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摘要：大连市快轨3号线4号路口处立交桥基础采用钻孔灌注桩，该处地质结构处于溶洞区域，对钻孔桩成孔有较大的影响。对于不同溶洞的情况，采取不同的施工措施和技术方案，顺利完成该桥梁工程桩基的施工工作。
关键词：钻孔灌注桩：常见病害的成因及防治：持力层：溶洞：技术措施
中图分类号：U443文献标识码： A
一、前言
桥梁钻孔施工中，常常会遇到溶洞裂隙发育的石灰岩地层，由于石灰岩受地下水的侵蚀，发生化学变化，在原来整状岩石中形成裂隙，空洞乃至大型溶洞，大部分钻孔桩又是支撑桩，因此在钻进成孔过程中，经常会造成半边岩，探头石，出现斜孔、断钻、埋钻等事故，直接影响工程质量和进度。本文结合大连市快轨3号线4号路口处立交桥钻孔灌注桩基础的施工，浅谈对钻孔灌注桩成桩过程中出现溶洞等施工情況的施工措施及体会。
二、工程的概况及施工地质情况
大连市快轨3号线4号路口处立交桥工程，主桥跨越快轨和开发区5号路，设计两条匝道与主桥构成立交，主线全长584.48米。主桥为钢筋砼连续箱梁结构，基础为1.8米钻孔灌注桩。
根据地质勘察报告柱状图等水文资料，桥区基础钻孔灌注桩地质情况自地表向下为杂填土+淤泥质粉土+卵石层+红粘土+全风化石灰岩+弱风化石灰岩构成。弱风化石灰岩有溶洞现象。地下水位标高在3.10米左右，作为持力层的弱风化石灰岩顶面距地表在26~53米之间。
三、钻进施工的注意事项
根据工程地质及施工现场的情况施工前特制定施工事项如下：
1、 施工准备
①桩位复测验收：轴线与桩位的测量定位必须由专职测量人员测量，平面检查。桩位允许偏差：a、单排条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础边桩的允许偏差为D/6且不大于100；b、条形桩基沿轴线方向和群桩基础中间桩的允许偏差为D/4且不大于150；c、单柱下的单桩允许偏差为D/15；d、相邻两桩不能偏往同一方向。
②护筒埋设：应准确、稳定。护筒中心的偏差不得大于5cm，护筒内径应
大于钻头直径10cm，其高度不宜小于1米。
③泥浆：泥浆护壁对泥浆性能的指标要严格控制，必须符合规范要求。施工过程中护筒内的泥浆面应高出底下水位1米。清孔过程中应不断置换泥浆，直至浇注混凝土。浇注混凝土前，泥浆比重应小于1.15～1.20，废弃的泥浆、渣应按环保的有关规定处理。
④钻机就位必须进行开孔前验收：钻机转盘中心与用于定位的“+”字线
点基本重合，误差不得超过5cm，并检查钻机水平，主动钻杆、立轴导管垂直，整体机架周正稳固。同时要测定机台高度，验测钻具长度，及时记录填表。
⑤桩径：成孔孔径不得小于设计桩径，要经常检查被磨损的钻头外出刃的大小，防止缩颈。成桩后的有效桩径不得超差±5cm。钻头合金遭到破坏应及时更换、修复。
2、详细列出每根钻孔桩的地质剖面图，确定溶洞的深度、高度为施工做准备。
3、对每根桩设计相应的溶洞处理方案。
4、准备方案中所需的施工物资，及各种应急设备。
5、遇到较大溶洞时，请监理工程师和设计单位核查，明确处理方案，并报监理批准后实施。
四、钻孔灌注桩常见病害的成因及防治
①护筒冒水：护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和位移，造成成孔偏斜，甚至无法施工。
病因分析：埋设护筒时周围填土不密实；或护筒内水位相差太大；或钻头起落时碰撞。
防治措施：埋护筒时，坑底与四周选用最佳含水量的粘土层分层夯实；在护筒适当高度开孔，使护筒内保持有1~1.5m的水头高度；起落钻头时，防止碰撞护筒。初发现护筒冒水时，可用粘土在四周填实加固，如护筒严重下沉或位移，则应返工重埋。
②钻进极慢或不进尺：如在硬可塑粘土层中钻进极慢，一般都在8~10h，约占单桩钻进时间的60%~70%。
病因分析：钻头选型不当，合金刀具安装角度欠妥，刀具切土过浅，钻头配重过轻，钻头被粘土糊满。
防治措施：更换或改造钻头，重新安排刀具角度、形状、排列方向，加大配重，加强排渣，降低泥浆比重。
③桩孔孔壁坍塌：成孔中或成孔后，孔壁不同程度塌落。成孔中，排出的泥浆不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，均为塌孔的兆头。
病因分析：主要是由于土质松散，加之泥浆护壁不好；护筒埋设不好；筒内水位不高；提住钻头钻进，钻头钻速过快，或空钻时间太长，都易引起钻孔下部坍；或成孔后待灌时间和灌注时间过长。
防治措施：在松散易坍土层中适当深埋护筒，密实回填土；使用优质泥浆，提高泥浆比重和粘度；升高护筒，终孔后补给泥浆，保持要求的水头高度；保证钢筋笼制作质量，防止变形；吊放时要对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，防止碰撞孔壁；成孔后，待灌时间一般不应超过3h，并应尽快灌注速度，缩短灌注时间。
④桩孔局部缩径：指局部孔径小于设计孔径。
病因分析：泥浆性能欠佳，失水量大，引起塑性土层吸水膨胀，或形成疏松、蜂窝状厚层泥皮；邻桩施工间距和时间间隔不当，土层中应力尚未消散，新孔孔壁软土流变；钻头直径磨损过大。
防治措施：采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度，降低失水量；当设计桩距<4米时，应跳隔1~2根桩施工；或新桩孔尽可能在邻桩成桩36h后开钻；选用双导正环保径的笼状钻头；用轻泥浆和足尺寸钻头扫孔；扫通清孔后忙灌注混凝土。
⑤桩孔偏移倾斜：成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。
病因分析：钻机安装不平，或钻台下有虚土产生下均匀沉陷：桩架不稳，钻杆导架不垂直，钻机磨损，部件松动，护筒埋设偏斜，钻杆弯曲，主动钻杆倾斜，遇旧基础或大弧石等地下障碍物．土层软硬不均或基岩倾斜。
防治措施：钻机安装周正、水平、稳固，天车前缘切点、转盘中心和护筒中心三点成一线，护筒不偏斜，钻杆不弯曲，主动钻杆保持垂直．增添导向架，控制提引水龙头，尽可能采用钻铤加压，清除地下障碍物；如在硬塑粘土层中发生偏斜时，用砂、粘土混合物回填至偏斜处以上1~2m，待密实后用平底合金钻头轻压慢转纠斜，在基岩面发生倾斜时。可投入20~40mm粒径碎石，略高于偏斜处，冲击密实后用平底合金钻头、牙轮滚刀钻头或平底钢粒钻头纠斜。
⑥孔底沉渣过多：孔底沉淤、残留泥砂过厚，或孔壁泥土塌落在孔底，使沉渣超标。
原因分析：泥浆过稀．清孔未净；清孔泥浆比重过小或清水置换；钢筋笼吊放未垂直对中．碰刮孔壁泥土坍落孔底；或清孔后待灌时间过长，泥浆沉淀；或沉渣厚度测量的孔底标高不统一。
防治措施：终孔后，钻头提离孔底1~20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30min；清孔采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度下要直接用清水置换，钢筋笼垂直缓放入孔．避免碰撞孔壁；清孔完毕立即迅速灌注混凝土；用平底钻头时，沉渣厚度从钻头底部所达到的孔底平面算起；用底部带圆锥的笼头钻头时，沉渣厚度对钻头下端圆锥体高度的中点标高算起。或采用导管二次清孔，冲孔时间以导管内侧量的孔底沉渣厚度达到规范要求为准；提高混凝土初灌时对孔底的冲击力；导管底端距孔底控制在40~50cm，初灌混凝土量，必须满足导管底端能埋入混凝土中0.8~1.3m的要求，利用隔水塞和混凝土冲刷残留沉渣。
五、钻进成孔施工
采用φ1.7米铸钢件十字型冲击钻头冲击钻进，泥浆护壁成孔工艺，开钻时，首先向护筒内加入一定数量的粘土，清水，用小冲程，高频率的冲击的方法进行钻进，以达到造浆护壁的目的，其技术参数为，冲击行程1.0~1.5米，冲击频率10~15次/min。当孔深穿过粘土层后可将冲程增加到2~3米，同时应注意孔内泥浆指标的变化情况，适时加入粘土和清水。
进入岩层后，冲程控制在3~4米，冲击频率为4~6次/min,由于岩石顶板面起伏不定，溶洞发育和地层不稳定，施工时注意孔内的水位变化及进尺情况。
在钻进过程中相继出现下列情况并采用相应及技术措施进行处理：
1、多处钻孔遇到孤石和探头石在孔内形成了半边岩，引起钻孔偏位。处理办法：起钻回填60~100cm高的片石和粘土，采用小冲程，高频率的冲击方法进行钻进，边冲击边削平基岩面；如钻进过程中还出现“偏斜”现象，则再加填片石和粘土，并将钻机反向移动5~10cm进行冲击钻进，直到将钻孔偏斜纠正为止，以确保垂直度。然后再将钻机移动回原位置继续钻进，直到达到设计标高。
2、在钻进过程中水位突然下降，采取的措施：立即将钻头提出孔口，用铲车及时将1：1的比例片石和粘土入孔内至泥浆的溢出孔口，用高频率，低冲程的方式冲击钻进，边破岩石边钻进边向溶洞内挤入片石和粘土，在溶洞中构筑人工土石墙来形成孔壁，以达到隔离泥浆漏失和防止塌孔的目的。
五、护壁泥浆
泥浆在成空过程中主要起到支撑和稳固孔壁、悬浮钻渣、冷却钻头的作用，是造孔能否取得成功、清孔换浆和混凝土浇筑质量好坏的关键因素，本工程部分地层漏浆严重，因此对泥浆要求较高，需求量大，施工中密切关注泥浆各项性能指标。
六、结语
钻孔灌注桩是现代桥梁及其它结构物基础最常见的形式之一，要点是施工前的各项技术准备工作，施工中的应急措施的处理工作，力求通过最合理的施工达到质量，经济效益的双赢。
关键词：钻孔灌注桩：常见病害的成因及防治：持力层：溶洞：技术措施
中图分类号：U443文献标识码： A
一、前言
桥梁钻孔施工中，常常会遇到溶洞裂隙发育的石灰岩地层，由于石灰岩受地下水的侵蚀，发生化学变化，在原来整状岩石中形成裂隙，空洞乃至大型溶洞，大部分钻孔桩又是支撑桩，因此在钻进成孔过程中，经常会造成半边岩，探头石，出现斜孔、断钻、埋钻等事故，直接影响工程质量和进度。本文结合大连市快轨3号线4号路口处立交桥钻孔灌注桩基础的施工，浅谈对钻孔灌注桩成桩过程中出现溶洞等施工情況的施工措施及体会。
二、工程的概况及施工地质情况
大连市快轨3号线4号路口处立交桥工程，主桥跨越快轨和开发区5号路，设计两条匝道与主桥构成立交，主线全长584.48米。主桥为钢筋砼连续箱梁结构，基础为1.8米钻孔灌注桩。
根据地质勘察报告柱状图等水文资料，桥区基础钻孔灌注桩地质情况自地表向下为杂填土+淤泥质粉土+卵石层+红粘土+全风化石灰岩+弱风化石灰岩构成。弱风化石灰岩有溶洞现象。地下水位标高在3.10米左右，作为持力层的弱风化石灰岩顶面距地表在26~53米之间。
三、钻进施工的注意事项
根据工程地质及施工现场的情况施工前特制定施工事项如下：
1、 施工准备
①桩位复测验收：轴线与桩位的测量定位必须由专职测量人员测量，平面检查。桩位允许偏差：a、单排条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础边桩的允许偏差为D/6且不大于100；b、条形桩基沿轴线方向和群桩基础中间桩的允许偏差为D/4且不大于150；c、单柱下的单桩允许偏差为D/15；d、相邻两桩不能偏往同一方向。
②护筒埋设：应准确、稳定。护筒中心的偏差不得大于5cm，护筒内径应
大于钻头直径10cm，其高度不宜小于1米。
③泥浆：泥浆护壁对泥浆性能的指标要严格控制，必须符合规范要求。施工过程中护筒内的泥浆面应高出底下水位1米。清孔过程中应不断置换泥浆，直至浇注混凝土。浇注混凝土前，泥浆比重应小于1.15～1.20，废弃的泥浆、渣应按环保的有关规定处理。
④钻机就位必须进行开孔前验收：钻机转盘中心与用于定位的“+”字线
点基本重合，误差不得超过5cm，并检查钻机水平，主动钻杆、立轴导管垂直，整体机架周正稳固。同时要测定机台高度，验测钻具长度，及时记录填表。
⑤桩径：成孔孔径不得小于设计桩径，要经常检查被磨损的钻头外出刃的大小，防止缩颈。成桩后的有效桩径不得超差±5cm。钻头合金遭到破坏应及时更换、修复。
2、详细列出每根钻孔桩的地质剖面图，确定溶洞的深度、高度为施工做准备。
3、对每根桩设计相应的溶洞处理方案。
4、准备方案中所需的施工物资，及各种应急设备。
5、遇到较大溶洞时，请监理工程师和设计单位核查，明确处理方案，并报监理批准后实施。
四、钻孔灌注桩常见病害的成因及防治
①护筒冒水：护筒外壁冒水，严重的会引起地基下沉、护筒倾斜和位移，造成成孔偏斜，甚至无法施工。
病因分析：埋设护筒时周围填土不密实；或护筒内水位相差太大；或钻头起落时碰撞。
防治措施：埋护筒时，坑底与四周选用最佳含水量的粘土层分层夯实；在护筒适当高度开孔，使护筒内保持有1~1.5m的水头高度；起落钻头时，防止碰撞护筒。初发现护筒冒水时，可用粘土在四周填实加固，如护筒严重下沉或位移，则应返工重埋。
②钻进极慢或不进尺：如在硬可塑粘土层中钻进极慢，一般都在8~10h，约占单桩钻进时间的60%~70%。
病因分析：钻头选型不当，合金刀具安装角度欠妥，刀具切土过浅，钻头配重过轻，钻头被粘土糊满。
防治措施：更换或改造钻头，重新安排刀具角度、形状、排列方向，加大配重，加强排渣，降低泥浆比重。
③桩孔孔壁坍塌：成孔中或成孔后，孔壁不同程度塌落。成孔中，排出的泥浆不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，均为塌孔的兆头。
病因分析：主要是由于土质松散，加之泥浆护壁不好；护筒埋设不好；筒内水位不高；提住钻头钻进，钻头钻速过快，或空钻时间太长，都易引起钻孔下部坍；或成孔后待灌时间和灌注时间过长。
防治措施：在松散易坍土层中适当深埋护筒，密实回填土；使用优质泥浆，提高泥浆比重和粘度；升高护筒，终孔后补给泥浆，保持要求的水头高度；保证钢筋笼制作质量，防止变形；吊放时要对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，防止碰撞孔壁；成孔后，待灌时间一般不应超过3h，并应尽快灌注速度，缩短灌注时间。
④桩孔局部缩径：指局部孔径小于设计孔径。
病因分析：泥浆性能欠佳，失水量大，引起塑性土层吸水膨胀，或形成疏松、蜂窝状厚层泥皮；邻桩施工间距和时间间隔不当，土层中应力尚未消散，新孔孔壁软土流变；钻头直径磨损过大。
防治措施：采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度，降低失水量；当设计桩距<4米时，应跳隔1~2根桩施工；或新桩孔尽可能在邻桩成桩36h后开钻；选用双导正环保径的笼状钻头；用轻泥浆和足尺寸钻头扫孔；扫通清孔后忙灌注混凝土。
⑤桩孔偏移倾斜：成孔后桩孔出现较大垂直偏差或弯曲。
病因分析：钻机安装不平，或钻台下有虚土产生下均匀沉陷：桩架不稳，钻杆导架不垂直，钻机磨损，部件松动，护筒埋设偏斜，钻杆弯曲，主动钻杆倾斜，遇旧基础或大弧石等地下障碍物．土层软硬不均或基岩倾斜。
防治措施：钻机安装周正、水平、稳固，天车前缘切点、转盘中心和护筒中心三点成一线，护筒不偏斜，钻杆不弯曲，主动钻杆保持垂直．增添导向架，控制提引水龙头，尽可能采用钻铤加压，清除地下障碍物；如在硬塑粘土层中发生偏斜时，用砂、粘土混合物回填至偏斜处以上1~2m，待密实后用平底合金钻头轻压慢转纠斜，在基岩面发生倾斜时。可投入20~40mm粒径碎石，略高于偏斜处，冲击密实后用平底合金钻头、牙轮滚刀钻头或平底钢粒钻头纠斜。
⑥孔底沉渣过多：孔底沉淤、残留泥砂过厚，或孔壁泥土塌落在孔底，使沉渣超标。
原因分析：泥浆过稀．清孔未净；清孔泥浆比重过小或清水置换；钢筋笼吊放未垂直对中．碰刮孔壁泥土坍落孔底；或清孔后待灌时间过长，泥浆沉淀；或沉渣厚度测量的孔底标高不统一。
防治措施：终孔后，钻头提离孔底1~20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30min；清孔采用优质泥浆，控制泥浆比重和粘度下要直接用清水置换，钢筋笼垂直缓放入孔．避免碰撞孔壁；清孔完毕立即迅速灌注混凝土；用平底钻头时，沉渣厚度从钻头底部所达到的孔底平面算起；用底部带圆锥的笼头钻头时，沉渣厚度对钻头下端圆锥体高度的中点标高算起。或采用导管二次清孔，冲孔时间以导管内侧量的孔底沉渣厚度达到规范要求为准；提高混凝土初灌时对孔底的冲击力；导管底端距孔底控制在40~50cm，初灌混凝土量，必须满足导管底端能埋入混凝土中0.8~1.3m的要求，利用隔水塞和混凝土冲刷残留沉渣。
五、钻进成孔施工
采用φ1.7米铸钢件十字型冲击钻头冲击钻进，泥浆护壁成孔工艺，开钻时，首先向护筒内加入一定数量的粘土，清水，用小冲程，高频率的冲击的方法进行钻进，以达到造浆护壁的目的，其技术参数为，冲击行程1.0~1.5米，冲击频率10~15次/min。当孔深穿过粘土层后可将冲程增加到2~3米，同时应注意孔内泥浆指标的变化情况，适时加入粘土和清水。
进入岩层后，冲程控制在3~4米，冲击频率为4~6次/min,由于岩石顶板面起伏不定，溶洞发育和地层不稳定，施工时注意孔内的水位变化及进尺情况。
在钻进过程中相继出现下列情况并采用相应及技术措施进行处理：
1、多处钻孔遇到孤石和探头石在孔内形成了半边岩，引起钻孔偏位。处理办法：起钻回填60~100cm高的片石和粘土，采用小冲程，高频率的冲击方法进行钻进，边冲击边削平基岩面；如钻进过程中还出现“偏斜”现象，则再加填片石和粘土，并将钻机反向移动5~10cm进行冲击钻进，直到将钻孔偏斜纠正为止，以确保垂直度。然后再将钻机移动回原位置继续钻进，直到达到设计标高。
2、在钻进过程中水位突然下降，采取的措施：立即将钻头提出孔口，用铲车及时将1：1的比例片石和粘土入孔内至泥浆的溢出孔口，用高频率，低冲程的方式冲击钻进，边破岩石边钻进边向溶洞内挤入片石和粘土，在溶洞中构筑人工土石墙来形成孔壁，以达到隔离泥浆漏失和防止塌孔的目的。
五、护壁泥浆
泥浆在成空过程中主要起到支撑和稳固孔壁、悬浮钻渣、冷却钻头的作用，是造孔能否取得成功、清孔换浆和混凝土浇筑质量好坏的关键因素，本工程部分地层漏浆严重，因此对泥浆要求较高，需求量大，施工中密切关注泥浆各项性能指标。
六、结语
钻孔灌注桩是现代桥梁及其它结构物基础最常见的形式之一，要点是施工前的各项技术准备工作，施工中的应急措施的处理工作，力求通过最合理的施工达到质量，经济效益的双赢。