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摘要：通过沪昆客专长昆湖南段I标2单元钻孔桩工程的实践，介绍该工程的施工工艺及主要施工技术，提供了钻孔灌注桩在岩溶地质条件下的施工经验。
关键词：高速铁路 钻孔灌注桩 岩溶地区 施工技术
新建沪昆铁路客运专线I标2单元共有桥梁24座，其中8座桥梁桥址位于岩溶发育区，在桩基础施工时遇到溶洞易发生坍孔、卡钻、泥浆流失等情况，造成成孔困难，水下砼灌注过程中，可能发生砼流失问题，造成成桩困难，如何确保成桩质量是本文研究的重点。
一、地质特征
我标段施工的铁家湾特大桥、谷家湾大桥等桥梁处于岩溶发育区域，溶洞多、深度不一，深度普通为1～6m，溶洞或为空溶洞，或为充填溶洞，或为半充填溶洞，填充物多为细角砾土。部分桩基为糖葫芦串式溶洞，部分桩基处于半岩溶半填充物状态。溶洞发育具有不规则无规律特性，即使有钻探资料的，也不能完全确定钻探资料与实际地质状况相符。
二、施工中常见问题
岩溶桩均采用冲击钻冲击成孔。其成孔原理与其它地质条件的钻孔桩一致。但由于岩溶地区的特殊性，成孔过程困难很多，成孔过程中遇到的问题也特别多。主要体现在以下几方面：
漏浆塌孔：当钻进过程击穿溶洞顶板时，孔内泥浆突然下沉流失，这样孔外压力大于孔内压力，造成孔壁坍塌。还可能造成临近地面塌陷，危及施工安全。孔内失水是溶洞区孔桩施工的最常见的问题，在我们已施工的溶洞区桩基中均不同程度的发生过这类情况。
偏孔：由于溶洞发育的无规则性，溶洞顶板和穿过溶洞后的底板岩面常为倾斜的，或在溶洞中有岩石探入，造成一空一实、一软一硬，常发生偏孔现象。处理偏孔的过程一般需较长时间，严重影响施工的总体进度。
缩径：常见于充填性溶洞，当溶洞内充填物为软流塑状粘土时，容易发生缩孔现象。
三 施工技术措施
针对岩溶发育区孔桩施工中常见的诸多问题，我们主要采取了钻孔前的岩溶注浆、回填片石和粘土等技术措施。
（一）钻孔顺序
按先长桩后短桩、先低位桥墩上的孔桩后高位上的孔桩，先周边后中间的孔桩。
（二） 岩溶注浆
桥梁孔桩岩溶注浆的目的主要是充填空溶洞，利于顺利成孔，是岩溶区孔桩施工的重要预处理措施。
1.注浆条件
溶洞极为发育，且向四周延伸的，要采用注浆预处理。对独立小溶洞，不是很发育，贯通的可能性不大，一般考虑回填处理。
2.注浆施工
（1）注浆孔的布设 注浆孔根据设计地质剖面图布置在钻孔桩桩侧四周一定范围内，对设计地质资料显示的孔钻全部穿过溶洞的，布置四个注浆孔，即孔桩周边四个眼对称布置，对钻探资料显示的部分溶洞深入孔桩内的，根据周边孔桩地质资料，判断溶洞发育方向，在溶洞发育侧加密钻孔。
（2）确定注浆控制标准 孔桩溶洞注浆为充填性注浆，将注浆压力控制在0.3Mpa以内。为控制注浆范围，对有地下流水、溶洞串通、溶洞规模大的采用双液注浆工艺，以确保注浆效果与控制注浆范围。
（3）钻孔 采用φ100地质钻孔，根据设计地质资料确定钻孔深度，设计资料显示的为单层溶洞的，钻穿溶洞顶板即可，为多层溶洞的需钻穿底层溶洞顶板。根据注浆钻孔所揭示的地质情况再次确认注浆方案。
（4）注浆 注浆管路系统的试运转：用1.5～2倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好水、电；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备进行试运转，试运转时间为20min。注浆顺序：有地下流水的先注双液浆，然后根据溶洞大小采取以下顺序施工。大溶洞：溶洞内灌注中粗砂→插入注浆管→注浆。一般溶洞：直接注浆。孔桩岩溶注浆要采用多次间隙注浆，压力不能过大，以免对环境造成污染。采取注浆，可部分降低孔内泥浆流失的风险。大部分单桩成孔时间在10天左右。
3.岩溶注浆处理溶洞的效果评价
一是岩溶注浆处理溶洞对防止钻孔过程中孔内失水造成的的塌孔具有较好的效果，大大縮短了施工周期。但对大的串通性溶洞，注浆范围、注浆量很难有效控制，超出量较大。部分溶洞注浆处理效果也难以达到预期，如铁家湾特大桥14＃墩，岩溶与河流串通，尽管采取了注浆、回填等处理措施，但漏浆、塌孔情况仍未解决。二是成桩扩孔系数虽有降低但与其它地质条件相比依然较大。三是仍然无法解决偏孔问题。
（三）钻孔过程中特殊情况的处理
1.塌孔
回填是处理溶洞塌孔的基本和较为有效的方法。根据溶洞大小备足水、粘土、片石等必备材料，确保在孔内泥浆突然流失时，及时补充孔内水头，不致发生塌孔。钻孔进入岩溶地层时，投入大量潮湿的粘土块和片石并立即补水，利用钻头冲击粘土块和片石挤入溶洞及其裂缝中，堵住溶洞和岩溶裂隙，形成一个封闭的环形壁，完成钻孔桩施工成桩。施工中注意以下几点：
（1）钻至离溶洞顶部1 m左右时，准备足够的小片石和粘土，粘土要做成泥球，对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。
（2）钻至离溶洞顶部1 米左右时，在1～1.5m 范围内变换冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。
（3）对于空溶洞或半充填的溶洞，在击穿洞顶之前，应有专人密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水，然后根据溶洞的大小按1：1 的比例回填粘土和片石，进行冲砸堵漏，只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。
（4）对于溶洞内填充物为软弱粘性土、淤泥或砂砾的溶洞，进入溶洞后也必须向孔内投入粘土、片石混合物（比例1：1），冲砸固壁。铁家湾特大桥39#墩1#孔的溶洞中充填砂砾，钻进过程中还较为顺利，但清孔时，发现越清孔，孔底沉碴越高的情况，经取样发现，沉碴为沙砾石，系溶洞内充填物，未清孔时，泥浆比重大，可稳定溶洞内沙砾，清孔后，泥浆比重降低，沙砾流出。经反复清孔，才满足要求。采取片石回填，有利固结沙砾，减少清孔时间。 （5）钻头穿越溶洞时要密切注意大绳的情况，以便判断是否歪钻。若歪钻应按1：1 的比例回填粘土和片石至溶洞顶板0.5 m以上，重新冲砸。
2.偏孔
在孔内回填片石和粘土1.5m左右，同时调整钻机冲程于0.6m左右，然后继续冲孔，混合填料经反复冲砸在孔内形成高出顶板处有一个较坚硬的混合柱体，具有足够传递冲击能，达到破碎斜面的目的。同时形成坚实、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置于溶洞边缘时，在钻进中钻头偏向软土一侧，用该法无法解决偏孔或弯孔的问题时，采用填充水下砼方法3天后重钻。采取反复几次回填大片石或混凝土后，一般可以解决。但地质差异很大，岩面倾角45°以上时，纠偏十分困难，可采取改进钻头形式、小钻头先行、回填片石、回填混凝土等诸多措施，但进展十分缓慢。
3.卡钻、掉钻
在施钻过程中由于施工不当，在穿越顶板厚度时经常发生卡钻头，或由于严重失浆，孔内失去压力平衡，引起塌孔埋钻头等现象。为了避免或者减少这种事故的发生，利用缓冲原理来攻克这个难关。既当钻进接近穿越顶板进入溶洞前，在顶板已成孔段内回填混合材料1m左右。同时变为小冲程，先放小钻头冲击，然后再用标准钻头扩孔成桩。这个办法效果明显，能起到缓冲作用，大大减少了因一锤击穿顶板，造成卡钻和因失浆过急造成埋钻的现象发生。有利于施钻的顺利进行。
4.灌注混凝土过程中的问题与处理
溶洞区的孔桩灌注与其它地质条件没有区别，但对溶洞发育区由于成孔过程中溶洞是否完全充填，施工中难以掌握，所以，也不可避免的出现了一些问题，在灌注完成后发生孔桩混凝土下沉，现场发现情况后及时扒出钢筋笼重新回填处理，避免了钢筋笼拔不出来影响成孔进度。
经事后分析原因得出，该桩成孔过程并不特别困难，设计地质资料显示溶洞也较小，此后的地质补钻显示，混凝土均在离桩底2～3m位置向外扩散，由于混凝土的压力破坏了原孔底2～3m位置处的溶洞，混凝土流失下沉。
在此以后遇到该类情况时采用以下两种方法有效的解决了这个问题。一方面不论溶洞大小，是否有充填，都应回填片石。另一方面灌注完成后应静待一定时间，及时观测孔内泥浆变法情况，不要急于提升导管，发现异常，要及时补充混凝土，以防造成废桩。最后的导管埋深应适当深些，不能局限于规范1～3m的规定，以确保发生异常时有补救措施。
四、总结
（1）作好施工预案，确保顺利成孔。预先编制溶洞处理方案，且向每一位操作工人及现场管理人员清楚交底。并随着施工的进展，对地质情况进一步了解，随时修订技术措施，确保发生异常时能及时处理。
（2）根据地质情况，合理选择泥浆指标。在一般地层进行钻孔桩施工，泥浆护壁的效果好坏是成孔的关键。但在岩溶地区除在施工中加强泥浆护壁外，还存在一个通过溶洞的造壁问题。这是因为溶洞内填充物种类多且性质复杂，多为塑性或流塑性。因此，在配制优质泥浆护壁的基礎上，对不同溶洞内土的不同性质，按一定的比例分别加入水泥、木屑、草袋、片石等混合材料。这些加入的材料经钻头的冲击捣动作用，将挤入溶洞周边和岩溶裂缝中，这就既可以达到溶洞孔壁封闭环的形成，又能增强泥浆护壁的效果。
（3）认真核对地质，作好终孔条件判断。由于岩溶发育的无规律性，可预见性差，设计的100mm地质钻眼与1000mm孔桩直径相比，也不能完全真实反映孔桩的地质情况。实际施工中如发现了溶洞，通知设计再次补勘做加长处理。
（4） 认真分析设计钻探地质资料，以便制订有针对性的技术方案，采取预先处理措施如预注浆工艺。
（5） 提前作好应急预案，确保一旦孔内失水能及时补充孔内水头，不致造成大范围的塌孔。
（6）不能忽视小溶洞的处理，防止混凝土从小溶洞周边流失。
（7） 超灌混凝土量大，岩溶区孔桩超灌系数最小1.4，最大达4.4倍于设计数量，平均超灌系数达2.0倍，与其它地质条件一般超灌系数在1.2倍左右的情况相比，施工成本巨大。
参考文献
[1]高速铁路桥涵工程施工技术指南 中国铁道出版社，2011，北京
[2]高速铁路桥涵工程施工质量验收标准，中国铁道出版社，2011，北京
[3]方小睿，沈典栋.溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J ]，公路，2003.
关键词：高速铁路 钻孔灌注桩 岩溶地区 施工技术
新建沪昆铁路客运专线I标2单元共有桥梁24座，其中8座桥梁桥址位于岩溶发育区，在桩基础施工时遇到溶洞易发生坍孔、卡钻、泥浆流失等情况，造成成孔困难，水下砼灌注过程中，可能发生砼流失问题，造成成桩困难，如何确保成桩质量是本文研究的重点。
一、地质特征
我标段施工的铁家湾特大桥、谷家湾大桥等桥梁处于岩溶发育区域，溶洞多、深度不一，深度普通为1～6m，溶洞或为空溶洞，或为充填溶洞，或为半充填溶洞，填充物多为细角砾土。部分桩基为糖葫芦串式溶洞，部分桩基处于半岩溶半填充物状态。溶洞发育具有不规则无规律特性，即使有钻探资料的，也不能完全确定钻探资料与实际地质状况相符。
二、施工中常见问题
岩溶桩均采用冲击钻冲击成孔。其成孔原理与其它地质条件的钻孔桩一致。但由于岩溶地区的特殊性，成孔过程困难很多，成孔过程中遇到的问题也特别多。主要体现在以下几方面：
漏浆塌孔：当钻进过程击穿溶洞顶板时，孔内泥浆突然下沉流失，这样孔外压力大于孔内压力，造成孔壁坍塌。还可能造成临近地面塌陷，危及施工安全。孔内失水是溶洞区孔桩施工的最常见的问题，在我们已施工的溶洞区桩基中均不同程度的发生过这类情况。
偏孔：由于溶洞发育的无规则性，溶洞顶板和穿过溶洞后的底板岩面常为倾斜的，或在溶洞中有岩石探入，造成一空一实、一软一硬，常发生偏孔现象。处理偏孔的过程一般需较长时间，严重影响施工的总体进度。
缩径：常见于充填性溶洞，当溶洞内充填物为软流塑状粘土时，容易发生缩孔现象。
三 施工技术措施
针对岩溶发育区孔桩施工中常见的诸多问题，我们主要采取了钻孔前的岩溶注浆、回填片石和粘土等技术措施。
（一）钻孔顺序
按先长桩后短桩、先低位桥墩上的孔桩后高位上的孔桩，先周边后中间的孔桩。
（二） 岩溶注浆
桥梁孔桩岩溶注浆的目的主要是充填空溶洞，利于顺利成孔，是岩溶区孔桩施工的重要预处理措施。
1.注浆条件
溶洞极为发育，且向四周延伸的，要采用注浆预处理。对独立小溶洞，不是很发育，贯通的可能性不大，一般考虑回填处理。
2.注浆施工
（1）注浆孔的布设 注浆孔根据设计地质剖面图布置在钻孔桩桩侧四周一定范围内，对设计地质资料显示的孔钻全部穿过溶洞的，布置四个注浆孔，即孔桩周边四个眼对称布置，对钻探资料显示的部分溶洞深入孔桩内的，根据周边孔桩地质资料，判断溶洞发育方向，在溶洞发育侧加密钻孔。
（2）确定注浆控制标准 孔桩溶洞注浆为充填性注浆，将注浆压力控制在0.3Mpa以内。为控制注浆范围，对有地下流水、溶洞串通、溶洞规模大的采用双液注浆工艺，以确保注浆效果与控制注浆范围。
（3）钻孔 采用φ100地质钻孔，根据设计地质资料确定钻孔深度，设计资料显示的为单层溶洞的，钻穿溶洞顶板即可，为多层溶洞的需钻穿底层溶洞顶板。根据注浆钻孔所揭示的地质情况再次确认注浆方案。
（4）注浆 注浆管路系统的试运转：用1.5～2倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好水、电；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备进行试运转，试运转时间为20min。注浆顺序：有地下流水的先注双液浆，然后根据溶洞大小采取以下顺序施工。大溶洞：溶洞内灌注中粗砂→插入注浆管→注浆。一般溶洞：直接注浆。孔桩岩溶注浆要采用多次间隙注浆，压力不能过大，以免对环境造成污染。采取注浆，可部分降低孔内泥浆流失的风险。大部分单桩成孔时间在10天左右。
3.岩溶注浆处理溶洞的效果评价
一是岩溶注浆处理溶洞对防止钻孔过程中孔内失水造成的的塌孔具有较好的效果，大大縮短了施工周期。但对大的串通性溶洞，注浆范围、注浆量很难有效控制，超出量较大。部分溶洞注浆处理效果也难以达到预期，如铁家湾特大桥14＃墩，岩溶与河流串通，尽管采取了注浆、回填等处理措施，但漏浆、塌孔情况仍未解决。二是成桩扩孔系数虽有降低但与其它地质条件相比依然较大。三是仍然无法解决偏孔问题。
（三）钻孔过程中特殊情况的处理
1.塌孔
回填是处理溶洞塌孔的基本和较为有效的方法。根据溶洞大小备足水、粘土、片石等必备材料，确保在孔内泥浆突然流失时，及时补充孔内水头，不致发生塌孔。钻孔进入岩溶地层时，投入大量潮湿的粘土块和片石并立即补水，利用钻头冲击粘土块和片石挤入溶洞及其裂缝中，堵住溶洞和岩溶裂隙，形成一个封闭的环形壁，完成钻孔桩施工成桩。施工中注意以下几点：
（1）钻至离溶洞顶部1 m左右时，准备足够的小片石和粘土，粘土要做成泥球，对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。
（2）钻至离溶洞顶部1 米左右时，在1～1.5m 范围内变换冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。
（3）对于空溶洞或半充填的溶洞，在击穿洞顶之前，应有专人密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水，然后根据溶洞的大小按1：1 的比例回填粘土和片石，进行冲砸堵漏，只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。
（4）对于溶洞内填充物为软弱粘性土、淤泥或砂砾的溶洞，进入溶洞后也必须向孔内投入粘土、片石混合物（比例1：1），冲砸固壁。铁家湾特大桥39#墩1#孔的溶洞中充填砂砾，钻进过程中还较为顺利，但清孔时，发现越清孔，孔底沉碴越高的情况，经取样发现，沉碴为沙砾石，系溶洞内充填物，未清孔时，泥浆比重大，可稳定溶洞内沙砾，清孔后，泥浆比重降低，沙砾流出。经反复清孔，才满足要求。采取片石回填，有利固结沙砾，减少清孔时间。 （5）钻头穿越溶洞时要密切注意大绳的情况，以便判断是否歪钻。若歪钻应按1：1 的比例回填粘土和片石至溶洞顶板0.5 m以上，重新冲砸。
2.偏孔
在孔内回填片石和粘土1.5m左右，同时调整钻机冲程于0.6m左右，然后继续冲孔，混合填料经反复冲砸在孔内形成高出顶板处有一个较坚硬的混合柱体，具有足够传递冲击能，达到破碎斜面的目的。同时形成坚实、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置于溶洞边缘时，在钻进中钻头偏向软土一侧，用该法无法解决偏孔或弯孔的问题时，采用填充水下砼方法3天后重钻。采取反复几次回填大片石或混凝土后，一般可以解决。但地质差异很大，岩面倾角45°以上时，纠偏十分困难，可采取改进钻头形式、小钻头先行、回填片石、回填混凝土等诸多措施，但进展十分缓慢。
3.卡钻、掉钻
在施钻过程中由于施工不当，在穿越顶板厚度时经常发生卡钻头，或由于严重失浆，孔内失去压力平衡，引起塌孔埋钻头等现象。为了避免或者减少这种事故的发生，利用缓冲原理来攻克这个难关。既当钻进接近穿越顶板进入溶洞前，在顶板已成孔段内回填混合材料1m左右。同时变为小冲程，先放小钻头冲击，然后再用标准钻头扩孔成桩。这个办法效果明显，能起到缓冲作用，大大减少了因一锤击穿顶板，造成卡钻和因失浆过急造成埋钻的现象发生。有利于施钻的顺利进行。
4.灌注混凝土过程中的问题与处理
溶洞区的孔桩灌注与其它地质条件没有区别，但对溶洞发育区由于成孔过程中溶洞是否完全充填，施工中难以掌握，所以，也不可避免的出现了一些问题，在灌注完成后发生孔桩混凝土下沉，现场发现情况后及时扒出钢筋笼重新回填处理，避免了钢筋笼拔不出来影响成孔进度。
经事后分析原因得出，该桩成孔过程并不特别困难，设计地质资料显示溶洞也较小，此后的地质补钻显示，混凝土均在离桩底2～3m位置向外扩散，由于混凝土的压力破坏了原孔底2～3m位置处的溶洞，混凝土流失下沉。
在此以后遇到该类情况时采用以下两种方法有效的解决了这个问题。一方面不论溶洞大小，是否有充填，都应回填片石。另一方面灌注完成后应静待一定时间，及时观测孔内泥浆变法情况，不要急于提升导管，发现异常，要及时补充混凝土，以防造成废桩。最后的导管埋深应适当深些，不能局限于规范1～3m的规定，以确保发生异常时有补救措施。
四、总结
（1）作好施工预案，确保顺利成孔。预先编制溶洞处理方案，且向每一位操作工人及现场管理人员清楚交底。并随着施工的进展，对地质情况进一步了解，随时修订技术措施，确保发生异常时能及时处理。
（2）根据地质情况，合理选择泥浆指标。在一般地层进行钻孔桩施工，泥浆护壁的效果好坏是成孔的关键。但在岩溶地区除在施工中加强泥浆护壁外，还存在一个通过溶洞的造壁问题。这是因为溶洞内填充物种类多且性质复杂，多为塑性或流塑性。因此，在配制优质泥浆护壁的基礎上，对不同溶洞内土的不同性质，按一定的比例分别加入水泥、木屑、草袋、片石等混合材料。这些加入的材料经钻头的冲击捣动作用，将挤入溶洞周边和岩溶裂缝中，这就既可以达到溶洞孔壁封闭环的形成，又能增强泥浆护壁的效果。
（3）认真核对地质，作好终孔条件判断。由于岩溶发育的无规律性，可预见性差，设计的100mm地质钻眼与1000mm孔桩直径相比，也不能完全真实反映孔桩的地质情况。实际施工中如发现了溶洞，通知设计再次补勘做加长处理。
（4） 认真分析设计钻探地质资料，以便制订有针对性的技术方案，采取预先处理措施如预注浆工艺。
（5） 提前作好应急预案，确保一旦孔内失水能及时补充孔内水头，不致造成大范围的塌孔。
（6）不能忽视小溶洞的处理，防止混凝土从小溶洞周边流失。
（7） 超灌混凝土量大，岩溶区孔桩超灌系数最小1.4，最大达4.4倍于设计数量，平均超灌系数达2.0倍，与其它地质条件一般超灌系数在1.2倍左右的情况相比，施工成本巨大。
参考文献
[1]高速铁路桥涵工程施工技术指南 中国铁道出版社，2011，北京
[2]高速铁路桥涵工程施工质量验收标准，中国铁道出版社，2011，北京
[3]方小睿，沈典栋.溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J ]，公路，2003.