现轻微反弹，要求钢丝绳垂直、摆动不明显;3）查阅机台施工班记录,合理计算基岩进尺速度,一般以进尺速度0.100.20 m/h作为进入全岩面的控制速度。4）使用细目筛网捞取岩渣,岩屑含量大于80%,且溶面岩屑小于5%,认为嵌入完整基岩。3、如出现特殊情况或判断标志不明显,意见分歧较大时,应采用钻探揭露的办法来证实,即在桩孔均匀布设24个勘探孔,用工勘钻机进行钻探,可准确、直观判断是否全岩面。7.3.6 清孔的要求1、终孔检查合格后，应迅速进行清孔，不得停留过长时间，使泥浆渣沉淀过多，造成清孔困难，甚至塌孔。2、清孔采用掏渣法清孔时，要求用手摸泥浆中无23mm大的颗粒为止，并使泥浆的相对密度减小到1.051.20。可在清孔前，投入水泥12袋，通过冲击锤低冲程的反复冲拌多次，使孔内泥浆，钻渣和水泥形成混合物，然后用掏渣工具掏出。3、采用换浆法清孔施清孔过程中，孔内水位保持在地下水位或河流水位以上 2.0m 2.2m。要注意控制好泥浆浓度，避免发生流砂、塌孔、漏浆。4、在含粗砂、砾砂和卵石的地层钻孔，有条件时应优先采用泵吸反循环清孔。当采用正循环清孔时，前阶段应采用高粘度浓浆清孔，并加大泥浆泵的流量，使砂石粒能顺利地浮出孔口。孔底沉渣厚度符合设计要求后，应把孔内泥浆密度降至1.11.2g/cm3。5、清孔整个过程应专人负责孔口捞渣和测量孔底沉渣厚度，及时对孔内泥浆含砂率和孔底沉渣厚度的变化进行分析。6、清孔后应及时灌注砼，一般应在清孔后25h内开始进行浇筑混凝土，否则可能会造成需再次清孔，严重的会因泥浆比重变化的原因造成塌孔。如因人力、机械、天气等原因不能及时灌注砼,应安排人员值班养孔,防止孔内泥浆和钻渣下沉到孔底造成塌孔。7.4 混凝土灌注成桩施工工艺7.4.1 灌注混凝土前的准备工作1、冲击成孔经验孔检测合格后，在灌注混凝土前还应进行钢筋笼就位、导管入孔、再次清孔检查。2、水下混凝土一般采用钢导管灌注。导管接头处应用橡胶垫圈密封，在灌注前必须对导管进行水密承压和接头抗拉试验，检查其密封性是否符合要求，并对导管自上而下进行编号并测量其长度，导管安装时导管下口要距离孔底0.30.5m保证灌注时混凝土通畅。3、在灌注混凝土前应对孔底的沉淀层厚度再次进行测定，如沉渣厚度超过规定，可用喷射法吸取或浮出泥沙及钻渣进行二次清孔，满足设计要求后即可准备灌注水下砼。7.4.2 灌注水下混凝土1、钢筋笼及导管安设合格，清孔符合要求，经监理工程师成孔检查后可灌注水下混凝土。砼拌和必须均匀，尽可能缩短运输距离，防止砼离析而发生卡管事故。灌注砼必须连续进行，全部工作应在砼初凝前完成，避免其他原因中断，因此砼