岩溶地区钻孔灌注桩施工

价值工程
0引言
福银高速公路九江长江公路大桥北引道工程分路互通E 匝道桥位于湖北省黄梅县分路镇，桥位处地处长江
一级阶地。

大桥设计基础型式为钻孔灌注桩，
桩长50m 不等，桩径有φ1.2m 和1.4m ，全部为嵌岩桩；下部结构为连续墩和简支墩，肋板式桥台；上部为整体式单幅预应力砼和普通钢筋砼连续箱梁。

桥位处出露、揭露的地层主要为第四系全新统冲湖积（Q4a1+1）、沉积（Q4a1）粘性土层、砂砾层及第三系（E1）泥岩。

2011年4月8日晚，E 匝道桥9-0号桩基灌注时，地面大范围沉陷，发现溶洞。

至此，通过补充钻探发现共有23根桩基处于溶洞区，最后一根溶洞桩基于2011年12月31日钻孔结束。

影响桥梁钻孔灌注桩基础设计最为复杂的因素就要数岩溶地质，这样的地质病害对于施工来说是具有很大的阻力的。

由于桩周土的摩阻力和桩端支承力都一并作用在桩基上。

然后桥梁荷载通过桩基础传输到地层中的时候，桩基的承载能力的大小就要受到地质的影响，如果桥梁处在在岩溶地区，大量的溶洞就会很大程度上的减少桩基的承载力，如果说桩周处在溶洞地段就会极大程度上对桩周土与桩基的摩阻力产生影响；如果溶洞是处在桩基的底部，就极可能的损害到桥梁结构，因为如果说溶洞顶板过薄，无法达标的话，随着桥梁荷载长期的作用，溶洞顶板就会被压碎,如此一来就会大大的降低了桩基承载能力。

于此同时，施工地段的桩基正好处在岩溶地质地貌，那么就会大大的增加了发生垮孔、偏孔、断桩等施工事故的可能性，这些无疑都给施工造成了很多的不利因素。

该课题主要根据现场施工试验，对岩溶地区钻孔灌注桩的施工工艺及成桩检测等方面做一些探讨性研究。

1工程概况
1.1概述E 匝道桥基岩埋置较深，为地表下29-34m 左右，为第三系（E1）泥岩，岩溶发育，尤以溶槽、漏斗及小溶洞为多。

本次试验选取的工程桩为9-0和15b-0，其中两根工程桩均采用冲击钻孔。

9-0、15b-0桩长分别为48m 、50m ，设计桩径分别为1.4m 、1.2m ；桩身采用C30混
凝土和φ25钢筋。

1.2工程地质条件采取钻孔揭露将地层自上而下划
分为第四系全新统冲湖积（Q4a1+1
）、冲积（Q4a1）堆积物地层、第三系（E1）泥岩夹砾岩地层及灰岩（T ）。

1.3工程地质评价各层力学性质指标如表1。

1.4岩溶分布9-0、10-0桩地质岩层中都出现了岩溶溶蚀和溶槽这样的情况，根据表2的详细数据可以准确的分析出其溶洞埋深、大小和空间的相关情况，一些溶洞和岩溶裂隙出现了漏水这样的不利情况。

1.5研究目的开展本项目的试验调查分析，整合处理好相关的数据，这样做的目的是尽可能的为以后的设计类似地质状况的钻孔灌注桩的提出可供参考或利用的意见、资料、物资、条件等，以帮助其做出更好的方案。

1.6测点布置及元件埋设这一次试验主要使用的是钢弦式钢筋应力计JXG-2。

各桩测试元件的埋设位置布置在土层交界面、溶洞顶
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—作者简介：张艳平（1969-），女，湖北武汉人，高级工程师，研究方
向为高速公路建设管理。

岩溶地区钻孔灌注桩施工研究
Bored Pile Construction Study in Karst Regions
张艳平ZHANG Yan-ping
（湖北省交投高速公路发展有限公司，武汉430030）
（Hubei Provincial Communication Investment Expressway Development Co.，Ltd.，Wuhan 430030，China ）
摘要：本课题研究结合福银高速公路九江长江公路大桥北引道工程分路互通E 匝道桥的特点，通过现场施工试验，对岩溶地区
钻孔灌注桩的施工工艺及成桩检测等方面做一些探讨性研究。

Abstract:This study combined with the characteristics of North Approach Road project shunt interoperability E-ramp bridge of the Fuyin expressway Jiujiang Yangtze River Bridge,and did some exploratory research on construction technology of bored piles and the pile testing in the karst region through test site construction.
关键词：岩溶地区；钻孔桩；施工；研究Key words:karst area ；bored piles ；construction ；research 中图分类号：U41文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）26-0128-03
孔号起止孔深（m ）对应标高
溶洞底部顶
板厚度（m ）
洞高（m ）充填情况
9-0
30.851～34.65137.651～40.481-17.58～-21.38-24.38～-27.21
1.72
2.83少量细砂充填
15b-031.918～37.41839.838～40.10842.108～47.428-17.94～-23.44-25.86～-26.13
-28.13～-33.45
0.71.20
4.51.33.4
片石、粘土充
填
表2岩层溶洞及溶蚀现象特征表
地层名称推荐承载力(kPa)极限摩阻力(kPa)
饱和极限抗压强
度(Mpa)
①第四系全新统冲湖积（Q4a1+1）170～21040②沉积（Q4a1）粘性
土层
15040
③砂砾层500～800④第三系（E1）泥岩
1500～2000
68
表1各层力学性质指标
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Value Engineering
部和底部以及桩端，各个断面对称埋设四个元件。

1.7施工监测本次施工监测的主要目的就是研究本工程试桩施工工艺能够的很好的运用于施工，可行性是否良好。

与此同时能够更好的为接下来的实验监测工作的展开备置相关的数据合理性及可行性，并为后续的试验研究准备相关的数据。

这个监测工作的施工进程将由试验人员亲自到施工现场进行观测并如实的做好记录。

2基桩施工
2.1概述根据同类地质情况基桩施工及现场9-0号桩地面塌陷范围分析，如采用对溶洞区注浆后施工，成本巨大，通过初步预算拟采用片石粘土填筑和钢护筒跟进法施工。

试验桩钻孔分别采用φ1.2、φ1.4、φ1.7钻头的冲击钻施工，泥浆护壁，对于溶洞高度大于4米的首先采用φ1.7钻头钻进，距溶洞顶部0.5米时下设钢护筒全程支护，洞顶穿透后填粘土、片石及水泥反复冲进至设计标高，空压机清孔至设计要求的桩底沉渣厚度（<50mm）。

放入钢筋笼后，垂直导管法灌注水下混凝土。

2.2冲孔措施
2.2.1开孔开孔时需要注意的是，为了保持孔位不偏不离，防止它冲坏护筒冲击钻要尽可能的使用较小的冲程。

而在当孔位基本定型的情况下就可以合理的增加冲程。

只要把孔内的水位一直维持在一定程度并低于护筒顶0.3m上，就能够避免由于突然漏浆造成塌孔这样的情况。

2.2.2溶洞顶板的钻进溶洞顶板的钻进工作是要求比较高的，尤其要注意穿越溶洞顶板时要更加细心，以避免卡钻、掉钻这样的情况的出现。

①溶洞顶板的判定和穿越。

溶洞顶板的判定和穿越是要根据不同的情况采取相应的措施：如果钻头已接触溶洞顶板，那么钻进时钻进速度不高，主绳摆动加大了，而且一定程度上趋向于设计桩中心之外。

这个时候就要使用破除溶洞顶板的技术措施：而冲击钻机在相距溶洞顶板不远的时候要采取0.8～1.2m低冲程将顶板击穿；如果是溶洞很小的话则完全能采用片石、粘土将它填满之后进行反复冲击，一直到破除整个顶板；当溶洞高度大于4米拟采用钢护筒跟进时，再距溶洞顶部1米时采用低冲程冲进，增加进尺量测次数，距设计地质资料提示的标高大约0.5厚度时，下设钢护筒，并且要保证钢护筒定位准确，然后反复投放片石粘土冲进，确保护筒底角挤密，防止洞顶击穿后坍塌。

②穿越过程中的漏浆及探头石问题。

如果在钻到距离溶洞顶以上0.3～0.5m的时候出现漏浆的现象甚至偏孔问题就要把冲程减到0.5~0.8m。

实时的用大量的泥浆和适量的抛填片石、粘土包进行填充；并循环超填1.0m片石处理偏孔、探头石，直到钻头处于平稳状态。

2.2.3溶洞内钻进就在钻孔速度加快的时候没有出现偏孔这样的情况就说明顺利的进入溶洞。

此时就按照溶洞内的填充物安排好适当的冲程和泥浆比重。

在溶洞内升降钻头的时候要减慢速度才能够避免扰动片石形成的临时护壁这样的情况。

2.3清孔清孔的方法采取得适当就能够增加清孔的质量。

本工程之所是选择空压机清孔至设计要求主要是因为孔底沉渣厚度直接影响灌注桩的承载力发挥，空压机清孔是清孔质量最合理和高效的措施。

2.4水下灌注混凝土终孔后要及时灌注砼，溶洞地质灌注砼时临时孔壁失稳造成的扩径则有利于提高桩的承载力。

3基桩承载能力试验
3.1试桩资料试验选取工程桩9-0、15b-0二根试桩进行垂直静载试验。

各桩的地质情况及溶洞分布如前所述。

（表3）
3.2静载试验
3.2.1加载及量测装置垂直荷载试验采用堆载法油压千斤顶加载，反力梁采用最大容许荷载为6000kN和19000kN两种。

由于9-0和15b-0为工程桩，最大加载量取设计荷载乘以1.5。

桩顶荷载由油压表读数控制，油压表及千斤顶都经过率定，率定值如表4所列。

N28-4、N30-3的油压千斤顶数目分别为2、1。

垂直荷载试验中，桩顶沉降量由装设在桩顶的4支百分表量测，百分表的磁性表座安置在两根远离试桩的基准梁上。

百分表对称布置在同一平面上。

应力测点设在钢筋骨架上，分别在特征层面对称布置4个元件。

3.2.2试验方法各试桩的加卸载程序级别见表5。

①沉降观测：每级加荷后第一小时内，每隔15分钟测读一次，以后每隔半小时测读一次。

②应力观测：加载前即0荷载时初读，每级加荷后15分钟测读一次，达沉降稳定时再测读一次。

③沉降稳定标准：每级荷载下沉降量稳定标准按最后30min内不大于0.1mm。

④终止加载标准：a）当试桩总沉降大于40mm且本阶段下沉大于上一阶段下沉量的5倍。

b）本阶段下沉大于上一阶段下沉量的2倍并在24h内不休止。

c）当未达到上述两条，可终止加载。

⑤卸载：每级卸载量为每级加载量的2倍。

开始两次每隔15min记录一次，以后每隔30min记录一次；完全卸载后至少应于2h内每隔30min记录一次。

3.3静载试验数据整理与分析（表6）整理静载试验
表3试桩设计资料
试桩号桩长（m）桩径（m）砼标号主筋
桩端嵌
岩深度
（m）
溶洞总
高度（m）
持力层
顶板厚
度（m）9-0
15b-0
48
50
1.4
1.2
C30
C30
φ25
φ25
8
7
2.83
9.2
>3.0
>5.0
表4桩顶荷载与油压表对应值
9-0
千斤顶荷载（10kN）
油压表读数（MPa）
30
3
60
6
90
9
120
12
150
15
180
18
210
21
240
24
270
27
300
30 15b-0
千斤顶荷载（10kN）
油压表读数（MPa）
68
3.4
136
6.8
204
10.2
272
13.6
340
17.0
408
20.4
476
23.8
544
27.2
612
30.6
680
34
表5静载加卸载程序（单位：kN）序号
桩号
12345678910
9-0
加载
卸载
680
5440
1360
4080
2040
2720
2720
1360
3400
40804760544061206800 15b-0
加载
卸载
600
2400
900
1800
1200
1200
1500
600
1800
2100240027003000
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价值工程
百分表读数记录，分析荷载是否达到极限。

3.3.1沉降分析根据百分表实测的桩顶沉降记录，
整理各级荷载下对应沉降，并绘Q ～S 、
S ～lgt 曲线于图1～4。

3.3.2极限荷载的确定
①利用观测桩顶沉降确定。

桩9-0、15b-0由于施加的
最大荷载未能充分激发侧阻，桩端反力较小，沉降分别为2.53mm 和1.0mm 左右，其中包括很大部分的桩身弹性变形，且无突变点，可认为未发生破坏。

②利用Q ～S 、S ～lgt 曲线判断。

1）明显拐点法。

在Q ～S 曲线的明显拐点处的时候荷载即为极限荷载。

工程桩9-0、15b-0的沉降曲线近似呈直线型，无明显拐点不能确定其极限荷载。

2）沉降速率法。

根据试桩资料绘制出各级荷载作用下的S ～lgt 曲线，分析，工程桩9-0、15b-0的S ～lgt 曲线基本呈平缓直线，未破坏。

综合以上分析，9-0、15b-0远未达到极限，桩基合格。

4小结
本文通过本次工程试桩的施工及荷载试验研究，结论如下：
通过对本次试桩施工工艺的实施监测和桩身质量及承载力的检验，证明上述措施的可行性，质量、安全方面得到有效保证的同时，施工成本显著降低，为以后类似工程设计与施工提供了可靠的经验。

参考文献：
[1]周海疆.钻孔灌注桩施工工艺[J].黑龙江交通科技，2011-10-15.
[2]罗咸庆.岩溶区钻孔桩施工技术及其对承载能力的影响.科技咨询导报，2007-07-21.
[3]訾兵.武汉地区岩溶地层钻孔灌注桩成孔技术研究与实践，2009-11-25.
荷载（
kN
）
阶段沉降（mm ）
累计沉降（mm ）
06009001200150018002100240027003000240018001200600
00.130.030.100.060.060.050.040.080.10-0.01-0.07-0.20-0.20
00.130.160.260.320.380.430.470.550.650.640.570.370.17
荷载（kN ）阶段沉降（mm ）
累计沉降（mm ）
06801360204027203400408047605440612068000
0.670.300.180.220.400.080.150.210.280.040
0.670.971.151.371.771.852.002.212.492.53表6
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