岩溶地质桩基础施工方案

岩溶地质桩基础施工方案
西庄子特大桥
岩溶地质桩基础施工方案
中铁X局太原铁建准朔铁路X标项目部
20XX年X月X日
岩溶地质桩基础施工方案
一、工程概况
西庄子跨偏关河特大桥位于本段工程改DK92+650.38处，为22－32m+1-（32+48+32）m连续梁+3-32m预应力混凝土梁桥，采用单线T型桥台，桥墩采用圆端形空心墩，位于-6.0‰、-5.6‰坡道及直线及R=1600m的曲线上，本桥桥台顶平置，梁全部斜置，采用双曲面钢支座，设护轮轨，桥台及桥墩均采用钻孔桩基础，桥址处地质大部分为湿陷性黄土，地震基本烈度6度，冻结深度1.61m，最冷月平均气温-10℃。

线路经过地区为中温带亚干旱区，按对铁路工程影响的气候分
区，该地区为寒冷地区。

具有寒暑变化大，干旱多风的特点，四季分明，冬季寒冷而漫长，春季风大雨少，气候干燥，夏季短而酷热，降雨量集中，秋季气温剧降。

沿线土壤最大冻结深度150～186㎝。

沿线分布有松软土、盐渍土、湿陷性黄土等不良地质段落。

根据地质钻探揭示，该桥位于可溶岩地段，溶洞主要分布在4#、9#、10#、11#、12#、13#、14#、15#、17#、18#、19#、21#、23#、25#及27#墩。

钻探揭示溶洞竖向揭露深度最大19.3m，多为全充填及半充填，少量无充填，充填物为粉土、粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、砾砂，夹少量角砾，其中墩台9#、10#、11#、12#、17#、18#、19#、21#、23#及25#墩揭露溶洞较大，多呈串珠状，多数充填土，局部无填充，连通性较好。

地下水埋深变化大，基岩面上部以新黄土、粉土、细圆砾土、粗圆砾土及卵石土为主。

二、岩溶地质挖孔桩施工
1、施工准备工作
①详细掌握溶洞出现的位置，并大致推断其范围大小。

②对有溶洞的桩位地质、水文地质资料进行分析研究，制订适当的施工方案和施工技术保障措施。

③每个孔位的地质柱状图和施工方案都单独列出，发给有关人员，让具体操作者、技术人员、作业队长都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方案。

④施测墩台十字线及其护桩，定出桩孔准确位置。

⑤在孔位处安装提升设备，为防止孔口坍塌，在井口周围用现浇砼进行护壁，厚度20cm，高3m。

2、孔壁支护的设计和施工
为保证施工安全，护壁采用钢筋砼护壁，其结构形式为内外齿型，每节挖孔深度为1～2米，护壁砼强度为C20，厚度为20cm，孔壁布置φ12@0吊筋（每圈10根）及φ8@箍筋（每米2圈），但在锁口井圈范围内箍筋布置为φ8@（每米3圈），吊筋两端设180度弯钩，挂钩连接下节钢筋，伸入下节护壁均为15 cm。

现浇砼的施工一般采取自制的钢模板，每节段由三块拼装而成。

浇注砼时，拆上节，支下节，自上而下周转使用。

模板间用U型卡连接，上下设两道槽钢圈顶紧；钢圈由两半圆圈组成，用螺栓连接，不另设支撑，以便浇注砼和下节挖土操作。

砼用人工或机械拌制，用吊桶运输人工浇注。

3、井孔开挖时，要使孔壁稍有凸凹不平，以增加桩的摩阻力。

挖掘方法视土层性质而定。

根据地质勘测资料，地质情况由上至下主要分别为杂填土、含砾石卵石粉质粘土、弱风化结晶灰岩、和微风化结晶灰岩。

粘土为不透水层，适合挖孔作业，采用短柄铁锹进行开挖，每挖掘1m深时就及时用钢筋砼护壁。

含砾石卵石粉质粘土具有一定的渗水性，在此段地层作业要浅进尺，即每挖深0.5米～1.0米左右，就快速支护，以防塌孔。

进入到砂层时，每3m沿上层护壁外围打入6～8根,长度为1mφ20的钢钎，然后钢钎上绑扎草袋作为防护，抽完水后浇注护壁，每节最大高度0.5m。

当挖孔进尺到溶洞顶面1m时，挖孔作业人员必须系安全带，安全带要与井口上的挂梯或安全绳牢固联系，然后用风钻钻一个φ100mm的孔，查看溶洞内是否有承压水，若有，人员则应迅速撤到地面等其自然排除，水位稳定后再进行抽水，然后继续开挖。

挖穿溶洞顶盖后，首先用水泵抽掉洞内的稀浆或水，然后将鸽子或活鸡放入空溶洞中，呆30分钟，若正常，方可将作业人员用钢吊笼放入空溶洞中。

随后用砖砌外圈，且其要有足够的壁厚、刚度，以防止灌注砼时护壁被挤垮，然后立模浇注钢筋混凝土护壁。

溶洞处理完成后，继续向下挖进。

若溶洞内无承压水，在挖穿顶盖前，作业人员身上的安全带必须与孔顶上的安全绳或钢爬梯相连接，以确保溶洞挖穿时作业人员的安全。

下洞前将鸽子或活鸡放入溶洞中，呆30分钟，若正常，方可进行洞内作业。

进入溶洞后，要根据溶洞内填充物的情况分别采取不同的措施：
①若为空溶洞，首先将积水抽干，用砖砌外围，然后立模浇注钢筋混凝土。

②溶洞内有填充物，则根据填充物的种类分别采取不同的措施
a.填充物是中粗砂、粉细砂时，挖进时应浅进尺，强支护，每3m沿上层护壁外围打入6-8根,长度为1mφ20的钢钎然后钢钎上绑扎草袋作为防护，每节最大高度0.5米。

b.填充物为软塑壮粘土、含碎石粉质粘土时，采用短柄铁锹进行开挖，
每挖深1m左右就及时护壁。

c.挖孔穿越弱风化结晶岩和微风化结晶灰岩时须采用松动爆破的方式进行开挖。

当进入爆破施工阶段，应让护壁砼有一定的强度后再进行另一个孔的爆破施工。

严禁用裸露药包，必须打眼放炮和严格控制装药量，以松动为主，以免护壁被炸坏造成坍孔，同时孔壁周围眼孔要加密，对于软岩石炮眼深度不超过0.8m，对于硬岩石炮眼深度不超过0.5m。

炮眼数目、位置和斜插方向，应按岩层断面方向来定，中间一组集中掏心，四周斜插挖边；严格控制用药量，以松动为主。

一般中间炮眼装硝铵炸药1/2节，边眼装药1/3节~1/4节；炮眼附近的支撑应加固或设防护措施，以免支撑炸坏引起坍孔；孔内放炮后必须迅速排烟，方法为采用高压风管放入孔底吹风；一个孔内进行炮破作业，其他孔内的施工人员必须到地面安全处躲避，爆破时孔口覆盖安全网等防护措施，以防飞石飞出。

在溶洞部位的施工时，做专用吊篮（可用Ф25的钢筋制做）供施工人员做平台，以保证孔内施工人员操作和上下方便又安全，施工人员还必须穿救生衣，挂安全绳，以防止溶洞坍塌，人员掉落而发生溺水事故。

施工人员上下设绳梯与安全绳安全系数大于8，拉力不小于800Kg。

同时备有安全软梯，在孔边设警铃，井下工人可预报险情进行施救。

挖孔时应视不同情况采取不同的排水措施。

孔内渗水量不大时可用铁皮桶盛水，人工提引排走，渗水量大时，可用水泵排走。

4、挖孔时的安全技术措施
⑴挖孔工人必须带有安全帽、安全绳。

取土渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机必须经常检查。

⑵为防止井口坍塌，必须在孔口用钢筋砼护壁。

⑶挖孔深超过10m时必须采用机械通风。

⑷挖孔工作暂停时，孔口必须罩盖。

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⑸井孔要设置牢固可靠的安全梯，以便于施工人员上下。

⑹电工、爆破工必须持证上岗，井上、井下作业人员必须身体健康。

⑺孔内照明须使用12V安全电压和防爆灯。

⑻孔上与孔内人员必须保持有效联系，孔边设安全绳与孔下人员安全带连接，安全绳由孔上人员随作业面松长。

⑼孔内作业人员连续工作时间不能超过4小时。

⑽孔内爆破时应注意以下事项：考试大论坛
①导火线起爆应有工人迅速离孔的设备；导火线应做燃烧速度试验，据以决定导火线所需长度；孔深超过10m时应采用电雷管引爆。

②必须打眼放炮，严禁裸露药包。

对于软岩石炮眼深度不超过0.8m，对于硬岩石炮眼深度不超过0.5m.炮眼数目、位置和斜插方向，应按岩层断面方向来定，中间一组集中掏心，四周斜插挖边。

③严格控制用药量，以松动为主。

一般中间炮眼装硝铵炸药1/2节，边眼装药1/3节~1/4节。

④有水眼孔要用防水炸药，尽量避免瞎炮。

如有瞎炮时按安全规程处理。

⑤炮眼附近的支撑应加固或设防护措施，以免支撑炸坏引起坍孔。

⑥孔内放炮后必须迅速排烟，方法为采用高压风管放入孔底吹风。

⑦一个孔内进行炮破作业，其他孔内的施工人员必须到地面安全处躲避。

⑧爆破时孔口应覆盖安全网等防护措施，以防飞石飞出。

三、岩溶地质钻孔桩溶洞处理方法
①溶洞的处理原则：当溶洞高度在1～2m时，采取回填黏土和片石的填充溶洞措施堵住溶洞口，用钻头缓冲造壁和造浆进行处理，同时往孔内补充泥浆，稳定水位并使水位上升；当溶洞高度在3～4m时，采用直接灌注水下混凝土的方法进行堵漏；当溶洞高度在5m以上时，采用下钢护筒的方式进行处理。

②针对本桥的溶洞地质，我们在施工前进行了分析，具体的施工对策和施工方法如下：
a、技术人员充分掌握地质情况，每个孔的地质资料都发给现场作业人员，让其充分了解溶洞的位置，大小等，做到钻孔时心中有数。

b、各孔周围准备足够的片石、粘土，同时，在施工过程中最好配备一台ZL50C型装载机，司机随时待命，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水。

c、当钻机钻至离溶洞顶部附近时，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。

一旦发现泥浆面下降，应迅速补水，然后根据溶洞的大小按1:1的比例回填粘土和片石，仍采用小冲程轻砸，让粘土和片石充
分挤入溶洞内壁。

要特别注意一定要待粘土和片石充分挤入溶洞内形成稳定护壁后并且泥浆漏失现象全部消失后才能转入正常钻进。

对于溶洞较大，并且漏浆严重的，多次回填黏土和片石没有作用，我们采用了直接灌注水下混凝土的方法堵漏，具体措施如下：按照灌注水下混凝土的方法下导管至已钻孔孔底0.3m～0.5m，灌注水下混凝土，至溶洞填充完毕，判断标准以灌注混凝土面超过溶洞顶1m左右且混凝土不再下降为准；待混凝土强度达到30%～50%左右后，重新钻进。

对于溶洞大于5m或多层溶洞，我们采用钢护筒穿越处理，先用冲击锤进行冲孔、扩孔，然后用振锤把钢护筒振沉至溶洞底部。

四、防止漏浆、塌孔、卡钻、斜钻等技术措施。

①对于岩面高差较大的地段，为防止斜钻，采取每孔钻进0.2m～0.3m 后，抛填片石的方法填平孔底，再用小冲程重锤慢击的钻进方法进行施工。

②对于接近岩溶顶板和穿过漏浆裂隙、溶洞地段，按4:1的比例投入块石和硬粘土，再用小冲程重锤慢击的方法，且没钻进1m左右进行测量复核孔位一次，严重漏浆地段加大块石和粘土的投入。

③对于孔位有高于5m和多层溶洞的地段，在钻进过程中漏浆严重，不能成孔，采用边钻进边用重锤振入护筒的方法，直至护筒穿过溶洞，达到岩层内，再重新用慢速钻进成孔。

④纠正斜孔、弯孔的方法：一是回填片石和粘土重钻，反复数次；二
是浇筑水下素混凝土至弯曲部分以上一定高度，待强度合格后重新施钻。

五、沉放钢筋笼
本工程长度小于18m的钢筋笼用吊机一次放入，大于18米的分节沉放。

为保证骨架起吊骨架不变形，采用两点吊。

第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分点之间。

起吊时，先提第一吊点，使骨架稍提起，再与每二吊点同时起吊。

待骨架离开地面后，停止第一吊点，继续提升第二吊点，随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直至骨架同地垂直，停止起吊。

解除第一吊点，检查骨架是否顺直。

如有弯曲应整直。

当骨架进入孔口后应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁，当骨架下降到第二吊点与孔中接近时，用型钢穿过加强箍筋的下方，将骨架临时支撑于孔口，将吊钩移至骨架上端，取出临时支承，继续下降到骨架最后一个加强箍筋处，按上述方法设临时支承，此时再吊来第二节骨架，使上下两节骨架位于同一竖直线上，进行钢筋连接。

主筋采用双面搭接焊连接，骨架搭接时注意相邻接头位置错开35D以上。

安装时在孔口上方安设钢筋笼固定架，使钢筋笼牢固定位，防止混凝土浇筑时钢筋笼上浮。

钢筋笼入孔时采用定位导向管，用φ50mm
长6m的钢管4根，上端挂在护筒上，下端紧靠孔壁，以满足混凝土保护层厚度的需要。

待以后砼灌注至该处时将导向管拔出。

要求声波检测的桩基，应按规定埋设声测管。

声测管的制作与安装：声测管采用Ф57×3mm钢管，桩中设三根声测管，相互错位120度，声测管紧贴在加劲箍内侧，声测管下端伸至桩底，用钢板封头，上端伸出桩顶30cm。

按图纸要求均匀固定在钢筋笼内侧并与钢筋笼一起分节，节间用螺铰连接，与钢筋笼一起吊装。

吊装时注意保持钢管竖直，并不得堵塞管道，吊装完成后，用钢板封住上口，以防杂物入内堵塞声测管。

六、灌注混凝土
为保证灌注质量，钢筋笼下放后进行二次清孔。

导管固定在孔口固定架上，导管内径选用200mm～350mm并在使用前进行水密性、接头抗压试验。

导管标准节长度为2m，另配长0.5米和1米的导管各一节。

混凝土由拌和站统一拌和，水泥、外加剂由电子计量系统控制；碎石、砂利用电子计量配料机配料。

电子计量配料机使用前由试验室人员进行标定。

对骨料的含水率经常进行检测，据以调整骨料和水的用量。

严格按试验室确定的配合比拌制砼，拌和时间不少于150S。

用砼罐车运送砼，每车砼量6.0 ～8.0m3。

混凝土拌和物运至灌注地
点时，应检查其均匀性和坍落度。

首批灌注混凝土的数量应能满足首次埋置深度(≥1.0m)和填充导管底部的需要，所需混凝土用量计算如下（以桩径2m为列）：V≥πD2（H1+H2）/4 +πd2h1/4
=3.14×2.02（0.4+1）/4 +3.14×0.32×13.4/4 =5.34m3安全系数取用1.2，则v≥5.34×1.2=6.4m3
式中：
V——灌注首批砼所需数量（m3）；
D——桩孔直径（m）；
H1——桩孔底至导管底端间距，一般为
0.4m；
H2——导管初次埋置深度（m）；
d——导管内径；
h1——桩孔内砼达到埋置深度H2时，导管内砼柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），即h1=HWrW/rc；
HWw——井孔内水或泥浆的深度（m）；
RW——井孔内水或泥浆的重度（KN/m3）；
rc——砼拌和物的重度（25 KN/m3）。

灌注时采用剪球法，配备大料斗一个，能满足首盘砼方量；灌注过程中分次集中下砼，砼下料斗上加钢筋网以防止大块物体落入导致堵塞导管。

第一次灌注时先将下料斗装满，然后在拔出隔离栅的同时砼搅拌车加速倒料，保证首批下砼6.4m3一次灌注完毕，导管埋深
1m以上。

在整个灌注时间内，出料口应伸入先前灌注的混凝土内至少2m，以防止泥浆及水冲入管内，且不得大于6m。

经常量测孔内混凝土面层的高程，及时调整导管出料口与混凝土表面的相应位置，并始终予以严密监视，导管应在无水进入的状态下填充。

管底在任何时候，应在混凝土顶面以下2m。

输送到桩中的混凝土，应一次连续操作。

在灌注过程中专人做好记录，记录内容包括砼数量、砼上升高度、导管埋深及拆除导管节数并严格控制导管埋深在2m～6m。

砼灌注接近桩顶时拆除导向钢管，适当提升导管增大砼压力以保证成桩质量。

混凝土灌注的桩顶标高比设计高出0.5～1.0m，以保证混凝土强度。

在灌注混凝土时，每根桩至少留取3～4组试件。

试件应施加标准养护，强度测试后应填试验报告表。

强度不合要求时，应及时提出报告，采取补救措施。

有关混凝土灌注情况，灌注时间、混凝土面的深度、导管埋深、
导管拆除以及发生的异常现象等，应指定专人进行详细记录。