岩溶地质条件下的钻孔桩施工技术
一、开孔顺序的三项基本原则
岩溶地段，溶洞发育，沟槽众多，纵横交错，大小不一，断面奇异。不但一墩 之内孔间相连，且墩与墩之间相通亦是司空见惯。犹如人们描述桂林山水那样“无山不洞，无洞不奇，洞洞皆通”。七星岩内，宝藏繁多，形状各异；卢笛岩最大，可容纳一万余人，柳州的都乐岩洞内还有通天竖洞。故大小溶洞内的形状，皆可与其伦比。虽极具观赏价值，但在这等地段进行钻孔桩施工作业，欲想顺利或比较顺利地完成时，却要颇费一番心思。
因此，需在对开墩、开孔顺序上要十分考究，万不可照在常规地层上那样按部 就班，冒然开孔，以免后患无穷，难以收拾。一般可按以下三个原则进行周密安排：1、由深到浅；2、由多到少；3、由大到小。以此有利于及时封闭溶洞，隔断通道，留住泥浆，护牢孔壁，及时浮渣，进尺顺利。这便需要在详细分析地质资料的基础上，认真地运筹帷幄，多方比较，慎重选择，做出最后的决定后，方可付诸实施。 二、对主要机具设备和材料的技术要求及工艺要点
1、冲击钻头的构造
在岩溶地段进行钻孔桩成孔时，大都使用冲击钻施工。在冲击钻成孔过程中，尽 管时常发生这样或那样的故障，但最大的故障应属打烂钻头。因此，钻头的设计合理与否是成败的关键。所以应该根据地层的状况，岩石的强度和孔径，正确取用各个参数对钻头进行精心的设计。其冲击钻钻头的构造，由中柱、翼板、刃脚、刃爪及吊点等五大部分组成，其次还有导向、刃锥、打捞绳孔、钨金套护窗或转向器等部分。（见图1）
以上部分重量的代数和，组成了钻头的重量。重量大时，进尺效果要好，但过重会无味地加大卷扬机的起重吨位。故应根据孔径及岩层的强度合理计算而得。公式为：
G=K1(π×D2/4)σ 式中：G——钻头重量
D——钻孔桩设计孔径 σ——岩层中的最高强度 K1——系数 ⑴ 中柱
位于钻头的中心，与翼板连为一体。吊点设在其顶部，底端为刃锥，断面形状有圆形、方形、五边形及六边形，尺寸由钻头的重量和翼板的分配厚度而定。高度H代表了钻头的全高。太高时重心偏上容易失稳，一旦突然倾斜，顶部碰至坚硬孔壁时，极易断颈，太低时则易造成斜孔或弯孔。计算公式为：
H= K2D
式中：D——钻孔桩设计孔径 K2——系数 ⑵ 翼板
翼板是冲击钻成孔的主要部位。翼板的片数根据孔径的大小及地层的构造、强度而定，一般由图1.“十”字钻头 四片（俗称“十”字钻头）、五片及六片组成，与中柱连为一体。底端为刃脚，外侧下部为导向，导向下端为刃爪。翼板的厚度有等厚与不等厚两种，一般情况下，厚度B值越大，钻头越牢。但也相应地加大了钻头的重量。计算公式为：
B= K3D
式中：D——钻孔桩设计孔径 K3——系数
翼板的片数多时，其覆盖面较广，但在重量G已确定时，增加其数量必相应地减小了厚度B值，反而不牢。因此，在倾斜严重、坚硬的地层及岩溶地区钻进时，应尽量采用四爪——即“十”字钻头。
⑶ 刃脚
在翼板和中柱的底端连为一体，尖角通常为90°，但根据地层的软弱程度可适当地扩大或减小，即在坚硬岩层中可小于90°。
⑷ 刃爪、
布于翼板外侧底端，与刃脚垂直，为水平（圆周）导向，是保证孔壁圆顺和平整的一个部位。其长度L值大时效果较好，但过长容易断爪。计算公式为：
L= K4D
式中：D——钻孔桩设计孔径 K4——系数 ⑸ 吊点
设于中柱的顶部，由小窗和主绳孔组成。其尺寸根据钨金套的大小和钢丝绳及转向器的直径而定。
① 钨金套的设计（见图2）
Φ外= K7Φs Φ内上= K8Φs Φ内下= K9Φs h= K10Φ外
式中：Φs——主钢丝绳直径 h——钨金套的高度
② 铁护窗的设计
用钨金套系钻头时，其小窗两侧应设铁护窗，以防钨金套频繁反复出进，容易导致主绳根部因疲劳而过早地大量断丝。护窗可用50角铁与M16螺杆组成。（见图3）
③ 卡环接转向器时，其主绳寿命较用钨金
套时间要长。 ⑹ 导向h2
即翼板外侧的直线段，与刃爪垂直，为竖导 向，是保证成孔顺直的部位，它能使钻头在冲击过程中突然遇到不平的坚硬岩层时，不至于顺势倾倒而造成斜孔、卡钻、或断颈等故障。因此，该段越高越好，但同时也加大了钻头的重量或因此减小了翼板的厚度。计算公式为： 图2.钨金套
h2= K5（h1-h3）
式中：h1——翼板高度 h2——导向高度
h3——刃锥高度
K5——遇岩溶地段，取最大值 ⑺ 刃锥h3
即翼板的底边延长至钻头中心与地平面的夹角，通常用高差h3表示。根据地层情况和岩石强度计算公式为：
h3= K6D
式中：h3——刃锥高度
D——钻孔桩设计孔径
K6——遇岩溶地段，取最大值
⑻ 打捞绳孔
为横向环穿打捞绳而预留的小孔，留于翼板的上部，孔位在平面位置上但靠外时，其
图3.铁护窗 打捞绳环径较大，打捞时便于钩住。但在起吊
时钻头会严重倾斜而卡壁，且太靠翼板边缘时容易震裂，故打捞绳孔不宜太靠外侧。
2、钢丝绳及与钻头的系法 ⑴ 质量要求
吊钻头用的钢丝绳必须选用软性、优质、无死弯和无断丝者方可使用。 ⑵ 搭接要点
主绳与钻头的钢丝绳搭接时，两根绳径应相同。捻扭方向必须一致，使用的夹头除要求与其钢丝绳配套外，所用的数量、间距、方向及松紧程度等必须符合要求。同时特别注意要留观察卡子，以及时间差接头是否松动。
⑶ 与钻头的系法
① 钨金套法：浇注钨金套时除应将钢丝绳100%的钢丝伸入钨金套内，清
洗干净后错开弯勾充满钨金套的内孔外，还应特别注意主绳出头处必须与钨金套的顶面垂直，否则钢丝绳只有一半的股数受力，大大缩短了使用时间。当钻头吊起时，钢丝绳在钨金套出头处不圆便属此弊。
② 用卡环节转向器法：该法较钨金套法对钢丝绳的损失要轻。 ⑷ 安全系数 K≧12 3、钻架
钻架的形式繁多，制作钻架的型钢规格也各有不同，但无论使用何种钻架，
其前端应远离护筒口，以防止将孔口压垮。
4、卷扬机
除吨位应略有富余外，还要根据所需钢丝绳直径和长度考虑其滚筒的容绳量。
当卷扬机的起重能力不足但能略超过1/2钻头重量时，可穿走2滑车。尽量利用卷扬机在钻架的后端压重。
5、钢护筒 ⑴ 筒壁厚度
护筒应有一定的刚度，筒壁厚度可根据钻孔桩孔径及护筒埋设方法计算确定： t=D/150
式中：t——护筒厚度
D——护筒直径
用桩锤打入时，护筒的临界轴向压力： P=πEI/r3
局部屈曲稳定的径向临界压力： Pcr=3EI/r3
式中：r——护筒内半径
⑵ 护筒的内径应比桩径大30~40cm，当为深水护筒时，应计算当倾斜率达1%时，其底部应保证桩位。
⑶ 护筒的高度宜高出施工水位或地下水位2.0m，并高出施工地面0.5m，同时还应满足孔内泥浆面高度的要求。
⑷ 护筒的埋置深度
① 在岸滩上，粘性土、粉土不小于1m，砂类土不小于2m。当表
面土层从松软时，宜将护筒埋入较坚硬密实的土层中至少0.5m。
② 水中筑岛，护筒埋入河床以下1.0m左右。在水中平台上设置护筒，可
根据施工最高水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定。必要时打入不透水层。
⑸ 护筒的埋置方法
① 在岸滩上埋设护筒，应在护筒四周填粘土，并分层夯实。可用锤击、
加压、振动等方法下沉护筒。
② 在水中平台上下沉护筒，应有足够高度的导向及纠偏设备。其导向设
备的高度应不小于平台顶至河床高度的1/3，方可控制护筒的位置。
⑹ 护筒允许偏差：顶面位置为5cm，倾斜度为1%，但长护筒应根据倾斜度计算底口不得超出桩位，否则应加大护筒直径。 6、泥浆
黄泥一定要用优质粘土方能对护壁及悬浮钻渣起到良好效果。泥浆有多项指标，《规范》中皆有明确规定，其中应特别注意“比重、粘度、含砂率、胶体率”四项主要指标。贪贱图近用劣质黄泥时反而得不偿失。应深刻地认识到“维持泥浆指标符合要求是钻孔桩的生命线”这一精辟论述。 三、溶洞的区分
1、根据准确的地质柱状图。 2、听声音。
3、孔内水位突然下降。
4、与其相同的孔内水位相平。
5、当击穿面超过中心时钻头突然倾斜。
6、用高冲程突然击穿溶洞顶时，会卡住钻头，能降不能升。 7、泥浆流失，投泥无效。
8、较大的溶洞所投片石亦会流失。 9、严重时地面塌方。
四、溶岩地区冲击钻孔的几项措施
1、片石挤压法
⑴ 根据溶洞的大小，备足成孔用水、粘土、片石等必备材料，确保意外情况出现时不致发生停工停料及其他严重事故。
⑵ 溶岩地区的基岩面及各层溶洞的顶板和底板高低不平，相差悬殊，犬牙交错，洞内又被填充的，也有空的。溶岩内冲孔关键是要解决多次斜面开口和溶洞内造壁成孔的问题。因此必须采取相应的措施：
① 根据地质柱状图或冲击声判断，当钻进接近顶板0.3~0.5m时，冲程 应控制在1m以内，以免骤然砸穿卡钻。
② 对于空洞或为填满的溶洞，在击穿洞顶前，应该设专人密切注意护筒 内泥浆面的变化，一旦泥面下降，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。在进行冲砸堵漏的同时，也形成孔壁。片石的大小，一般情况下为10~15cm，但遇到大洞时，由于流失严重达不到效果时，可改为大片石挤压成壁。只有当泥浆漏失现象全部消失后方可转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿过溶洞。
③ 钻头在冲击不平的岩面时，总有一侧向软边、低边倾斜、滑动的趋势。 如不及时观察纠偏，极易造成斜孔、弯孔、卡钻等事故。纠偏的方法一般认为分层抛投片石加粘土，用小冲程冲砸密实并平底后，再正常钻进。
④ 回填片石、粘土的高度，a. 溶洞一次超顶1m；b. 平底纠偏：超过较 高侧50cm。 2、水下砼围圈法
如片石加粘土屡次塌孔不能造壁或不能在斜岩面上开孔。可先浇注C20水下 砼，其强度达70%时施钻，可保一次成功。 3、护筒跟进法
对于大型溶洞、未充填的溶洞或久治不愈的孔壁，为防止孔壁坍塌，采用套 筒（小护筒）跟进的方法来隔离松软底层。跟进时注意以下几点： ⑴ 刃脚的构造：刃脚由与钢护筒等厚度的钢板焊于护筒底部，高度为0.6~1.0倍的钢护筒直径。冲击钻其内准备再下套筒时，需焊于护筒外部；旋转钻机或挖孔桩，由于导向的需要焊于内部。相互错位的尺寸=δ，刃脚上下将三角焊缝填满。
⑵ 护筒内径，根据其扩孔率尽量做大（至少比
焊于外部焊于内部钻头大5cm），已备有再下套筒的余地。
⑶ 下沉时要注意纠斜，以防擦碰钻头。
⑷ 遇探头时不能强打，以免刃脚卷口，用钻头冲击后再打。 4、注浆法：注浆施工的目的是对岩溶地层进行加固和堵漏桩位处满足钻孔桩施
工条件，注浆施工的部位是桩的四周一定范围内具有漏将裂隙或漏浆溶洞的底层。
⑴ 机具材料的准备
① 根据地质情况选择合适的工程地质钻机，施工注浆孔，每根桩补充1~4个地质钻探孔，并补充详勘地质资料。
② 选择注浆机及相应的注浆设备。注浆机的注浆压力一般在0.2~0.7Mpa之间。
③ 注浆物质，一般采用强度较低的粘土水泥浆或强度较高的纯水泥浆， 比较而言前者分散度和亲水性较好，且稳定性大大提高；另外还可以采用灌注效果更好的丙凝浆液等化学浆液，但要考虑施工效果及经济比较。注浆物质的配比由试验确定。
④ 他常用设备。 ⑵ 注浆施工
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岩溶地质条件下的钻孔桩施工技术
