试析复杂岩溶地质下的钢护筒跟进法桩基施工技术

文／刘栋 湖南省第四工程有限公司邵阳分公司 湖南邵阳 422000

引言：

当地质条件相对复杂时，建筑工程中桩基施工会面临一系列的挑战，尤其岩溶等地形地貌条件下。由于其特殊的地貌特征，工程的稳定性容易造成不良影响。甚至在施工技术选择不到位的情况下造成巨大的经济损失。为此，建筑工程企业在开展工程建设时，应充分认识到复杂岩溶地质条件下，桩基施工技术的合理选择，深入了解钢护筒跟进法，并将其应用到工程建设中，以提高工程的施工质量和水平。

1.钢护筒处理关键技术

1.1 单层钢护筒处理技术

在处理多层钢护筒前，需要对单层钢护筒进行处理。5-10m 之间的中溶洞要采取单层钢护筒施工的方式。一方面需要先开展预埋开孔护筒，另一方面在冲进钻孔环节的工作重点在于精准抛填土袋与片石。将钢护筒放在岩面上，当溶洞出现漏浆问题，继续抛填粘土与片石，直到完全解决漏浆问题。高于10m 的大溶洞来说，就需要采取多层钢护筒施工方式。钢护筒跟进法主要是指借助振动打桩锤以钢护筒跟进的方式进入到溶洞的底部，该种方式可实现有效解决成孔过程中引发的溶洞顶部坍塌问题，进一步确保桩基成桩的质量。对钻孔的动态进行全面分析与掌握，依据超前钻环节获取的资料，当冲孔到达溶洞顶1.5m左右的位置时，应及时准备片石与粘土。岩溶上的冲击钻的冲程不得高于最大冲程，冲击钻接近溶洞顶后，孔深和泥浆循环物进行反复观测和检查。具体的内护筒跟进步骤为：（1）平整施工场地，明确施工的具体位置；（2）将外钢护筒埋设到制定的位置；（3）冲孔到达上层溶洞后利用开展回填作业；（4）外钢护筒穿过上层的溶洞；（5）冲孔到达下层溶洞后继续回填；（6）内钢护筒穿过下层溶洞；（7）钻孔进行全面的固结和封堵。针对偏孔问题应采取相关的措施，为后续工作奠定基础。由于偏孔问题产生的概率较大，因此，需要予以重视。如果偏孔依据1:1比例回填粘土而出现偏孔现象，采取冲砸的方式纠正偏孔位置，多次无法调整偏差依然无法解决偏孔问题，相关人员要结合具体的偏孔情况与偏孔状态，重新制定科学的纠偏方案。在钢护筒制作环节，首先应确保钢护筒尺寸满足工程的施工要求，钢护筒的内径不得低于设计的桩径，采用满焊的方式进行焊接。完成制作后再运输到现场。其次，钢护筒跟进施工工艺在运用过程中，一方面下放长护筒，确保位置的准确性。再次核对下放后高程、垂直度以及护筒位置的准确性。冲击穿过溶洞顶部还需要反复提高冲锤，到达顶部后慢慢下降。当冲锤的受阻力不断降低，则证明顶部成孔完成，垂直圆滑。利用钢丝绳将内护筒绑住，利用吊机把护筒放在孔底位置。最后，下落时应预埋护筒的卡具进行有效控制，运用经纬仪进一步控制好垂直度。水平尺的检测满足施工要求，外部卡具的范围符合施工条件后，做好接口的对齐工作，确保满焊焊缝冷却后，方能开展钢护筒下落施工[1]。

1.2 多层钢护筒处理技术

在复杂岩溶地质条件下，成孔施工的难度较大，并且非常容易出现坍塌等情况，成孔之后的稳定性较差，针对这一问题，在开展钢护筒跟进施工中，如果孔的深度在15 米以上，则跟进的摩擦力加大，对于机械设备的运行要求也较高，需要耗费一定量的成本。因此可以通过多层钢护筒跟进施工技术，提高旋挖钻机桩基施工成孔质量，保证最终的成孔效果。在此过程中，要对施工现场的环境、进度以及地质条件等进行分析，采取多层跟进钢护筒施工技术，确定其中的施工技术要点。通常如果孔的深度在15 米之内，可以采用一层钢护筒跟进的方式，如果深度在15-30 米之间，则要使用二层钢护筒跟进施工，孔深度在30-45 米之间，选择三层钢护筒跟进施工。可以选择旋挖钻机直接旋转插入的方式，除此之外，还可以使用振动锤，将其直接打入。

1.3 施工流程

多层钢护筒施工中，施工流程主要包括以下内容，第一，在确定桩位中心点位置之后，将钻机放置到指定地点位置，跟进一米之后，埋设钢护筒。第二，完成上述操作之后继续钻进，达到土层下方两米左右的位置之后，停止埋设。为了避免出现埋设深度较深无法顺利取出钢护筒的情况，跟进钢护筒壁的厚度要为40mm，每节长度在3m左右，内径要大于设计桩20cm。每节之间需要使用螺栓相互连接，使用旋挖钻机完成钢护筒的跟进和提拔工作。第三，钻井机继续开展钻井工作，直到达到设计标高位置为止，逐渐取出浇筑桩身混凝土周围的钢护筒。

1.4 多层钢护筒处理技术实践运用

部分复杂岩溶地质条件下，回填料多数为石渣，并且回填和原生土相互交界的位置，粒径回填区较大，并且伴随软塑、可塑等情况。该种条件下，可以采取多层护筒施工的方式，既能够对施工成本进行有效控制，同时还能保证成孔和成桩质量，实现施工水平的有效提升。

实际施工中需要对以下几点进行质量控制，第一，在土方开挖施工中，孔桩完成开挖之后产生渣土，需要通过装载机直接转移到自卸汽车中，再将其运输到废土场中。第二，防水排水施工中，多层钢护筒施工的各项环节，都要保证土地处于良好排水状态中，并在施工现场设置临时排水系统，将其连接到永久排水系统中。避免这一过程出现淤积和冲刷等现象，施工过程中产生的废水和污水，不能直接排放到农田或者灌溉渠中，实现对周围环境中水资源的有效保护。第三，施工机械设备运行中，要采取相应的预防措施，避免其出现漏油等情况，针对机械设备在运行中产生油污和污染物，不能直接排放到自然环境中，需要对其进行集中处理，控制施工中产生的环境污染。除此之外，施工中产生的废弃物，要放置在专用堆放区域中，严禁放在专用区域之外的场地中。第四，各项施工过程都要严格按照施工图纸进行，并且全程由监理工程师进行监督管理，科学选择臵土场地，同时对场地给予保护。例如，在对基坑边坡开展监测的过程中，要将其作为监测重点，避免在施工过程出现边坡塌方等问题。这一问题会严重破坏周围植被以及自然环境。通过上述措施，能够实现对多层钢护筒施工质量的有效控制，实现施工技术的进一步优化完善。

2.复杂岩溶地质钻孔常见病害分析

对于相对复杂的岩溶地质来说，在钻孔过程中容易出现的病害问题主要集中在漏浆、塌孔等，为有效解决上述问题应在具体施工前做好泥浆、粘土以及片石材料的制备工作。当出现漏浆或者塌孔问题时及时做出反应，选择合理的方式处理钻孔问题。除此之外，针对卡钻、掉钻问题则应在施工前对施工现场的地质情况予以全面把握，充分了解钻进的深度和钻进的尺寸，保持钻进速度的稳定性。一旦出现卡钻问题，可利用水下割护筒的方式及时挡住钻头的部位，上拔钢护筒后，立即拉出钻头。斜孔的预防与处理可采用反复抛填片石的方式，将斜孔保持在1.5m 左右的位置，以小冲程冲砸尽量调整斜孔位置。混凝土的外漏防控以腔体内部封闭为主，进一步提高桩孔的护壁稳定性和可靠性。

3.复杂岩溶地质条件下钢护筒跟进法桩基施工技术应用实例分析

3.1 工程概况

以某公路桥梁工程为例，该公路桥梁总长度为264.08m。桩基以直径1.35m 的钻孔桩为主。与此同时，还包括8#台7 根桩基、1#-6#墩各5 根桩基。桥梁总钻孔桩为41 根。依据施工地点的总体地质情况分析，该工程选择的桩基施工为冲击钻以及旋挖钻。其具体的设计要求为将中风化灰岩当作持力层，并保持桩基嵌入风化岩层高于2.5m。

3.2 不良地质情况

该工程所在的岩溶区域以可溶岩为主，地表处有洼地、岩溶泉。由于地表岩溶发育强度较大，因而地下岩溶极易受到断层破碎带的影响。与此同时，岩溶的形态为竖向串珠状。根据现场实际调研后得出：该溶洞的见溶率为35%，溶洞的洞径在0.6-6m 之间。全填充溶洞是主要的溶洞形式，填充物以及软塑为主，仅有极少数的空溶洞。除此之外，强发育岩溶桥梁的墩台有着极大的影响。施工现场附近有断层带，断层的破碎影响宽度在15m 左右。断层带中的构造以裂缝发育为主，岩体也较为破碎，严重影响溶洞内的桩基施工[2]。

3.3 桩基施工技术

3.3.1 钻孔设备

该工程中的桩基施工技术多选择的是冲击钻钻进方式。1.3m 的桩径可以选择1.25m 直径的锥锤满足成孔后桩要求。与此同时，钢护铜跟进法施工也是主要的桩基施工技术。利用钢护筒跟进施工的过程中，需要注意的是，钢护筒的直径需要保持在d+15cm 左右。其中，d 代表桩基的直径。因此，该工程中的冲击钻锥锤的直径应选用1.4m，为钢护筒的顺利下沉奠定良好的基础。

3.3.2 钢护筒加工

钢护筒的壁厚控制在10mm 左右。其中，外钢护筒长度为1.5m，内径为1.8m。而内护筒的长度为5m，内径为1.3m，钢护筒全部制作过程都在工厂完成，制作成型后统一运送到现场，焊缝采用双面坡口的方式进行焊接。

3.4 施工工艺

钢护筒下沉的主要目的为避免钻进到溶洞内的泥浆过度流失而导致孔壁发生坍塌，防止偏孔问题的发生。将钢护筒下沉到溶洞的底部，一方面确保桩体成孔顺利，符合施工要求。另一方面防止桩体混凝土在溶洞内无限制灌注，造成无法成桩，浪费成本[3]。

3.4.1 开钻

当施工人员平整好土地后，由测量员准确划定具体的桩基位置，现场施工人员在开展埋置外钢护筒前引入十字保护桩。依据护筒的直径进行桩基位置的开挖。第一节的钢护筒下沉过程中的重点内容在于使护筒与地面的距离在35-55cm 之间。采取再次冲击锤中的方式进行正式开钻。依据地质勘查过程中获得数据信息了解地面5.5m 位置发现深度为1.8m 的大溶洞，因此，利用冲击锤进行冲击，为打入内钢护筒奠定良好的基础。实际的钻进过程中应明确量孔的深度有效测量，当钻进深度达到5m 左右时，应立即停止钻进，开展打入内钢护筒作业，在此过程中应采用25t 的汽车吊对钻锥的重量进行适当的调整。

3.4.2 内钢护筒

利用钻锤的自重保证内钢护筒顺利压入钻孔桩内部，到达岩层面后开展成孔钻进工作。一方面，内钢护筒以分节下沉的方式开展作业，另一方面则应在内钢护筒的顶部进行横担，使其牢固在内钢顶部，内钢护筒下沉速度有效控制。钻锥的位置保持居中状态，避免由于中心偏移而发生护筒倾斜问题。在实际的下沉过程中不断调整内钢护筒的垂直度。一旦发现倾斜角度过大时要及时进行纠正，保证倾斜度在一定范围内，为施工的顺利进行提供支持。内钢护筒完成下沉工作，借助冲击锤开展后续的成孔，成孔的深度通常在2m 左右。将内钢护筒的下沉到进尺的岩面标高，以冲击、下沉的方式完成最终的下沉任务。反复重复上述流程，直到下沉深度、下沉质量满足施工要求即可停止。具体的施工过程还应做好垂直度的检测与跟进工作，严格依据相关规范要求使得钢护筒连接的垂直度控制在允许的偏差内。内钢护筒之间的焊缝连接外还需要开展加强焊接，内钢护筒的焊接缝隙要保持平整。该环节也是成孔质量控制的重要内容。

3.4.3 垂直度控制

为内钢护筒垂直度的合理性，应制定专门的支架框合同进行合理化管理，支架的高度应高于1.5m，与内钢护筒保持竖向垂直，内外钢护筒与钢护筒之间需要设置相应的卡具，保障竖直度。作为测量人员可以采用全站仪垂直度进行动态、实时把握。开展钢护筒焊缝焊接过程中，底部的钢护筒以垫铁调平为主，采用水平尺检测的方式，上方的钢护筒保持对齐状态。初步点焊接时，采用全站仪控制垂直度。借助垫铁数值调整，当满足垂直度要求后，开展全面焊接工作，直到内钢护筒下沉至合适位置。

3.4.4 溶洞位置控制

在正式施工前，设计人员收集了大量的地质地貌材料，进一步明确了溶洞顶面的高程，在此背景下设计的工程施工方案，避免钻锥溶洞进行不合理的破坏，甚至发生中途卡钻问题而影响施工进度，带来较大的施工经济损失。为避免上述问题的发生，在实际的施工过程中不仅需要提高重视程度，还需要在与溶洞顶部1.5m 的位置停止钻进，将其放在内钢护筒内。在溶洞顶部位置合理控制钻进的速度，将锤高度维持在45cm 以内，进尺的进度控制为70cm/h。当溶洞顶部被击穿的情况下，严禁采取强烈冲击的方式，导致钻进进度受损。钻进钻入溶洞容易出现泥浆流失问题，为快速将钻头提出，可以采取回填的方式，利用冲击锤不断冲砸，确保片石填充满达到护壁的效果[4]。

3.4.5 内外护筒空隙处理

内护筒与外护筒的空隙处理提升工程质量具有积极的作用，在空隙处理过程中。首先应在内护筒的底部和顶部位置回填相应的砂子与碎石。其次，采用高压喷射灌浆法开展回填体的灌浆。最后，完成灌浆作业内护筒的上下两端即可被砂石填满，固结强度在25-30MPa之间即可满足要求。做好灌浆工作的基础上，继续进行冲孔成桩作业。

3.4.6 溶洞钻进

钻机穿过溶洞的过程中不仅要满足孔径的设计要求，还应在成孔清理完成的情况下，做好钢筋笼、混凝土灌注工作，则代表该根桩基已完成作业。在水下混凝土灌注阶段，主要从以下几个方面入手：其一，下导管和底部的距离在25cm 以内，灌注砼的数量合理的同时，导管的埋藏深度在1.2m 以上，确保灌注砼作业的连续性。其二，砼灌注环节注意灌装记录，导管埋藏深度符合实际要求。其三，为避免钢筋骨架发生上浮问题，灌注砼与钢筋骨架之间的距离保持在1.2m，速度有效把控。砼升高到5m 左右时，应立即提高导管，确保底口高度高于钢筋骨架。其四，灌注桩的顶高程需要高于设计的高度，使得砼强度有效承载施工压力。

3.5 钻孔处理

3.5.1 塌孔

当施工过程中出现塌孔问题，如果深度不大，可以采取全部回填的方式。沉淀后将钢护筒深度埋藏到不透水层的位置，只有将其压实后才可继续开展钻进工作。而如果深度较大时，则应继续深埋钢护筒，在保障护筒周围回填的土壤压实后重新钻孔[5]。

3.5.2 卡钻

卡钻现象主要是由于冲击钻钻头的刃脚出现卡顿，造成桩的孔径不断缩小。为此，解决该类问题的主要措施在于补刃。如果卡钻的成孔不圆，可以采用4 刃钻头钻孔，而不得采用一字钻头。钻头在冲击过程中容易发生石块挤入问题，使得钻头的上下移动出现阻碍。则可以采用小冲击钻、冲吸的方式松动卡在钻头内的石喳。对于卡钻问题，不得采取强提达到方式，防止钻机被拉坏，钻头掉落。

3.5.3 偏孔

之所以发生偏孔问题，其原因在于孔底岩石的表面发生倾斜，造成钻头冲击时底部位置滑落。为解决偏孔问题，可以采取回填的方式，采用小冲程与打紧绳反复冲击，有效纠正偏差。在此过程中不得将冲程的力度调整过大，出现成孔不圆的现象。该工程的2#桩基位置断层破碎严重，引发了偏孔问题。为此，该工程选择在岩面较高的一侧以冲击锤补厚的方式解决该类问题，进一步优化了偏孔的处理方式。

3.5.4 漏浆

漏浆现象发生在冲击成孔阶段，由于部分溶洞与地下暗河相连，泥浆在填充过程中易流失，引发漏浆问题。在溶洞桩基施工时，一方面应在桩孔位置准备片石，当发生漏浆问题及时回填。另一方面则以加水的方式，避免水头高度持续降低，导致塌孔问题的出现[6]。

结语：

总而言之，对于较为复杂的岩溶地质来说，桩基施工面临着一系列的挑战。为此，在正式施工过程中，需要施工人员依据岩溶地质的具体条件以及施工要求开展桩基工艺的选择。其中，钢护筒跟进施工工艺具有良好的性能，在施工过程中显著提升工程施工质量，保障工程施工的安全性和可靠性。解决施工中出现的漏浆、塌孔等问题，进一步提升工程的施工水平，为工程建设的可持续发展奠定良好的基础。