岩溶地质桩基施工技术研究

李海潮

中铁上海工程局集团第一工程有限公司，上海  200000

摘要：为解决钻孔桩穿过溶洞成本高、难度大、耗时长等问题，结合特大桥岩溶桩施工，制定科学、合理的溶洞处理方案，利用搓管技术解决溶洞给施工带来的困难和安全隐患，最后进行现场应用效果分析和经济成本分析。

关键词：岩溶桩；溶洞处理；搓管技术

引言

近些年，随着我国经济的飞速发展，国内道路工程的数量、种类日益增多。目前公路、铁路更是向一些地质复杂地区进军，然而岩溶桩成为桥梁施工的一大难题。岩溶桩施工成本高、难度大、耗时长，尤其在溶洞较发育段更为突出，然而搓管技术能很好解决以上问题。

本文以特大桥岩溶桩施工为背景，介绍了搓管施工技术原理。为探究采用搓管施工技术，项目部分别采用不同机械、不同施工方案进行对比分析，收集相关资料，最后对搓管施工技术应用效果和经济成本进行分析。

1.搓管法技术原理

搓管施工技术即根据地质资料查明岩溶位置，利用搓管机随钻孔深度增加跟进特制护筒，直至穿过岩溶段，随桩基混凝土浇筑高度拔出特制护筒。

搓管机分独立式搓管机和附着式搓管机两类，搓管机自身又分主机、动力站、操作台及工作装置4大部分。独立式搓管机施工时独立作业，附着式搓管机附着在履带吊或旋挖钻机底盘上作业。

SRT150型搓管机属于附着式搓管机，整机分为主机、动力站、操作台及工作装置4大部分。

2.工程概况

2.1工程地质情况

桥址区上覆土层主要为：第四系人工填土层(Q4ml)素填土；第四系冲积层(Q4al+m) 淤泥，第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)粉质黏土、含砾粉质黏土、细圆砾土、卵石土；下伏基岩主要为奥陶系上统长坞组(O3c)泥岩、泥质砂岩；寒武系(∈3x、∈3h、∈2y)灰岩、泥质灰岩、炭质泥岩、泥质砂岩。

2.2溶洞分部情况

桥址区下伏基岩为寒武系(∈3x)炭质灰岩、灰岩。据钻孔揭露，岩石常见溶洞、溶槽等。在已实施的450个可溶岩钻孔中，见溶洞的钻孔有151个，钻孔见洞率为33.56%，见溶洞总数522个。钻孔揭露可溶岩总进尺16405.46m，溶洞总进尺2555.11m,线岩溶率15.58%。所揭露溶洞的洞高普遍为0.3～13.4m，其中最大洞高达58.6m,最小溶洞为0.3m。溶洞充填状态为：无充填、半充填、全充填，其中64.56%的溶洞为全充填，22.03%的溶洞为半充填，13.41%的溶洞为无充填；其中半～全充填溶洞的充填物主要为粉质黏土、粗角砾土、细砂、含砾粉质黏土、灰岩强风化碎块。

3.关键施工技术

3.1岩溶桩施工方法

根据溶洞填充状态通常有以下施工方法：常规成孔法、回填补充法、注浆加固法、钢护筒跟进法、搓管成孔法。

序号	施工方法	使用岩溶状态	优劣
1	常规成孔法（冲击钻成孔）	溶洞填充物属于软塑或可塑的亚黏土	成本低、适用范围小
2	回填补充法（黏土、片石）	适用较小溶洞	成本低、适用范围小
3	回填补充法（素混凝土）	适用小、中型溶洞	成本高、时间长
4	注浆加固法	适用小型、多层溶洞	成本高、时间长
5	钢护筒跟进法	适用全部溶洞类型	成本高、工序繁琐
6	搓管成孔法	适用全部溶洞类型	成本低、成孔快

3.2搓管技术

搓管技术在岩溶地质区域适用范围广、成桩效率高、成桩质量高、安全风险低、施工成本低。

搓管机主机工作原理，将带套管钻头的起始套管用吊机吊入搓管钻机上、下卡盘内，并用导向纠偏机构（起拔和扶正油缸）将套管调整垂直，再用夹持装置（夹持油缸和上卡盘）夹持住套管，通过两侧搓管油缸的交替伸缩，使夹持装置和套管在一定的角度内左右搓摆，同时压拔油缸将套管快速压入地层，当套管压入地层深度达到压拔油缸最大行程后，夹持油缸缩短动作，松开套管，压拔油缸伸长空程举升上卡盘到上死点，上卡盘再次夹持套管，压拔油缸下压套管一个油缸行程。重复以上动作，旋挖钻机抓取套管内岩土，搓管钻机配合同步压入套管到设计桩深为止。在灌注混凝土时搓动和起拔套管，边灌注边起拔套管，直到所有套管起拔完成后即灌注成桩。

图1：搓管机主机组成图 图2：搓管机现场组装图

（1）适用范围广

搓管成孔法是采用特制钢护筒支护桩基四周，避免因不良地质塌方，导致无法成孔或桩基质量不合格。搓管成孔分为超前取土和滞后取土两种工法，施工过程中根据地勘资料、岩石软硬程度、溶洞深度、大小等情况，采用超前、滞后相结合工法钻进成孔，避免溶洞填充物向桩基内流动，减少溶洞扰动。

（2）成桩效率高

成桩效率取决于旋挖钻钻进速度及搓管机跟管速度，超前取土跟管速度8min/m，滞后取土跟管速度12min/m，以特大桥岩溶桩施工为例，50m以下桩基成孔约1d/根，50m以上桩基成孔约3d/根。

（3）成桩质量高

特大桥岩溶桩基采用搓管技术成孔123根，其中最短桩长18.5m，最长桩长95.0m，项目自检及第三方检测全部为一类桩基（合格）。

（4）安全风险低

搓管法施工，超前（取土）和滞后（取土）深度一般不超过3.0m(即单次搓人套管深度或取土深度不超过3.0m)，本施工方法与隧道新奥法施工相近，超前支护、随开挖随支护，减少对四周围岩扰动，从而降低安全风险。

（5）施工成本低

岩溶桩基搓管法成孔即增加一套搓管机，钢护筒采用4cm后钢板特殊加工而成，成孔后钢护筒随混凝土浇筑全部拔出，可重复利用，不增加任何一次性施工材料。

4.现场应用效果及成本分析

4.1现场应用效果

特大桥岩溶桩基采用搓管技术成孔123根，其中最短桩长18.5m，最长桩长95.0m，项目自检及第三方检测全部为一类桩基（合格）。

4.2成本分析

特大桥岩溶桩基采用搓管法施工，与传统岩溶处理工艺2347.2万元相比，节约施工成本1227.4万元，经济效益显著。

表1：特大桥岩溶桩费用统计表

序号	桩长	桩径（m）	施工完成长度（m）	搓管法单价（元）	常规法单价（元）	常规法岩溶处理费用（万元）	搓管法-常规法（万元）
1	桩长50m以下（含50m）	1.00	681	1160	600	2347.2	-1227.4
2		1.25	185	1392	520
3	桩长50m以上	1.00	419	1760	600
4		1.25	5188.5	2159.52	520
5		1.50	785.5	2992	875

5.结论

根据特大桥岩溶桩施工经验，在岩溶地质桩基施工中采用搓管技术（重复利用特制钢护筒），既能保证桩基施工质量，减少安全风险、加快施工速度，又能较大程度节约施工成本，特别是岩溶较复杂区域效果更为显著。

参考文献

[1]贾林鹏. 岩溶地质钻孔桩施工措施[J]. 科技视界, 2014.

[2]欧阳柱. 岩溶地区钻孔灌注桩施工技术研究[D]. 长春工程学院, 2018.

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