旧城改造项目岩溶地层钻孔灌注桩漏浆埋钻问题探讨

中国地质大学（武汉）本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 题目： 马山工业园区旧城改造项目岩溶地层 钻孔灌注桩漏浆、埋钻问题探讨 姓 名： 马志兴 学号： 20121001604 学院（课部）：工程学院 专业：勘查技术与工程 指导教师： 吴翔 职称： 教授 评 阅 人： 职称： 2016 年 6 月编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第46页 共48页 摘要我国南方是一个岩溶发育比较集中地地区，随着南方经济建设的发展，岩溶地区工程基础施工建设项目也越来越多。因此受岩溶地层的影响，引发了很多工程地质问题诸如岩溶地基受岩石的不完整性失去了稳定性和岩溶地层做钻孔灌注桩过程中遇到漏浆、埋钻等问题受到人们的关注。因此，全面准确分析这些问题原因，设计正确的岩溶处理方法对岩溶地区工程建设有重大意义。目前，国内外学者对岩溶地层施工中遇到的卡钻、埋钻、漏浆、堵漏和防斜等问题进行了很多研究，而且也取得很多成就和成果，但是应用到实际工程中出现的岩溶问题，处理方法达不到现场预期效果。武汉市江夏区马山工业园区旧城改造项目C块地大面积区域属于石灰岩岩溶强发育地区，其建筑桩基采用冲击钻孔灌注桩施工工艺，岩溶强发育给施工带来了很多问题。由于岩溶地层出现复杂裂隙和多种类型溶洞导致施工过程出现多次漏浆和埋钻问题。本文针对该项目中出现的漏浆和埋钻问题通过现场调研和参考相关文献进行科学分析，结合现场处理的方法对其进行合理分析并提出最优解决方法。关键词：岩溶地层、钻孔灌注桩、漏浆、埋钻 、科学分析、改进 ABSTRACT South China Karst is a relatively concentrated area, with the development of the Souths economic construction, foundation construction in karst area construction projects is also increasing.Therefore it affected karst formations, caused a lot of problems such as engineering geological karst rock foundation that does not lose the stability and integrity of the karst formations encountered in doing bored mud leakage, underground drilling and other issues attentions.At present, domestic and foreign scholars karst formations encountered in the construction of stuck pipe, buried drilling, mud leakage, plugging and anti-oblique and other issues a lot of research, but also many achievements and results, but the combination of the actual project appears enough for karst issues addressed reach the site is expected to expectations. Masan city of Wuhan Industrial Park redevelopment project C block belonging to a large area of strong development in Karst regions, the impact of the use of building pile bored pile construction technology, strong karst development to the construction of a lot of problems.Since the emergence of complex fractures and karst formations cave leading to many types of construction appears more than once plasma leakage and buried pipe problems. This paper appears in the project and leakage of plasma buried pipe problems through field investigation and refer to the relevant literature for scientific analysis, combined with on-site treatment method be reasonably analyzed and proposed optimal solutions. Keywords:Karstformations,drilling pile, mud leakage, buried drill,Scientific analysis, improvement 目录第一章 绪论.4 第一节 选题意义.4 第二节 国内外钻孔灌注桩漏浆、埋钻问题研究现状.4 第三节 研究思路.5第二章 工程概况.6 第一节 施工现场设计.6 第二节 地质概况 .8 第三节 施工总况.10第三章 钻孔灌注桩漏浆、埋钻题探讨.12 第一节 现场施工漏浆、埋钻问题概况.12 第二节 漏浆.14 第三节 埋钻.22第四章 结论.28 致 谢.29参考文献.30 第一章 绪论 第一节选题意义 岩溶又名卡斯特，是水对可溶岩石即石灰岩、泥灰岩、大理岩、石膏、岩盐层等进行化学溶蚀和物理机械破坏作用从而形成的溶洞、溶沟、裂隙、暗河、石芽、漏斗、钟乳石等奇特的地面及地下形态的总称1。岩溶在我国是一种很常见危险性地质现象。长期以来，在岩溶地区的各项工程建设中，由于遇到场地内出现多种岩溶形态，岩溶地下水和其他地质作用等会对地基稳定性产生极大的影响，同时也造成了工程质量问题和安全隐患。通常，岩溶地区地质构造非常复杂，各个时期、各种成因的岩溶强发育，造成工程建设施工难度大而且还会增加安全隐患。随着经济快速发展的今天，世界各国对岩溶地区开发利用尤为普遍，尤其以路桥梁基桩和高层建筑基桩开发为主，但由此也频繁引发岩溶塌孔、埋钻、漏浆等一系列问题，成为工程项目建设拦路石，已引起了国际社会的普遍关注。本文对马山工业园旧城改造项目钻孔灌注桩施工进行调研，工程设计耗时一个月完工，但实际已经施工两个月完成56%的工程，每出现漏浆事故大约耗时4-72小时处理，每出现一次埋钻事故大约耗时14-36小时处理。所以此次岩溶地质问题加大了工程成本和延长了工期，对甲方和乙方都造成了很大的经济损失。所以对漏浆和埋钻问题的探讨，除了对马山工业园旧城改造项目工程有直接指导意义和使用价值，还在许多类似工程方面有巨大的参考价值。 第二节 国内外钻孔灌注桩漏浆、埋钻问题研究现状1990年，Perrier H,simon M和Lacroix M.2通过土工织物处理石灰岩路基和临近路基溶洞塌陷的工程实例,解释了其利用土工织物做成网状结构来预防岩溶地区路基的溶洞塌陷,对国内相关工程的设计处理方案有巨大的参考价值。1991年,GarlangerJ.E3提出了溶洞的工程地质勘察方法,并对此类场地的基础设计原则和方法也做了总结。1996年,Goooding D.J.和Abdulla W.A.4提出了石灰岩上弱胶结沙层塌陷的预测模型。1998年，White W B5提出对影响桩基稳定安全及施工的岩溶地貌，可根据其所处地理环境和地质条件综合分析，因地制宜进行处理。2004年,英国Tony Waltham6和二十多位不同国家专家编写了塌陷与沉陷一工程与建设中的岩溶与洞穴岩体问题,阐述了岩溶隐患的工程处理问题。国外对岩溶桩基础施工遇到的漏浆、埋钻问题处理研究相对浅显，但对岩溶地层的事故的原因分析研究非常值得我们借鉴。熊源宗等对钻孔灌注桩施工遇到埋钻事故，从工程地质和土力学方面分析了埋钻的成因，并进行了钻孔泥浆换浆，清除孔内混凝土，依据检测抗拔试验原理，采用反力顶升法对提钻事故进行了很成功的处理7。赵绎钧对一起发生在旋挖钻机大口径无循环钻孔过程中出现埋钻事故，进行了分析，并总结出事故发生的原因及普遍性，探讨了泥浆在无循环钻进工艺中的重要性，提出在钻杆与钻头分离前准备了“爆破法”的方案成功处理现场两起埋钻事故8。朱立群结合工程问题对软土砂层及砂质泥岩等复杂地质条件下钻孔桩施工出现的深层塌孔和串孔漏浆等问题进行研究，并采用单管高压旋喷桩来加固周围土体防止坍塌，解决了现场问题9。周雷春和张万涛结合工程项目中钻孔灌注桩施工时出现的漏浆现象和处理措施进行研究，结合不同地层漏浆情况采取回填黄土低速冲击、回填黄土加袋装水泥锤击封孔，该处理方法在现场应用取得了成功10。国内由于近些年工程建设项目快速发展，所以对岩溶地层大力开展研究，针对岩溶地层出现的漏浆、埋钻问题有一定的研究。从这些问题研究中有很多内容值得学习借鉴。 第三节 研究思路本文试图在己有的理论基础上,依托具体的工程项目,对岩溶地区钻孔灌注桩施工项目出现的漏浆、埋钻事故进行探讨。其中以C4号楼见洞率最为严重达到101根，同时C4楼也是岩溶最为复杂地层包含了工程所有地层情况。所以本文针对C4楼进行问题探讨来概括整个项目。具体来说,本文研究工作将主要包括如下两个方面: （1）本文以C4楼为基础研究事故原因，结合工程项目的调研，利用科学分析研究岩溶钻孔桩出现的事故原因。 （2）结合国内外学者对该问题的研究，针对该项目探讨岩溶地区桩基施工出现漏浆、埋钻问题处理,提出解决具体工程问题的方法。本文在结合国内外已有岩溶钻孔桩事故处理新技术、典型实例解剖、现场调研与理论分析相结合的路线进行研究。以马山工业园旧城改造项目岩溶钻孔灌注桩漏浆、埋钻问题为依托,针对具体情况和调查研究结果,提出最为合理的解决方法，并对比分析现场处理处理方法，进行归纳总结。 第二章 工程概况 第一节 施工现场设计 本工程位于湖北省武汉市江夏区谭鑫培路，为马山工业园旧城改造一期项目C地块，工程包括四栋32-33层住宅楼。C1号楼由于通过超前钻钻孔取芯未发现岩溶发育地层，所以结合地层条件，以强风化砂岩及强风化泥岩作为拟建物的基础持力层，采用筏板基础所以不采用钻孔灌注桩基础。而C2、C3、C4号楼地处岩溶强发育地层，选择灰岩及中风化泥岩作为拟建物的桩端持力层，采用钻孔灌注桩基础。所以现场布置图2-1中从左到右Z形分布C1（为生活区位置）、C2、C3、C4号楼。图中工程主要材料材料为钢筋和水泥的堆放位置，在施工便道两侧空余地段。延伸到施工场地的道路用钢板铺设。生活用水选用市政水管网，生活用电接的外电，用电不足时采用柴油发电机供电，在电缆穿越车辆便道时须穿钢管并埋设，埋设深度大于0.6米，以防因过往车辆碾压而造成安全事故。挖设泥浆池的位置一般避开桩位，选择不影响正常施工的空余地段，在不能避开时，选择后钻孔的桩位地段做泥浆池。工程现场平面布置图如下图2-1：图2-1 马山工业园旧城改造一期项目C地块C2C4C3C3住宅33F/2D建筑高度H=97.80mC2住宅32F/2D建筑高度H=92.05mC4住宅33F/2D建筑高度H=97.80m 第二节 地质概况 2.2.1地层概况项目现场之前是居民区，所以地势平坦,地面标高在24.3031.24m范围,地貌单元为长江三级阶地。地质岩性11构成从上至下叙述如下: 素填层：颜色呈黄褐色、红褐色，主要由粘性土和少量建筑垃圾及生活垃圾近期回填组成。土体松散，均匀性差，不易固结。层厚0.36.9m。 粉质粘土层：颜色呈灰黄色、褐黄色，主要由含少量铁、锰质氧化物和少量灰白色高岭土组成。为中等偏高压缩性土，具有一定的可塑性。层厚27.6m，层顶埋深0.38.8m。 粉质粘土层：颜色呈黄褐色、红褐色、灰褐色，主要由含较多铁、锰质氧化物及结核、少量灰白色高岭土和少量碎石组成。为中等偏低压缩性土，成硬塑状态。层厚06.4m，层顶埋深0.36.6m。 残坡积粉质粘土层：颜色呈灰黄色、褐红色，主要由含少量灰白色高岭土、含泥岩，砂岩的风化物和局部含少量砂岩及硅质岩碎石组。，为中等偏低压缩性土，成硬塑状态。本次勘察揭露最大厚度为22.2m，层顶埋深0.69.5m。 红粘土层：颜色呈棕黄色、棕红色，主要由含少量铁、锰质氧化物和较多灰白色团块状高岭土组成。手捻粘性极强，为中等偏低压缩性土，成可塑状态。本次勘察揭露最大厚度为10.7m，层顶埋深12.020.5m。 灰岩层：颜色呈浅灰色、灰白色。节理、裂隙发育，岩芯采取率较高，岩芯较完整，取芯率为80%90%，RQD约为85%，属较硬岩。揭露最大厚度为9.5m，层顶埋深13.830.5m。根据本次钻探揭露该层有溶洞发育，在灰岩区施工38个进入灰岩的钻孔中共有5个钻孔发现有溶洞分布，溶洞高0.27m，溶洞由可-软塑状态的粘性土充填,见洞率为13.2%，灰岩面起伏很大，根据建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011)中的6.6.2条，该场地的岩溶发育程度等级为岩溶强发育。 强风化砂岩层：颜色呈灰褐色、灰白色。节理、裂隙发育，层面受侵蚀，夹有薄层状泥岩。岩芯主要呈砂状及少量碎块状，锤子一敲就碎。层厚044.2m，层顶埋深0.327.6m。 -1强风化泥岩层：颜色呈灰黄色、灰色。风化呈土状及碎块状，手易掰断，结构、构造不清晰，节理、裂隙发育。层厚020.0m，层顶埋深3.056.6m。 -2层中风化泥岩（S2f）为灰色、灰绿色，节理、裂隙较发育，节理面被铁质侵染，岩芯较破碎，取芯率为50%70%，RQD约为60%，属于低取芯率；属软岩，完整程度为较破碎，手易掰断。本次勘察揭露最大厚度 12.9m，层顶埋深5.761.0m。 工程地质剖面图如图2-2：图2-2 马山工业园项目工程地质泡面图2.2.2现场地下水条件本场地地下水类型一是存在于素填层的上层滞水，二是存在于岩溶裂隙的水。上层滞水主要补给来源为大气降水，受季节和气候影响，勘察期间测得上层滞水稳定水位为地面下0.12.7m（对应的标高为24.1028.64m）；岩溶裂隙水赋存于层灰岩中的溶洞或溶隙中，但本次勘察未能测得灰岩中的地下水位。该工程项目在居民区施工，周围没有造污染的企业，根据水质分析资料结合邻近建筑经验，地下水和场地土对砼结构及钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性。 第三节 施工总况2.3.1 施工介绍工程总施工钻孔灌注桩数为341根，出现溶洞地层桩数182根，钻孔直径800mm桩基埋深7-8m、入岩深度1.5-3m的嵌岩桩。其中以C4号楼见洞率最为严重达到101根，同时C4楼也是岩溶最为复杂地层包含了工程所有地层情况。工程进行期间出现7次埋钻事故C4号楼出现7次，出现大规模漏浆事故63次C4号楼出现47次。结合现场前施工情况，前期对普通地层施工使用旋挖钻机和汽车反循环钻机进行钻孔成桩，中后期遇岩溶灰岩地层全部换成ZZ-6型冲击钻机（11台）进行钻孔成桩。现场泥浆泵配置有3PN型泥浆泵和BW250型泥浆泵，3PN泥浆泵在冲击钻孔时进行泥浆循环；BW250型泥浆泵用于现场后注浆使用。3PN型泥浆泵和BW250型泥浆泵详细参数见表2-1和表2-2。工程中出现的岩溶地层埋钻事故全部发生在冲击钻机钻孔过程，岩溶地层类型主要为全填充串珠状溶洞、全填充单孔溶洞和空孔溶洞三种，溶洞大小介于0.2-7m。 表2-1 3PN泥浆泵 3PN泥浆泵参数泥浆泵型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/s）泵效率（%）功率（kw）口径（mm)轴功率配带功率吸入排除3PNI542614703212.0 229085108214214.7 151153716.7 表2-2 BW250型卧式三缸往复式单作用活塞泵 BW250型卧式三缸往复式单作用活塞泵参数泥浆泵型号流量(L/h)压力（MPa）泵速（min-1）功率（kw)效率（%）缸径（mm)吸入排出吸入排出吸入排出吸入排出BW2502501662.5 420020015728065145964.5 611611690606.0 7727252356.0 74242 2.3.2钻孔灌注桩施工 结合现场施工情况和地层性质，现场采用的钻孔灌注桩工艺流程见图2-3： 图2-3 冲击成孔灌注桩工艺流程 第三章 钻孔灌注桩漏浆、埋钻问题探讨 第一节 现场漏浆、埋钻问题概况3.1.1项目施工中期事故问题状况马山工业园旧城改造项目施工中期（4月15日前）出现漏浆事故25起、埋钻事故3起。详细汇总见表3-1 表3-1 马山工业园旧城改造项目4月15日前事故汇总表马山工业园旧城改造项目4月15日前事故状况表桩号钻机号设计桩径（mm)孔深（m）桩长（m）混凝土方量（m3）漏浆系数是否埋钻设计实际设计实际理论实际C2-111冲680018.36 18.50 11.00 11.14 5.60 15.00 2.68 否C2-118冲680019.90 20.00 12.24 12.34 6.20 13.00 2.10 否C2-117冲680019.20 19.30 12.25 12.35 6.21 18.00 2.90 否C2-96冲680020.30 20.30 11.00 11.00 5.53 15.00 2.71 否C3-114冲980027.30 27.40 19.55 19.55 9.83 22.50 2.29 否C3-95冲380032.70 32.70 25.05 25.05 12.59 31.00 2.46 否C3-94冲380037.70 37.70 29.95 29.95 15.05 32.00 2.13 否C3-103冲980034.95 35.00 27.00 27.05 13.60 29.00 2.13 否C3-41冲380035.80 35.80 28.15 28.15 14.15 38.00 2.69 否C3-89冲980034.25 34.30 27.05 27.05 13.60 44.00 3.24 否C3-82冲380045.30 45.30 37.95 37.95 19.08 64.00 3.35 否C4-141冲280028.90 29.00 21.52 21.62 10.87 29.50 2.71 是C4-152冲880053.50 53.50 45.62 45.62 22.93 54.60 2.38 否C4-150冲880049.50 49.70 41.92 42.12 21.17 55.80 2.64 否C4-144冲480025.50 26.00 17.90 18.40 9.25 25.00 2.70 否C4-119冲280037.70 37.90 29.56 29.76 14.96 33.50 2.24 否C4-147冲480053.40 53.50 45.63 45.73 22.99 51.00 2.22 否C4-124冲280040.50 40.60 32.35 32.45 16.31 40.00 2.45 是C4-145冲480025.20 25.50 17.47 17.77 8.93 22.00 2.46 否C4-48冲580034.20 34.30 28.65 28.75 14.45 109.00 7.54 否C4-136冲480048.80 48.80 41.50 41.50 20.60 75.00 3.64 是C4-50冲580029.60 29.60 23.75 23.75 11.94 28.50 2.39 否C4-149冲480046.80 46.90 39.15 39.25 19.73 47.00 2.38 否C4-130冲880045.70 45.80 37.85 37.95 19.08 48.00 2.52 否C4-143冲280018.25 18.50 11.00 11.25 5.65 15.00 2.65 否 本表3-1选取现场出现大规模漏浆桩即漏浆系数（实际灌浆量/理论灌浆量）大于2的桩孔，现场出现3起埋钻事故也都发生在漏浆桩中。3.1.2现场漏浆、埋钻问题概况从现场调研的数据绘制出马山工业园旧城改造中期事故状况表3-1中可以看出，工程在4月15日（包括15日）前漏浆事故发生25起、埋钻事故发生3起，其中C4号楼漏浆事故发生13起且多数浆系数达到2.5以上、埋钻事故发生3起。整个工程施工期间C4号楼出现漏浆、埋钻问题最多，导致施工进度十分缓慢。现场漏浆事故处理多采用“灌混凝土法”，在采用该方法不能解决漏浆事故时，现场立即采取回填黄土措施，并进行二次钻孔。但这一处理过程有以下问题：（1） 混凝土损耗非常大。（2） 由于混凝土运输花费时间较长（40分钟左右），如果漏浆过程中不能及时补充混凝土，易导致塌孔事故的发生。（3） 处理漏浆过程周期长：一是灌混凝土周期长（4-6小时），二是二次钻孔周期长（4-6天）。 现场埋钻事故处理采用“清孔法”和“爆破法”。在出现埋钻不能提出时，现场首先采用泥浆循环清孔，如果清孔处理失败，采取爆破措施。一般爆破进行3-4次，每进行一次爆破，上下活动钻头，直到钻头活动范围在2030cm时，停止爆破，上下活动钻头直到钻头提出。现场处理埋钻事故出现了以下问题：（1） 现场进行三次清孔处理全都失败。（2） 整个处理过程周期长（18-24小时）。（3） 现场处理埋钻过程中出现了地面垮塌事故。 第二节 漏浆3.2.1漏浆事故分析 马山工业园旧城改造出现漏浆事故频繁，以2个具有代表性的实例C4-48和C4-136号桩作分析。 图3-1 C4-48号钻孔柱状图 （1）如图3-1所示C4-48号桩地层性质：0-19.6m为粉质粘土，含少量铁锰质氧化物 ，部分土层含灰白色高岭土团块，局部含砂岩及硅质岩碎石，为中等偏高中等偏低压缩性土，可-硬塑状态，；19.6-20.4m为溶洞充填黏土呈棕红色，含灰岩及石英岩角砾，软可塑状态，充填于灰岩溶洞中；20.4-23.8m为灰岩呈浅灰色、中风化，主要由方解石构成，裂隙较发育，取芯率60%-75%，属较硬岩；23.8-30.5m为空洞无填充物；30.5-32.2m为灰岩呈浅灰色、中风化，主要由方解石构成，裂隙发育，取岩芯率60%，属较硬岩；32.2-39.5m为灰岩呈浅灰色、中风化，主要由方解石构成，隐晶质结构，中厚层状构造，钙质胶结，裂隙较发育、取岩芯率85-90%,属较硬岩。 原因分析：工程开工前，现场每个桩位都打了超前钻，所以每个桩孔都一一对应一个钻孔柱状图。结合C4-48号钻孔柱状图可以看出，孔深在23.8m出现了6.7m空洞层，为了查明空洞大小，工勘时在原桩位四周（离原桩位1.5m左右）各打了一个勘测孔，但从岩芯的采取中未发现空孔迹象，所以空洞体积最大不应超过3*3*6.7m3。孔深在19.6m出现了0.8m溶洞充填地层，从超前钻打的4个勘察孔中发现有两个相邻孔在21m左右出现0.3m和0.5m的溶洞层，其他两个孔岩心取出完整。所以结合48号钻孔柱状图分析，如果该孔出现大规模沿裂隙漏浆事故，一定发生在溶洞层和空洞层。空洞层分析：现场混凝土注浆过程中在孔深22m处注浆量为57.5m3。结合工勘报告，对空洞层理论构想一个最大体积空间Vk（不包括可能出现的裂隙体积），则理论注浆量为Vd。则有： （3-1） 式中： Vd 代表空洞体积 Vk代表桩孔除空孔段的体积所以通过计算得出：实际注浆量57.5m3小于理论构想的注浆量71.28m3，又因为在钻孔过程中在空洞层出现大量泥浆漏失，但是在该段钻孔过程中泥浆循环未出现颜色变化。现场在溶洞段钻孔过程中泥浆循环出现变红现象，岩溶裂隙与溶洞充填物是相同的，所以在泥浆循环时遇到岩溶裂隙也会出现泥浆变红现象。 所以综合分析得出：空洞不存在岩溶裂隙，现场灌注的57.5m3混凝土是在补填空洞。溶洞层分析：在灌注混凝土在20m时出现了大量混凝土漏失，漏失量达到46m3现场采取回填黄土封堵桩孔。结合该桩打的4个勘察孔中发现有两个相邻孔在21m左右出现0.3m和0.5m的溶洞层，其他两个孔岩心取出完整；在该溶洞层段出现大规模混凝土漏失以至现场只能回填黄土封堵桩孔。所以该溶洞层一定连接着岩溶裂隙，该裂隙沿地层斜向下延伸，连接着一个非常大的空间，导致混凝土流失严重。 图3-2 C4-136号钻孔柱状图 （2）如图3-2所示C4-136号桩地层性质：0-19.6m为粉质粘土，含少量铁锰质氧化物 ，部分土层灰白色高岭土团块，局部含砂岩及硅质岩碎石，为中等偏高中等偏低压缩性土，可-硬塑状态;19.6-21.9为灰岩呈浅灰色、中风化，主要矿物成分为方解石，裂隙较发育，岩芯较破碎，采取率60%-75%，属较硬岩；21.9-30.1m为溶洞充填黏土层，呈棕红色，含灰岩及石英岩角砾，软可塑状态，充填与会岩溶洞中；30.1-30.3为灰岩层，呈浅灰色、中风化，主要矿物成分为方解石，裂隙较发育，岩芯较破碎，采取率60%-75%，属较硬岩；30.3-37.4为溶洞充填黏土层，呈棕红色，含灰岩及石英岩角砾，软可塑状态，充填与会岩溶洞中；37.4-38.2为灰岩；38.2-41.3为溶洞充填物；41.3-43.6m为灰岩；43.6-44.7m为溶洞充填物；44.7-46.8m为灰岩，裂隙较发育，岩芯采取破碎，采取率50%左右；46.8-53.8m为灰岩呈浅灰色、中风化，主要由方解石构成，隐晶质结构，中厚层状构造，钙质胶结，裂隙较发育，柱状采取率85-90%，属较硬岩。 原因分析：结合C4-136号钻孔柱状图图3-2，可以看出该溶洞类型为串珠型（4个溶洞层)，为该区域常见岩溶地层，邻近溶洞之间的灰岩层厚度在0.1-1.3m。钻孔过程中未发现泥浆大量漏失，在溶洞层钻进时返出棕红色泥浆并间接性携带稀泥出来。在灌注混凝土过程中，孔深35m处发现混凝土持续漏失，该处混凝土灌注达到58m3才停止漏失。后续基本处于正常灌浆状态，没有出现大量漏浆现象。结合现场出现的灌混凝土持续漏浆情况，可以确定溶洞裂隙出现在孔深35m处的溶洞层。3.2.2 漏浆处理设计对比分析本工程区存在大规模层次不一的溶洞地层，部分溶洞层出现岩溶裂隙，地层构造比较复杂。通过分析施工现场和国内处理方法对本工程的实用性，本人结合现场情况提出了静压注浆法处理该事故，为确保质量和安全，对以下方法进行分析。 一、混凝土护壁进行二次成孔。一般采用该方法是针对以下岩溶地层进行处理即：空孔大型溶洞、填充物为流塑状溶洞、溶洞内有涌水等大型溶洞12。由于这些地层的稳定性差，灌注混凝土可以提高它的稳定性，所以一般采用灌注混凝土进行二次成孔。 工艺过程： （1）在钻孔过程中要对上述大型溶洞冲孔时，就要开始加大泥浆比重，在击穿溶洞顶板后，可以及时补充溶洞内部缺失浆，防止涌水、涌浆稀释泥浆，导致地层压力不平衡，发生孔壁坍塌。 （2）钻至溶洞底板后，就可以向孔内灌注混凝土到溶洞顶1.0m 以上。 （3）待混凝土达到70%强度后，重新钻进。现场大部分漏浆事故采用该方法，但是结合工程实际处理情况，该方法有以下问题： （1）混凝土护壁二次成孔法主要作用是补填大型溶洞和提高地层的稳定性，但用来处理岩溶裂隙会造成混凝土耗损量非常大，而且不一定能封堵裂隙。所针对现场情况采用该方法，会造成施工成本增加。 （2）第一次灌注混凝土达到70%强度才可以二次开孔，所以导致在第一次灌注混凝土到第二次开孔需要等待72小时让混凝土凝固。本来该工程工期为1个月，但施工过程中出现了各种问题，使整个工程进度推迟了2个月，该处理方法对工期的推迟有直接关系。 二、片石加水泥进行堵漏该方法一般针对串珠型溶洞和单层充填式溶洞13，其主要作用是： （1）用片石、水泥和黏土混合浆来封堵溶洞层出现的岩溶裂隙。 （2）在泥浆大量漏失不能及时补充时，用来补填溶洞平衡地层压力防止塌孔事故。 工艺过程： （1）遇到这种类型地层桩基施工要有专人负责密切关注钻机冲击状况、泥浆循环变化，熟记钻进深度和地勘报告中溶洞的位置。 （2）在钻孔即将击穿洞顶时，调小钻头冲程，防止在钻穿溶洞时出现卡冲击锤事故。如果发现漏浆，及时加大泵量向孔中补充泥浆。该过程证明已穿孔，加大泵量补充泥浆为了防止孔壁坍塌。 （3）在加大泵量补浆同时，向孔内抛填成袋水泥。 （4）然后向孔中投入厚粘土、片石混合物，填充至溶洞顶以上不少于3m为准。 （5）等漏浆现像停止，再重新进行钻进。钻孔过程中使用小冲程进行钻进，保证钻锤能将水泥、粘土和片石混合浆挤入溶洞内堵住裂隙同时发挥护壁作用。 （6）现场使用的混凝土凝固时间大约为3个小时，所以冲孔前应等待3小时，待水泥、粘土和片石混合浆把裂隙封堵，再开始钻进。该处理方法与方法一类似，但结合现场基本情况，该方法有以下问题：（1） 如果现场有预备片石，用该方法处理漏浆事故是比较理想的。但是施工场地没有准备片石，而且临近周边也没有片石加工公司，所以要采用该方法就需要从其他地区运输片石，这样会导致施工成本增加、延长施工周期。（2） 结合现场处理是在方法一不能解决漏浆事故时，采取方法二进行封堵裂隙。但是在现场没有片石的情况下，采用回填黄土和成袋水泥，该过程进行比较缓慢，一般需要花费6-8小时。（3） 该方法处理完也需要进行二次开孔，所以整个过程耗时大于方法一，其耗时大约在4-5天左右。 三、钢护筒跟进法：该方法一般适用于以下地层情况，一是无填充物的特大型空孔式溶洞其上部基岩厚度小于3m的；二是有填充物溶洞高差在10m以内的大型溶洞14。该类型溶洞容易出现大规模塌孔事故，所以确保成桩采用护筒跟进法。在施工同一承台下的桩基时，优先采用钢护筒跟进法处理这类型地层。 工艺过程： （1）提前加工好钢护筒：对于不同的孔深采用钢护筒的钢板厚度不同，一般标准如下：孔深在15m钢护筒采用12mm厚钢板；孔深在15-30m采用14mm厚钢板，每节度4m左右，护筒内直径比设计桩径大10cm。钢护筒总长度要求L（h+H）米，h为超前勘探溶洞高度，H为溶洞顶至地面1.50cm以上。 （2）结合现场设计800mm桩,为了能达到钢护筒跟进采用1000mm钻头成孔。结合超前钻做出的柱状图，在溶洞顶以上3m使用现场常规钻头（800mm)成孔。在钻进接近溶洞顶3m左右时，使用设计钻头（1000mm）进行钻孔，同时携带钢护筒，然后边打边跟进钢护筒。 （3）护筒的沉放：钢护筒下放过程中，一是要保证下放位置准确；二是要在下放完成后要经检查其高层、垂直度和顶面是否水平。在冲锤击穿溶洞顶部后要反复在溶洞顶板出提升冲锤，待到冲锤不受阻时，表明成孔已经圆滑垂直，此时跟进钢护筒至孔底，必须用震动锤下沉，保证钢护筒被钢丝绳吊着。 （4）、护筒跟进至最下层溶洞底1.0m以上。当钻进到溶洞底1m后跟进护筒到该位置，然后换上设计要求的钻头（800mm)进行钻进。但是出现坚硬岩石时，冲击钻扩孔难度大，导致达不到扩孔要求不能下放钢护筒，此时则需要回填重新加大钻头直径进行二次扩孔保证钢护筒能下放。钻穿溶洞后，这种类型溶洞地层一定会出现大规模泥浆漏失，所以要单独对该孔进行处理：待到孔内泥浆漏失完后，及时用25T汽车吊将冲击钻机吊开，进行水下混凝土灌注，采用混凝土进行封堵，混凝土须多次进行，每次灌注混凝土量不宜过多，保证在前面混凝土初凝后进行，通过混凝土低流动性可以起暂堵效果。等到混凝土凝固后，再用冲击锥锤进行重复回钻、跟进内钢护筒。 溶洞层钢护筒跟进施工图如图3-3： 图3-3 溶洞层钢护筒跟进施工图结合现场情况，该方法有以下问题： （1）该项目钻孔桩径是800mm，桩孔较小，所以采用钢护筒跟进法对精度要求很高，这样会导致施工难度增大。 （2）现场没有成品钢护筒，所以要采用该方法就需要结合现场情况设计合适钢护筒，从外地运输到现场使用，还需要专门打桩机将护筒打入孔内。这一过程耗时会在810天左右。 （3）现场绝大部分桩孔都是溶洞地层，如果采用该方法就需要制作大量钢护筒，这样导致施工成本非常大。 四、结合现场设计注浆法封堵裂隙结合现场混凝土的漏失情况可以判断，该区域溶洞层有岩溶裂隙存在，导致混凝土的大量流失。所以为了解决这一问题，本人结合工程情况和查阅相关漏浆处理文献，提出了注浆法解决漏浆问题。本设计方法借鉴了朱立群提出的“高压水切割旋喷注浆法”,结合现场情况对其进行改进设计进。 高压水切割旋喷注浆法：对建筑基桩桩内进行施工补强钻孔加固持力层。其工艺是在原钻孔桩上进行补孔，于钻孔内置喷射管至持力层溶洞范围段底部,采用高压水进行旋转喷射高压水流切割,从而达到破坏溶洞中的充填物。经过多次高压清水反复切割清洗岩溶裂隙层后,由孔底自下而上用高压水泥浆旋喷注浆,使水泥浆与溶洞内未被清理留下的粗硬颗粒充分搅拌混合，待到水泥浆注入差不多时，在注入浓水泥浆。最后再进行孔口挤压浆,待注入的水泥浆凝固后形成的固结体与持力岩层形成完整的持力层,从而达到持力层内溶洞处理补强的目的15。 注浆法封堵裂隙：本工程进行钻孔灌注桩施工前，会对每个桩位打超前孔，用来探明溶洞的大小、填充物的类型和漏水程度并绘制钻孔柱状图。该方法利用在超前钻孔内置入喷射管至溶洞底部，在一定压力下，利用注浆泵把黄土和水泥形成的水泥浆注入溶洞和岩溶裂隙内进行封堵。采用注浆法封堵裂隙必须要满足以下两点要求： （1）注浆压力选择合适，主要保证水泥浆能充分封堵裂隙。 （2）水泥浆中添加合适量的早强剂试剂，保证水泥浆能在几分钟或十几分钟后快速凝固，这样可以减少水泥浆的流失，是材料的利用率高、比较经济。 为了达到上述要求，水泥浆配比设计如下： （1）早强剂选择甲酸钙 甲酸钙对混凝土的影响在于可以改变混凝土系统中硅酸三钙的浓度。甲酸钙能降低体系中的PH值，提高C3S的水化速度，同时可以提高液相中Ca+的浓度，使硅酸钙溶出速度加快，达到快速凝固效果。根据王娟等16在研究甲酸钙早强剂在普通硅酸盐水泥中的成果，即随着甲酸钙掺量从0%-2.5%的增加，水泥的凝结时间逐渐缩短，初凝时间从200min 缩短到20min，终凝时间从300min缩短到30min。我选择了甲酸钙作为水泥浆的早强剂。现场水泥浆正常初凝时间为170分钟，掺入2.5%的甲酸钙可以使水泥浆初凝达到16分钟左右。 （2）水泥浆配比 材料选择水泥和黄土 为了能到快速封堵岩溶裂隙的效果，我们适配浓水泥浆即：水泥：黄土:水为1：1:0.8 配制该水泥浆前会将2.5%的甲酸钙掺入水泥、黄土混合料中，这样配制出的水泥浆可以在溶洞中快速凝固起到封堵裂隙作用。 注浆管路布置如图3-4下： 图3-4 注浆管路布置图工艺过程：（1） 扩大超前钻孔。现场超前钻孔孔径为100mm，为了保证注浆快速，设计注浆孔孔径为200mm、注浆管内径为100mm，周围环形空间用来排溶洞充填物。（2） 安装孔口封闭器。孔口封闭器主要用来避免注浆时，溶洞充填物喷出地面。在孔口封闭期旁侧开一通孔，用来将溶洞充填物排到废浆池中。（3） 注浆管必须置于离溶洞层底部20cm左右处，保证水泥浆能注入孔底，不随溶洞充填物排出。（4） 注水泥浆。注水泥浆时，保证水泥浆充分搅匀，再用注浆泵将水泥浆注入孔底。（5） 注浆压力。一般注浆压力达到3MP就可以正常注浆，结合表2-2中BW250型泥浆泵的参数，注浆压力为4MP时泵量最大，而且也满足注浆压力，所以选择最大泵量注浆。（6） 排浆过程中，时常指导现场工人清理泥浆槽。（7） 注浆结束，立即清洗注浆管和注浆泵以防被水泥浆堵塞。注浆法与其他三种常用漏浆处理方法相比较，有以下优点：（1） 整个施工工艺使用的设备和材料都选自项目现场。（2） 该方法与其他三种方法处理时期不一样，该方法在于预防漏浆事故发生，是在钻孔灌注桩施工前进行处理，这样保证了后期正常施工进度。（3） 注浆材料选择简单、廉价，可以降低施工成本。（4） 该方法处理的桩孔在后期进行钻孔灌注桩时不会出现卡钻、塌孔事故。 综合分析可以看出，注浆法在处理该项目漏浆事故非常合适。本方法也可以处理类似工程项目中出现的漏浆事故。 第三节 埋钻3.3.1埋钻事故分析马山工业园旧城改造项目前期出现3起埋钻事故，以C4-124号孔作为代表性的实例作分析，该孔地层分布见图3-5 C4-124号孔钻孔柱状图。 图3-5 C4-124号孔钻孔柱状图 图3-3详细地层信息如下：0-21.20m为粉质粘土，主要由含少量铁锰质氧化物 、部分土层灰白色高岭土团块和砂岩及硅质岩碎石组成，为中等偏高中等偏低压缩性土，可-硬塑状态；21.20-24.3m为灰岩呈浅灰色、中风化，主要由方解石构成，裂隙较发育，岩芯为柱状、较完整，采取率75%-90%，属较硬岩； 24.30-28.50m为溶洞充填黏土层，充填物呈棕红色，含灰岩及石英岩角砾，呈湿、软可塑状态，充填于灰岩溶洞中；28.50-34.80m为灰岩层与上面相同；34.80-35.90为空洞无填充物；35.90-38.10m为灰岩层与上面相同；38.10-45.50m为灰岩呈浅灰色、中风化，主要由方解石构成，隐晶质结构，中厚层状构造，钙质胶结，裂隙较发育、岩心较完整、为柱状采取率85-90%,属较硬岩。 1.埋钻具体情况:C4-124号孔设计孔深40.5m,3月19日早上开孔，埋钻事故发生在3月22日下午2:40左右，孔深40.3m位置处。当时在40.25m处停机测孔深，测完后停钻20分钟后重新开始钻进同时提高了冲击频率。钻进10分钟左右钻机出现提钻困难，提到孔深29m处钻头不能提起，而且上下也不能活动。现场工人使用钢管探埋深，在孔深19m处到达埋深面，四周也不能再往下探。所以该孔埋深段在孔深19-40.3m处，埋深段厚度为21.3m、埋钻段厚度为10m。 2.埋钻的原因分析 工程地质分析：结合现场地勘资料，埋钻地点位于C4号楼靠谭鑫培路南侧，原属马山工业园旧城区居民住宅用地。结合C4号楼详细地勘报告显示该区域有5-6m地层，主要由粘性土和少量建筑垃圾及生活垃圾近期回填，所以该部分地层结构松散、均匀性差，未完成自重固结。该施工区域处于粉质粘土层上面施工，结合粉质粘土性质其表层土质结构松散，多为中-高压缩性的软-可塑状粘性土，以及软-塑状的粉质红粘土，具有含水量高、均匀性差、强度低等特点。导致该工程地质物理力学性质较差，结合该地层有5-6m的建筑垃圾层，导致该地层属于不良地基层。此土体在自然条件下处于稳定状态，但对外界干扰特别敏感，如现场C4-124号孔当天临近3台钻机外加一台吊车现场辅助同时工作，钻机和吊车工作时振动地层会导致出现地层失稳出现土体坍塌埋钻。 土力学分析： （1）由于现场泥浆制备采用自然造浆，所以场地土质具有较强的水敏性，在水流冲刷或浸泡作用下，易产生塑流变破坏。 （2）由于现场采用钻孔灌注桩，钻机选择冲击钻机进行钻孔。所以在周期性荷载冲击、振动作用下，一是表层土体会产生剪切破坏，依据库仑定律，土体的抗剪强度与法向应力的关系为: （ 3-1） 式中: 剪切破坏面上的法向总应力，kPa； C 土的粘聚力(无粘性土为0),kPa； 土体的内摩擦角,o；