超厚砂土层及漂石头层岩溶发育深孔桩全护筒一次性跟进施工技术探讨

刘海奇 郭茂斌 王礼勇

摘要 深孔桩成孔施工在遇到超厚砂土层及漂石层、层下深孔岩溶发育的条件下极易发生漏浆、卡钻、掉钻、塌孔、地面塌陷等现象。岩溶地质环境下进行桩基施工很容易出现塌孔等事故，施工难度比较大，不利于施工安全，增加施工难度。文章主要对超厚砂土层及漂石头层岩溶发育深孔桩全护筒一次性跟进施工技术进行研究。结合实例项目针对施工工艺原理、流程及操作要点进行分析，提出相关质量保证措施。

关键词 超厚砂土层及漂石层;岩溶发育;全护筒一次性跟进;冲击成孔

中图分类号 U445.551文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）08-0121-03

0 引言

目前，深孔桩成孔施工在遇到超厚砂土覆盖层、覆盖层下岩溶发育等复杂地质地层条件下极易发生漏浆、卡钻、掉钻、塌孔、地面塌陷等现象。针对超厚砂土覆盖层、覆盖层下岩溶发育的深孔桩施工，要解决超厚覆盖层钻进施工时孔壁坍塌、超厚覆盖层下岩溶发育区钻进施工反复漏浆，出现超厚覆盖层孔壁反复坍塌问题。需要预防即将进入岩溶发育区溶洞突然坍塌导致其上超厚覆盖层大面积塌陷风险。

使用泥浆护壁冲击钻成孔时，无法解决超厚覆盖层下岩溶发育区钻进施工反复漏浆，导致超厚覆盖层孔壁反复坍塌问题。全护筒跟进冲击钻成孔时需要钢护筒安装与冲孔相互交替施工，施工进度较慢，设备占用时间长，冲孔过程中对钢护筒反复扰动，无法保证桩身垂直度，特别是较深位置出现偏差时无法将钢护筒提出，影响桩基成孔施工质量[1]。两种方法施工桩基成孔及浇筑质量难以保证，增加桩基施工周期，影响项目总体工期。

为了避免复杂地质地层条件下深孔桩成孔过程中的超厚覆盖层坍塌，提高桩基成孔速度、成孔质量，预防岩溶发育区突然溶洞坍塌导致其上超厚覆盖层大面积塌陷风险，保障施工安全，在规定工期下保质保量安全完成桩基施工，贵州桥梁建设集团有限责任公司依托贵金高速公路第十一标小冲大桥刚构桥10号主墩深孔桩在超厚覆盖层（厚度达到68 m）、覆盖层下岩溶发育的复杂地质地层条件下深孔桩施工，研发并成功实施了《山区复杂地质地层条件下深孔桩成孔综合处理施工工法》。利用泥浆护壁冲钻成孔法施工超厚覆盖层。在距离岩溶发育区2 m左右，一次性下放大节段钢护筒，采用振动锤下沉护筒至覆盖层底继续钻进。对岩溶发育区采用“粘土+片石”回填处理溶洞，继续钻进，直至完成深孔桩钻孔施工。

1 工程概况

小冲大桥刚构桥是贵金高速公路第十一标控制性工程，10#主墩桩孔深（最长达75 m）、桩径大（直径D=2.4 m），地质地层条件复杂，砂土层及漂石层厚（厚度达68 m）;0～13 m为粘土，13～23 m为漂石土，23～68 m为砂土，68～76 m为白云质灰岩（岩溶极为发育）、深孔岩溶发育，冲击成孔过程中，岩溶发育区冲孔过程中频繁漏浆，导致超厚砂土层及漂石层塌孔、卡钻、掉钻，经多次回填并采用高稠度泥浆护壁仍然无法一次性解决漏浆问题，存在继续冲孔漏浆和塌孔风险。经过多方讨论，结合项目工期要求，最终决定对超厚砂土层及漂石层采用全护筒一次性跟进护壁施工技术，解决了深孔桩施工面临砂土层及漂石层超厚、砂土层及漂石层下岩溶发育的复杂地质难题。

2 主要设备和机具

全护筒护壁在复杂地质地层条件下深孔桩成孔过程中，主要需要以下设备和器具：冲击钻机、徐工C150履带吊、浇注用罐车、电焊机、切割机，护筒（钢管外径2 550 mm、壁厚16 mm），以及一些辅助工具等。

3 工艺原理

3.1 高浓度泥浆护壁冲击钻孔施工工艺原理

用冲击式装置或卷扬机提升实心钻锥，上下往复冲击，将土石劈裂、劈碎，部分被挤入孔壁之内。由泥浆悬浮钻渣，使钻锥每次都能冲击到孔底新土层。冲击一定时间后，放入掏渣筒掏渣，提出孔外倒掉。该工艺采用的高浓度泥浆，一方面起悬浮钻渣作用，另一方面对超厚砂土层及漂石层施工起护壁作用。

3.2 大节段钢护筒精准定位对接一次性跟进施工工艺原理

采用大吨位履带吊吊装大节段钢护筒，采用振动锤下沉钢护筒并最终压入岩溶发育区。大节段钢护筒每节段9 m，最上节段根据砂土层及漂石层厚度及施工需要设置成相应长度，每节段距离上顶端口0.5 m位置外侧设置耳板，上顶端口位置外侧设置精准定位卡板、内侧设置5 cm宽环形加强钢带。该工艺采用的耳板能够配合型钢卡住下节钢护筒，方便上下节钢护筒焊接，精准定位卡板保证上下节钢护筒精准定位，环形加强钢带对上下对接焊接点进行加强，保证振动锤将钢护筒顺利压入岩溶区。

3.3 深孔溶洞回填“粘土+片石”处理施工工艺原理

“粘土+片石”按照一定比例投入到岩溶发育区段，对岩溶发育区进行回填，采用冲击钻冲孔时粘土和片石粘结并挤入孔壁内，有效防止漏浆。

4 施工操作要点

（1）测量定位。由测量员对桩位测量定位，定出桩位中心后，插钎标识，精确控制桩中心位置。

（2）导向钢护筒埋设。先对测放好的桩位开孔1.6～

1.8 m，平整开挖底面，利用吊车起吊2 m长、内径2.6 m（壁厚1 cm）导向钢护筒就位，埋设钢护筒，埋设过程中以水平尺测定护筒的垂直度，护筒埋设定位准确，垂直度<1%，护筒外侧回填土夯实。护筒顶以下20 cm设一个30 cm×20 cm溢流槽。

（3）锁口施工。表层采用20 cm混凝土硬化，彻底固定桩位。锁口尺寸3.6 m×3.6 m，硬化厚度20 cm，对应溢流槽处预留不硬化，锁口四角φ20钢筋护桩。

（4）钻机就位。平整钻机工作场地，保持钻机平稳，钻头与桩位中心对齐，偏差小于2 cm。

（5）超厚砂土层及漂石层钻孔。采用卷扬机式冲击钻机钻孔，钻头直径2.55 m（岩溶发育区及其上2 m采用2.4 m），冲桩前先加高浓度泥浆，泥浆比重1.5～1.7之间，冲桩过程中定时使用泥浆比重计检测泥浆比重，满足施工要求。开始应低锤密击，锤高0.4～0.6 m，及時泥浆护壁，适当加少量片石和粘土使孔壁挤压密实，钻孔孔深达护筒底以下3～4 m，方可加快钻进速度，将钻头提高2～3.5 m正常冲击。冲孔时应及时将孔内残渣排出，每冲击1～2 m，应排渣一次，并定时补浆，直至岩溶发育区上2 m位置。每冲击1～2 m检查一次成孔的垂直度，垂直度要求小于1%。CB31317D-015D-4C8D-80CB-C8B1A73711DC

（6）吊车就位。砂土层及漂石层护壁钢护筒采用150 t履带吊分节吊装，履带吊配备一台300 t振动锤，吊车就位前清理并压实吊车工作面，检查吊车钢丝绳性能满足吊装要求。

（7）钢护筒加工。钢护筒由专业厂家统一加工成每9 m一节，最上一节钢护筒根据砂土层及漂石层厚度，进行切割，实际砂土层及漂石层厚度68 m，共需钢护筒八节，最上一节6 m，钢护筒经运输车运至施工现场进行吊装，钢护筒为外径2 550 mm，壁厚16 mm钢护筒，每米重2.0 t，9 m钢护筒约18.0 t重，采用25 t汽车运输满足要求，钢护筒加工时预先设置吊孔，方便吊装，环形加强钢带一并加工。

（8）大节段钢护筒吊装焊接。按设计尺寸加工好耳板、精准定位卡板、环形加强钢带，做好准备。根据钢护筒重量选择相应吨位履带吊，吊装的钢护筒最大重为138.1 t，且吊装最大高度为10 m，采用150 t履带吊满足吊装需要。履带吊吊装缓慢对准锁口导向钢护筒，振动锤辅助缓慢下放第一节钢护筒，钢护筒没入锁口共8 m后，通过吊绳吊住，将第一节上的耳板、精准定位卡板焊接在第一节上端口相应位置，第一节钢护筒下放后通过耳板卡住，下放第二节钢护筒，第二节钢护筒受精准定位卡板牵引，与第一节钢护筒精准对接，电工对钢护筒外侧对接部位焊接。焊接完成后，将定位卡板，耳板切割吊，振动锤辅助下放钢护筒。依据以上步骤依次完成第三、四、五、六、七、八节吊装焊接下放。

（9）振动锤压入岩溶发育区。钢护筒下放岩溶发育区上2 m，通过振动锤振动下沉钢护筒至岩溶发育区，开始钻进，至岩溶发育区。

（10）回填“粘土+片石”。岩溶发育区段施工钻进发生漏浆立即回填“粘土+片石”反复冲孔至设计桩地标高。

（11）孔底物探、成孔检测。钻进至设计桩底进行孔底物探，满足要求后，清孔，最终进行成孔检测。

5 关键点控制及常见问题处理

5.1 桩位控制

桩位控制分两步，分别是桩位坐标点控制和护筒埋设控制。桩位坐标点放样偏移量误差不超过2 cm，护筒埋设偏移量误差即成桩偏移量误差，应符合设计图纸及规范要求的桩位偏移量。

（1）桩位坐标点。测量员按设计桩位坐标进行放线，确定桩位坐标点打入钢钎作为标记。

（2）导向钢护筒埋设控制。埋设前护筒内径，壁厚符合要求后方可使用，护筒内径偏差不大于10 mm，壁厚偏差小于2 mm。采用开挖埋置法，地面以下开挖1.6～

1.8 m，平整開挖底面，对开挖底面再次复核测量定出桩中心位置，以控制桩中心位置。护筒外侧对称分层回填土，防止回填过程中导向护筒发生偏位。护筒埋设完成后，测量员对护筒中心坐标进行定位，检查护筒中心点与设计桩位坐标点的偏移量是否符合设计及规范要求。

5.2 垂直度控制

垂直度控制包括锁口导向钢护筒垂直度控制、钻孔垂直度控制、大节段钢护筒垂直度控制。埋设过程中以水平尺测定护筒的垂直度，控制导向钢护筒垂直度;冲击过程中加大检测频率，每冲击1～2 m检查一次成孔的垂直度，垂直度要求小于1%[2];大节段钢护筒进场前做好检验，确保钢护筒各项指标合格，确保大节段钢护筒垂直度。所有钢护筒焊接均采用坡口焊对接，在钢护筒上均匀设置四块定位卡板，上下两节钢护筒有效对接，精确定位卡板与钢护筒紧贴后焊在下节钢护筒上，以实现上下节钢护筒精准对接，防止错位，进而控制桩孔垂直度。大节段钢护筒振动锤辅助下沉过程，应低频振动缓慢下沉。施工前，在四周设置四根护桩;钢护筒安装下放之前应先校准中心位置无误。

5.3 护筒安装困难问题

桩基钢护筒安装过程中，常规案例采用分阶段安装钢护筒，导致钢护筒安装与冲孔施工出现多处交替干扰的现象，造成桩基成孔时间较长[3]。结合施工实例，采用的大节段钢护筒一次性跟进技术可有效避免钢护筒安装与冲孔相互交替施工的情况，一次性将桩基冲孔至基岩高程，采用履带吊及振动锤配合一次性下放至基岩位置，减少了对钢护筒的扰动，同时采用直径2.55 m冲击钻头进行超厚砂土层及漂石层钻孔施工，减少大节段钢护筒与孔壁的摩擦力，解决了钢护筒下放困难，提高桩基施工成孔时间，控制了施工成本。

5.4 施工监控

施工期间应做好监控工作，保证施工质量安全，减少施工安全隐患。在桩基锁口平台上四个角点上设置沉降观测点，同时利用周边桩基锁口观测点进行区域同步监控观测。在实时监控过程中，若发现实时监控值与标准值出现超限，应立即停止桩基施工，对超限原因进行分析，并提出有效处理措施，消除原因后方可进行后续桩基施工。

6 质量保证技术

（1）在制作、运输时，每节钢护筒上下口内壁的径向宜布置一组或多组单向临时加劲撑架，且撑架本身应具有足够的刚度。

（2）严格执行材料、设备进场的复核验收工作程序，确保进场材料、设备合格。

（3）严格执行每一道工序开工前和结束后的检查验收制度，坚持执行班组自检→质检部门检查合格→报请监理工程师检验的工作程序，重要工序请监理旁站监督检查。

（4）施工过程中，加强垂直度控制及监控工作。

7 安全保证技术

7.1 施工准备阶段

（1）按照特种设备相关要求，做好履带吊设备资料收集、登记。

（2）在专业技术人员指导下安装履带吊，安装过程中加强安全管控。

（3）做好各种施工设备检查、维修、保养;检查钢丝绳（包括冲桩机、履带吊）性能满足要求，方可用于吊装。

（4）锁口设置好防护，并设置相应的标志标牌，保障施工安全的同时规范现场施工。

（5）施工前对施工作业人员进行全员安全技术交底，做好危险源辨识，明确施工危险源，并制定针对性措施。

（6）做好作业人员登记，确保人员登记齐全，作业前做好班前教育和安全教育培训。

7.2 施工阶段

（1）焊接过程需要用到的氧气乙炔切割设备，务必按照安全规范要求执行安全动火条律，保证氧气与乙炔的安全距离至少5 m，保证氧气乙炔放置位置远离火源、焊接人员。

（2）施工现场各种电线布设应满足施工现场临时用电安全技术规范要求。

（3）设备就位前，将场地清理干净并压实，保证设备顺利就位，满足施工要求。

（4）吊装过程中应缓慢下放，耳板焊接时，履带吊需吊住钢护筒。

（5）吊装钢丝绳吊装需保证钢丝绳安设牢固。

（6）未施工时采用铁网将孔口覆盖，防止人员掉入孔内。

7.3 施工后阶段

（1）组织设备有序退场，施工材料堆放整齐。

（2）在专业技术人员指导下拆除履带吊，拆除过程中做好安全管控，拆除退场做好退场登记。

（3）预退场作业人员做好登记，有序组织退场。

8 结束语

针对贵金十一标小冲大桥桩基施工过程中将超厚砂土层及漂石层、层下岩溶发育的深孔桩施工问题逐一分步解决，依托该项目具体施工过程总结得出以下结论：

采用钢护筒一次性全跟进施工技术，能够降低施工难度，减少施工安全风险，对深孔的施工成本起到控制作用。避免钻孔时对桩孔护筒长时间反复扰动，控制桩孔垂直度，同时避免后续浇筑过程中超厚覆盖层坍塌。能够将施工将复杂问题逐一解决，充分考虑安全因素，将地下不可控的安全风险因素转为地面可控安全风险，在当下安全形势严峻的背景下，具有良好的社会效益。

参考文献

[1]谭志文. 复杂岩溶地质下的钢护筒跟进法桩基施工技术[J]. 交通世界，2017（8）：101-102.

[2]刘伟. 岩溶区钻孔桩施工溶洞处理研究[J]. 工程施工技术， 2019（11）： 223-225+228.

[3]钟运志. 岩溶地质条件下的桩基钢护筒跟进法施工技术[J].交通世界， 2021（5）： 101-102.

收稿日期：2022-02-16

作者简介：刘海奇（1981—），男，本科，高级工程师，从事高速公路施工工作。CB31317D-015D-4C8D-80CB-C8B1A73711DC