对岩溶地区桩基础施工研究

对岩溶地区桩基础施工研究

易建军

易建军

湖北省地质局第一地质大队湖北省大冶市435100

摘要：在岩溶地区，由于岩溶的特性，进行桩基础施工时的难度相对较大，并且，在施工过程中会伴有一定的安全问题如卡钻、混凝土泄露、漏浆、埋钻、等，对桩基础施工以及施工过程中的质量安全等都造成了很大的影响，因此，为了保证施工的安全、顺利进行，对施工措施的研究是十分必要的。本文是作者以某工程为例，研究其施工过程中的桩基础施工，得出在桩基础施工中较为实用的施工方法如钻孔注浆法等，使得岩溶地区桩基础施工问题得到了很好的解决。

关键词：岩溶；注浆管压浆护壁挖孔法；钻孔注浆法；桩基础

1施工方法特点

1.1注浆管压浆护壁挖孔法

用泥浆作为钻孔桩的护壁、钢筋混凝土或者混凝土作为挖孔桩的护壁是传统的护壁方法，而在注浆管压浆护壁挖孔法中，护壁方式则是沿着孔壁打注浆管进行压浆，进而达到护壁作用，这种方法在岩溶地层和其他不稳定地层如淤泥、砂黏土、不饱和粘土、中粗砂等中具有更强的可靠性。

1.2钻孔注浆法

在传统的施工方式下，在岩溶地区进行桩基础施工时，只有出现漏浆、混凝土泄漏等情况时，才会考虑采取一定的措施进行处理。而在注浆钻孔法这一工法中，在进行桩基础的施工时，首先钻压浆孔进行注浆。其次固结溶洞，固结溶洞有两种情况，一是溶洞中没有填充物，这时则要对溶洞灌砂石，然后压浆固结；二是溶洞中有填充物，这时直接压浆固结便可。最后进行桩基础的施工，施工时钻孔法和挖孔法都是可以采用的。

2桩基础施工相关工艺流程及要点

2.1注浆管压浆护壁挖孔施工法

在桩孔的开挖后，便会遇到岩溶地层或者其他不稳定地层，在继续开挖前，可以先采用风钻进行钻孔，然后沿着孔底打入灌浆管，进行压浆后等待固结，然后继续开挖桩孔，挖孔结束后就可以下钢筋笼，再进行混凝土的浇筑就可以完成桩基的施工。

2.2钻孔注浆法

首先，画出施工情况图，在图纸上标注出施工地区的相应地质状况，并且标注出每根孔桩的详细位置以溶洞出现的位置、深度以及高度；其次，对填充物的特性进行分析，检测填充物的容量、含水率，同时对施工区域的空隙率进行检测，对注浆提供一定的参数；第三，根据上述对填充物的分析，根据每根孔桩的实际情况设计相应的施工处理方案。

3应用实例

3.1工程概况

本文以两座大桥的施工为例，分别是A段至B段铁路的Ⅰ大桥和Ⅱ大桥，这两座大桥的桩基础工程都是在2013年1月开始施工的，到2014年的6月份桩基础工程完工。Ⅰ大桥全长为339.9米，共有10个孔桩的32米简支梁；Ⅱ大桥全长为167.95米，有4个孔桩32米和1个孔桩24米的简支梁。

地质状况：第四系沙土、洞穴堆积粘土以及泥石流堆积碎沙石上覆，下伏三叠系页岩、组灰岩和夹砂岩。

3.2施工情况

最初进行施工时，采用挖孔的方法，传统的护壁方式如混凝土、钢筋混凝土被使用在溶洞以及岩溶的夹层中，但是在这样的施工方式下，护壁的稳定性较差，产生多次的塌坍。而后续将施工方法改为钻孔法，但是在施工时，钻孔漏浆较为严重，常要对其进行二次施工修复，导致施工的进度异常缓慢。为了解决施工时的上述问题，施工方召集了工程的设计、监理以等各个单位，研究出新的施工方案，前期使用打钢的护筒穿溶洞，但是，在施工过程中，护筒会发生偏斜，并且对护筒的纠偏工作进行较为困难，且很难取得成功，因此，经过再次的协商之后，采用注浆管压浆护壁挖孔法，取得了一定的成果。

在有地下水的情况下，采用钻孔灌注桩的工法，在施工的过程中，钻孔时会有漏浆发生，为了解决这一问题，采用了钻孔压浆法，在进行桩基础的施工前，先进行钻孔压浆把溶洞填充处理好，这种方法改进了传统的施工工法，取得了一定的成功。

3.2.1孔壁打注浆管压浆护壁挖孔法

施工前期准备：在前述的施工图纸前提下，进行再次的实地勘察，进行施工，施工时注浆类型的确定应该根据渗透系数来确定。流程如下所示（图1）：

图1：注浆管压浆：工艺流程

注浆管的制作：在制作注浆管时，应该采用Φ42毫米的焊接管，长度为3.5米，对其进行加工，将钢管的顶端焊接成一个尖锥，然后在距离尖端2米时，每间隔0.2米就设置一个溢浆孔，溢浆孔直径6毫米，在距离末端0.2米的距离内，焊接直径为6毫米的钢筋管，具体工艺如下（图2）：

安设注浆管：进行注浆管的安设时，应沿着孔壁进行，将注浆管布置成为梅花状，间距为上下50-100厘米，然后对其进行钻孔处理，当钻孔深度达到250-350厘米时，不在钻进。然后将棉纱缠绕在注浆管未开孔的一端，并将其顶进注浆孔内，这个工序可以利用风钻进行，具体工艺如图2所示。

图2：注浆管安装及加工工艺图

配制浆液：在进行浆液的配制时，应该考虑到填充缝隙的大小，并计算浆液在不同浓度时的扩散半径，将两者结合起来，进行实际的实验操作，来最终确定浆液的配置比例。在搅拌机内进行水泥浆液的搅拌，在这个过程中，投料时应该严格的按照拌合机的容量进行，水泥浆液的水灰比控制在0.5-1之内。其后，要进行注浆时，应提前进行实验，将注浆参数如注浆的压力、浆液的配比等确定好，在进行注浆，确保工艺的完善性。

搅拌原料的投放：搅拌水泥时，先放水并同时加入外加剂进行搅拌，加足水量，再进行1分钟后左右的搅拌后，投放水泥，再次搅拌，搅拌的时间不可低于3分钟，搅拌好后，将浆液进行过滤，最后投入注浆泵。若是浆液未经滤网进行过滤，则禁止将浆液注入注浆泵，以免毁坏工具。

试运转注浆系统：安装完成注浆管之后，将孔口阀闭合，将注浆的管路连接好。在进行注浆之前，要试运转注浆系统，使系统处于处于良好运行状态，一般要进行20分钟左右的试运行期。用注浆泵进行压水，检验设备是否处于正常的运行状态，对岩石的缝隙进行冲洗，避免浆液堵塞，使压浆更加密实。

压浆：采用注浆泵进行压浆，在清孔完成后，顺序施工，进行注浆的过程中，所注浆液的浓度依次上升，浆量则逐渐减少。施工时，要注意对注浆压力的控制，这一方面可以由注浆泵进行调节。

处理异常状况：在压浆过程中，很容易出现串浆的状况，所谓串浆，是在一个孔进行注浆时，浆液会在其他的孔中流出，在这样的情况下，可以采用多台注浆机同时注浆的方式，来减少串浆的情况；在注入水泥时，如果注浆压力突然升高，会有堵管的情况出现，这时应该停止注浆，对机器进行检查；当注入水泥时浆液进量很大时，压力也会不断的上升，这时可以对浆液的浓度进行调节，以便减少凝胶的时间。

进行注浆时，主要的压浆参数：压浆管：Φ42毫米，长度为3.5米，注浆孔间距50-100厘米，水泥与水比例配浆比为1：0.5，水灰比为1。

达到设计的注浆量时，就可以结束注浆。通过注浆管的使用，对孔壁进行注浆，可以对孔壁达到固结的作用，保护护壁，等到凝胶之后，达到一定的强度，就可以继续挖孔。如果开挖之后，孔底出现流砂，在此时，可以使用混凝土将孔底封闭，混凝土凝固之后，斜向在孔底打入压浆管进行注浆，固结下部的土壤，达到压浆目的，解决流砂的问题。

3.2.2钻孔注浆法施工

钻孔时，所钻孔直径为90毫米，下注浆管，在孔壁上进行开孔，设置溢浆孔，溢浆孔的直径为8毫米，而确定注浆管的长度时，应该根据溶洞的位置，为了与压浆机连接，应该在注浆管的顶端加上连接丝扣，丝扣长度为10厘米左右。

在注浆前，对施工地的地质情况进行勘探，若是溶洞中有充填物，并且填充物较为松软时，就可以直接对其进行注浆，以便固结，若是填充物密度较大，状态较硬，就可无需注浆。如果溶洞中没有填充物时，需要对其进行填充，并且钻孔，注浆固结。填充时，可以选择一些砂石作为填充物，因为砂石的硬度较高，强度较大。灌入碎沙石的时候，先钻一个较大的孔，放入钢管，并将钢管固定，在钢管的上部放置料斗进料，所选做填充物的砂石应该大小均匀，碎石的直径在2厘米以内，进料时抖动钢管，均匀进料，避免碎石堵塞的情况发生。

注浆时，仍是利用注浆泵完成，在注浆的过程中，要对注浆压力和速度进行控制，一般来说，压力控制在0.8-1.5MPa，速度为15-20L/min，当然，这只是作为一个参考值，具体的压力和速度应该按照实际情况来控制。进行注浆时，对其充分抖动，时浆液能够有效的渗透在填充的砂石中，以便固结。注浆时，应将注浆管直接插入到填充物的最底部，随着注浆时间缓慢上提注浆管，控制浆量。

选用浆液时，保证水泥的强度，水灰比为0.8，使用水泥砂浆时，配合比为水泥：砂石：水=1：0.8：1，双浆液的配比为，水玻璃：水泥=1：1。

在进行注浆时，注浆速度与时间可以在注浆泵上得到，而其压入量则需要进行计算，影响因素主要有固结体积、渗透半径等，计算公式如下所示：

在该公式中，渗透半径由R表示，溶洞高度为H，μ则表示填充物的空隙率，α为超灌的系数，β为充填系数，充填率为γ，λ为经验系数。这些参数在注浆现场可以得到。

而注浆时采用间歇方式进行注浆，可以减少由于流浆而造成的浪费。间歇式注浆也就是说分多次进行注浆，第一次注浆时主要时填充物达到初步的胶结，之后再对其循环进行注浆，以保证填充物固结。

3.3工程检测

在上述的工程中，桩基检测对桩基础施工结果进行检测时，I类桩在总数桩的92%，没有不合格桩的存在，这使得施工结果受到了建设单位的肯定。

结束语

在桩基础施工中，经常会遇到上文所述的不稳定地层，根据传统的施工挖孔法施工时，由混凝土建成的孔壁容易塌坍，钻孔法施工时，容易造成漏浆，因此，要对工程进行实际的分析，研究出适合实际情况的施工方法很重要。

作者简介：

易建军（1968年6月生）地质矿产勘查本科毕业，现任高级工程师任职单位湖北省地质局第一地质大队