[发明专利]一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法

说明书

技术领域

本发明属于钻孔桩施工技术领域，尤其是涉及一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法。

背景技术

随着我国高速铁路的建设和发展，铁路运营对高平顺性和高安全性提出了更高的要求，设计和施工单位必须在路桥基础沉降控制方面要有新的创新。在我国西南及东南沿海地区地质条件复杂，岩溶遍布，但这一地区又是我国东西南北通道的大动脉，又是国家经济发展的龙头，未来在这一区域将会有更多的高速铁路穿越，形成东西南北的高铁交通网络，所以岩溶区域大口径、深水桥梁桩基施工是未来高速铁路建设的重点和难点，科学地研究和制定岩溶区域桥梁桩基基础施工方案、技术保障措施、过程控制等，对保证施工质量、进度、安全、经济效益都具有非常重要的意义。

现如今，进行岩溶区域大口径、深水桥梁桩基施工时主要存在以下几方面的缺陷和不足：第一、在桥梁桩基穿越较为复杂的岩溶区域施工中，设计单位没有给施工单位提供较为完整地、系统地理论依据和施工技术文件，施工单位摸石头过河，施工中遇到的疑难问题多、困难重重；第二、针对岩溶区域桥梁桩基设计指导性文件不够完善，缺乏系统性、全面性和可操作性；第三、对于施工技术要求高，桥梁基础沉降及承载力、稳定性标准要求严的施工项目，溶岩覆盖区域桩基施工的基础理论研究难以满足实际施工需求；如对于设计时速为350km的沪昆客专杭长湖南段境内的省界萍水特大桥、醴陵特大桥位于强岩溶发育区域，两桥仅间隔274m长的祥云隧道，桥梁桩基均处在串珠式、暗河流岩溶区域内，范围之大，数量之多，在全国客运专线桥梁建设史上尚属首例，并且在岩溶覆盖区，溶洞及溶蚀裂隙中，地下水发育，透水性好，水量大，地质构造复杂，特别是醴陵特大桥横跨萍水河，河宽180米，水深4～6米，远期通航规划为Ⅶ级，部分桩长达90米，个别桩基穿越重叠式溶洞10个，岩石强度高且岩层倾斜，同时穿越暗河流，施工难度大，危险性高，极易出现溶洞失稳，坍塌变形，稍有不慎引起卡钻、埋钻，影响工程进度；第四、为保证施工工期，同一墩台上需采用多台钻机同时施工，但由于施工区域为岩溶区域，地质构造复杂且有暗河，采用多台钻机在同一墩台钻孔桩施工，国内尚无先例。

目前，岩溶区域钻孔桩施工方法有以下四种：泥浆造壁法、静压化学注浆法、护筒跟进法和能量传递法。其中，泥浆造壁法主要适用于不大于桩径的小型溶洞，具体情况按溶洞的相对位置、围岩种类和填充物的性质因素确定。静压化学注浆法所采用的注浆材料为普通硅酸盐425水泥、水玻璃、氯化钙、铝酸钠等。护筒跟进法适合于地下水流较大的溶洞、多层溶洞、体积较大的溶洞和泥砂岩溶，首先按正常钻进至接近击穿溶洞顶板，将钻头提起，用吊机配合振动锤将钢护筒下沉穿过溶洞，使护筒底部支撑在溶洞底部或顶板，接着在护筒内继续钻孔，如果漏浆，则可采用下内护筒或采用其他方法堵漏。对于大型溶洞采用此法施工时，当冲锤击穿溶洞后，立即向洞内抛填片石与絮状物并且冲锤击压，将溶洞填满，为钢护筒跟进提供依托，保证钢护筒不出现倾斜现象，最终是钢护筒下沉到设计位置或稳定在坚固的基岩上，达到护孔成桩的作用。钢护筒制作采用的钢板厚度根据溶洞大小，桩孔长短来确定，一般采用δ=8mm～10mm，最薄不能小于6mm，以保证护筒具有一定刚度和强度，使其不变形。钢护筒跟进法施工所需要工序和辅助设备较多，进度慢，成本高，但成孔和成桩质量稳定，施工中应综合施工难易成度和经济效益等因素考虑。能量传递法施工是针对岩溶地层，岩面倾斜，岩质软硬不均，容易造成钻头刃脚受力偏心，导致偏孔、斜孔、弯孔等故障的发生而采取的处理措施，也适用与重叠式串珠式岩溶，桩基普遍较长。能量传递法的工序原理是当冲击钻孔接近溶洞顶板进入溶洞或斜岩面时向桩孔内抛填片石和粘土块等物，填充高度一般为溶洞顶上部或斜岩上部约1.5m，抛填片石的质地坚硬并且与孔壁岩石强度同样为佳，钻机钻进过程中冲程约为0.6m～1.0m，继续冲孔作业，混合填充料经反复冲击，在溶洞内形成固结或在孔内形成柱体，具有足够传递冲击能，过孔或破碎斜岩，同时形成坚实，竖直，圆顺的过渡孔口，为以下的钻孔作业起到良好的导向作用。当斜面倾斜严重或桩位处于溶洞边缘时，在钻进中钻头偏向溶洞边缘一侧，用能量传递法无法解决偏孔或弯孔问题，遇到这种情况经检测偏移量不大，应继续向孔内抛填片石，碎石，粘土块，冲锤击压，将偏孔，弯孔修正。