岩溶地区钻孔灌注桩施工方法

岩溶地区钻孔灌注桩

施工方法

编制单位： 编制人员： 编制时间： 二〇一〇年十一月

岩溶地区钻孔灌注桩施工方法

摘 要：京福铁路客专闽赣Ⅱ标石峡岭特大桥桩基础采用回填片石、粘土法处理溶洞,与钢护筒跟进法相比节省了钢护筒，节约了成本,且处理效果较好.文章阐述了该项工艺的技术要点及工程实施情况。

关键词：溶洞处理；钻孔桩施工工艺

一、工程概况

石峡岭特大桥起讫桩号为DK442＋458.13～DK443+090。59，全长632。46米.桥跨布置为19—32m。桥墩采用圆端型实体墩，合肥桥台、福州桥台采用矩形挖方台.该桥18#、福州台桥墩基础采用扩大基础，其余墩台基础采用钻孔灌注桩基础，共176根。

二、控制工程和重难点工程

本桥控制工程主要为岩溶地区的钻孔灌注桩施工。

三、施工准备

在施工过程中，若钻孔灌注桩钻进时遇到溶洞、裂隙地带，就会出现孔内泥浆急剧下降,如不及时补充水头和抛填粘土、片石等回填物堵塞溶洞、裂隙带的漏浆空洞，抬高水头以增加孔壁侧压力，孔壁土层就不能承受地下水和周围土层的侧压力，就会造成护简底部地层坍塌和埋钻的现象,护简周围地面大面积整体下陷，地面也可能出现裂缝.一旦出现这种异常情况，若处理不及时或处理不当将会影响到工程质量和人员、设备的安全，造成经济上的重大损失，施工周期也

将延长。

3。1场地准备

施工前先对桩位处的场地进行平整：一般地段桩位处的场地,清除地面的杂草、树根等然后进行压实；软基地段的桩位则需清淤后再用碎石土回填推平压实.就近选择一块空地，储备足够的片石、碎石、粉煤灰和水泥等必备材料。

3。2测量放样

测量人员负责根据设计图纸桩位坐标放样，以确定桩位，精确测量桩中心,误差不超过±1cm.架子队测量员必须对所放桩位换手复测、复算，两次测量检查无误后，由现场技术员负责报送有关检查资料至监理工程师处审核.另在桩位的纵横中心线上埋设护桩,护桩距桩中心2米.护桩采用带有十字凹槽的螺栓或在钢筋棍上刻划十字丝，要保证护桩位置的精确,以便在施工中随时校验孔位，对于护桩要严加保护，不得随意破坏.护筒安放好后将桩位标记反到护筒上，用红油做好标记。

3。3护筒埋设

钻孔前，先埋置导向护筒。护筒采用8mm钢板卷制，长度一般2.0m 一节，护筒内径大于钻头直径（旋转钻机比钻头大约20㎝，冲击钻机比钻头大约40cm）。护筒平面位置偏差不得大于5cm，倾斜度不得大于1％。钢护筒连接时两端打磨成45度坡口焊接连接，焊缝质量符合焊接规范要求以保证不漏浆，护筒顶端预留200×200mm的出浆口。为防止钢护筒在钻进成孔过程中水头突然下降、地层扰动后液化发生坍塌倾斜等事故，在埋置护筒时,将护筒一定周围内的砂性土挖除，回填粘性土至护筒底以下0.5m处并夯实，然后通过定位的控制桩放样，把钻孔中心位置标于孔底,再把护筒放进坑内，然后移动护简、使护筒中心与钻孔中心位置重合.在护筒周围对称、均匀回填最佳含水量的粘土，分层夯实、达到最佳密实度，同时也选用刚度好、接头严密、不漏水、抗挤压的钢护简。 3。4泥浆制作及泥浆池布置

设置容量不小于2倍单孔容量的泥浆池和沉淀池，泥浆采用优质粘土造浆，泥浆比重应大于1．4.在钻孔桩施工过程中，对沉淀池中沉渣及灌注混凝土时溢出的废弃泥浆随时清理，防止泥浆溢流，并用砼灌车运弃至指定地点，禁止就地

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弃渣，污染周围环境，泥浆池布设见图3。1。

图3—4 泥浆池布置图

四、溶洞处理

岩溶地区钻孔灌注桩施工必须按照图纸要求，要先施工长桩，再施工短桩，同时尽量安排两相邻桩跳开施工，确实无法错开时，则要等到相邻钻孔桩混凝土强度达到2.5Mpa后方可施钻，避免影响相邻已施工好的钻孔桩质量,施工工艺流程见图4。1。

图4。1 溶洞地区钻孔桩施工工艺流程

根据溶洞的高度、洞内填充物的情况，对溶洞采取不同的处理方法。主要有：抛填、注浆固结、钢护筒跟进等。本桥钻孔灌注桩采用回填片石、黏土法处理溶洞。

1。提前注浆处理

一般适用于10m以下半填充或全填充溶洞的处理.目的:溶洞内注浆预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间,并达到一定的强度，防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等施工工序的顺利完成。

（1）注浆加固方法

超前钻孔过程中，每遇到漏浆溶洞或裂隙，立即进行注浆处理.并用纯水泥浆封堵，利用浆液的流动性，在压力作用下，充满空洞及裂隙。开启注浆泵进行注浆，控制注浆量；当注浆量达到设计量或顶部返浆后，上拔注浆钻杆,直至结束；注浆结束后，清洗注浆设备，防止残留浆液凝固，堵塞钻杆。

（2）注浆主要技术参数 注浆压力：0.1～0。2MPa 注浆流量：8～10L/min 浆液配比（重量比)：

水泥∶水=0.8（0。6）∶1

高压注浆示意图见图4.2。

图4.2 高压注浆示意图

2.填充粘土和片石处理

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粘土和片石填充适用于高度10m以下无填充及20m一下全填充、半填充的溶洞处理，此法方便、快捷，节省费用.

当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1:1体积比)回填，溶洞较大时可加入部分水泥，回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实,直至回填至溶洞顶部1～2m。溶洞回填完成后，向钻孔内注入稠度较大的泥浆,使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻头冲击，使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时,应再次回填，反复回填、反复冲击，直至不再漏浆为止。

采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒须穿透砂砾等透水层、坐在不透水层上，尤其是多层溶洞，以防止出现溶洞后孔内水头急剧下降而造成坍孔。

图4.3 穿越溶洞时发生漏浆随后出现部分护壁垮塌

图4。4 漏浆后回填黏土 图4。5 漏浆后回填片石

图4。6 回填片石、黏土法处理溶洞

3.钢护筒跟进法

对于高度大于10m及多层的半填充溶洞或空洞，采用钢护筒跟近。对于设计孔径为1m的桩基，开孔时利用1.2m钻头进行扩孔至溶洞底标高，然后安装钢护筒,重复上述方法穿越其他溶洞，最后一个溶洞穿过后要继续钻孔至溶洞底一下1m，继续安装钢护筒至本次标高,待钢护筒安装完成后改用1。0m钻头继续钻孔至设计孔底标高。

安装钢护筒时必须利用护桩返测出孔位中心点，再使用汽车吊安装钢护筒,钢护筒安装必须顺直,连接必须满焊，防止漏浆。

图4.7 钢护筒跟进法处理溶洞 图4.8 护筒跟进法施工流程图

施工准备 ↓

钻孔穿过第一层溶洞底 ↓

下沉护筒至第一层溶洞底 3

↓

钻孔穿过第二层溶洞底 ↓

下沉护筒跟进下沉至第二层溶洞底 ↓ 钻孔至设计岩层 ↓ 成孔检测、清孔 4。裂隙漏浆的处理

裂隙对钻孔桩施工造成的主要危害是漏浆。由于护筒埋深浅（最初入土深度3米左右，处于土质地层中），漏浆极易引起孔壁坍塌。

主要处理措施为：

(1）入岩前，准备充足的水源和一至二台水泵。

（2）准备足够的粘土，并将粘土做成泥球，直径15~20cm。 （3)准备一定数量的小片石或狗头石，直径10～20cm.

（4）密切注意护筒内泥浆面的变化情况，当泥浆面迅速下降时，证明在漏浆，首先要赶快补水，然后将泥球往下投，如此即可将漏浆堵住，之后，将粘土和片石按大约1：1的比例往下投约2米,再重新开钻，这样砸碎的片石和大颗粒土可将裂隙填充一定的距离（阻碍裂隙宽度变化)，即可钻进一定深度而不漏浆。当再次漏浆时，仍按上述方法处理，即可逐步钻至设计孔底标高。

五、清孔及成孔检查

当钻孔深度达到设计标高时，立即进行第一次清孔，并请设计代表到现场对地质进行确认,并留有岩样(每个墩的第一根、第二根桩对角线布置)。清孔合格后用验孔笼对孔深、孔径、孔形和进行检查。验孔笼采用与钢筋笼同等规格钢筋焊制而成,直径与钢筋笼相同，长度为6ｍ（一般为钻孔桩设计直径的4～6倍）,做成梭形，两瑞长度各为0.5ｍ，中间长度为5ｍ。确认满足设计要求后，质检工程师报请监理工程师检验，监理工程师认可后进行清孔。清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于

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1%，粘度16～20s；灌注水下混凝土前柱桩孔底沉渣厚度不大于5cm,摩擦桩不大于10 cm.严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔作业.钻孔桩孔位允许偏差见表5.1。

表5。1 钻孔桩孔位允许偏差

序号 1 2 项 目 孔 径 孔 深 摩擦桩 柱 桩 3 4 5 孔位中心偏心 倾斜度 浇筑砼前桩底沉渣厚度 摩擦桩 柱 桩 群 桩 单排桩 允许偏差 不小于设计孔径 不小于设计孔深 不小于设计孔深，并进入设计土层 ≤50ｍｍ ≤50ｍｍ ≤1%孔深 ≤100ｍｍ ≤50ｍｍ 六、钢筋笼加工与吊放

钢筋笼加工采用长线法施工，在专用胎具上加工成型.钢筋笼整体加工制作.钢筋笼每隔2～4m设置十字加劲撑，以防钢筋骨架在运输和就位时变形。钢筋笼主筋经调直后采用双面搭接接焊接长。钢筋笼统一在钢筋棚内加工，平板车运至现场，在孔口利用25t汽车吊吊放.下放时检查钢筋笼垂直度。为了确保桩身主筋净保护层厚7cm,钢筋笼骨架上沿各加劲箍筋布置椭圆形细石子砼垫块，以保证保护层厚度.钢筋笼安装就位后立即将钢筋笼中四根加长主筋与钢护筒顶部焊接固定，防止混凝土灌注过程中钢筋骨架上浮。钢筋笼上部伸入承台范围内的箍筋待破除桩头混凝土后再按设计要求绑扎就位。钻孔桩钢筋骨架的允许偏差见表6.1。

表6。1 钻孔桩钢筋骨架的允许偏差

序号 1 2 3 4 项 目 钢筋骨架在承台底以下长度 钢筋骨架直径 主钢筋间距 加强筋间距 5

允许偏差 ±100mm ±10mm ±10mm ±20mm 序号 5 6 项 目 箍筋间距或螺旋筋间距 钢筋骨架垂直度 允许偏差 ±20mm 骨架长度1% 七、砼灌注

1.导管使用前必须进行水密性实验和提拉试验。导管按顺序编号，连接成整体,一端密封，另一端注水,使导管中充满水,并用1m3空压机加压,所加压力宜为孔底静水压力的1.5倍。检查所有导管是否有漏水现象,如果有漏水现象必须更换漏气处导管重复试验，如果不漏气则必须将导管拆除颠倒导管顺序，如：1号、2号互换，3号、4号互换,依次类推把所有导管按新顺序排列好后重复加压过程，并检查有无漏水现象，如果无漏水现象则说明导管密封性满足要求可以使用.

2。安装导管时必须使用完好无损的密封圈，并将法兰盘上紧,防止导管漏水、漏气.每灌注3-4根桩后必须换新的密封圈。

3.砼灌注时必须使用导管架将导管卡住,以保证操作人员的安全并防止导管掉入孔中。砼灌注必须准备一个大料斗(储料2m3）,小料斗一个，首封砼灌注完成后换小料斗进行灌注.

4。砼灌注前必须对泥浆三项指标进行检查,泥浆比重不得大于1。1，稠度16—22s，含砂率不大于1％,沉淀层要求：柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于10cm。

5.砼灌注前必须进行塌落度试验，塌落度允许范围：180-220mm，要求砼和易性要好，塌落度不满足要求及出现离析现象的砼必须退回拌合站重新搅拌，如果不能调好，必须按废料丢弃.

6.砼灌注前必须认真计算核对导管每节长度、节数、总长，并控制导管底悬空30—40cm，最大不超过50cm。

7.砼灌注前必须检查吊车、钻机设备的钢丝绳等设备的完好程度，对于磨损严重的设备必须进行更换后才能进行砼灌注。

8.采用砍球法灌注水下混凝土，首盘混凝土需用量由如下公式计算确定（见图7。1)：

V≥πd2/4×h1+πD2/4×Hc

式中：V-———首批砼所需数量，m3;

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h1———-井孔砼面高度达到Hc时，导管内砼柱平衡导管外水（或泥浆）压所需要的高度，即h1≥Hwγw /γc,m;

Hc——-—灌注首批砼时所需井孔内砼面至孔底的高度，Hc=h2+h3，m； Hw-———井孔内砼面以上水或泥浆深度,m; D—-—— 井孔直径，m； d —-——导管内径，m；

h2—-——导管初次埋置深度（h2≥1。0m）,m； h3——-—导管底端至钻孔底间隙,约0.4m。

图7。1 首批砼数量计算示意图

要求首封砼灌注完成后导管埋深必须1—3m,如果不能达到要求必须将导管提出，将孔底砼用吸泥机吸出，重新安装导管、清孔,满足要求后再进行砼灌注。

9.砼灌注过程中，导管埋深2-4m，最大不超过6m，砼必须连续灌注,中途不得停顿.灌注前必须做好充分的准备工作，配置足够备用应急设备和材料，确保灌注单根桩水下混凝土时间不超过8小时。间隔时间过长会影响砼流动性,造成砼灌注困难。

10。砼灌注结束时必须对空方深度进行测量，用测量绳进行量取，以感觉到石子为准，用尺测量测量绳长度，对空方深度进行判断，空方深度必须满足要求，以保证桩顶砼质量,避免短桩事故.空方深度=设计孔深—设计桩长-1（图纸要求超灌深度）。

11.对于岩溶地区，砼灌注完成后应观察泥浆面有无变化半小时，如泥浆面没有变化便可拆除导管，如果泥浆面下降则必须继续进行砼灌注，并反复量取砼面高度，直至砼面稳定为止。提升导管时要匀速、缓慢提升,尤其是提升最后一节导管时必须缓慢,防止提升速度过快造成泥浆进取砼中。

12。砼灌注完成后待砼达到2。5Mpa以上后必须将孔位回填,防止出现安全事故。

八、 处理溶洞的心得及体会

1.泥浆制备

采用膨润土造浆，泥浆比重控制在1。2~1.4;以有效护壁,防止坍孔.为提高泥

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浆的胶体率及稳定性，可掺入0.1%~0.4%的纯碱。

2.安全意识

钻进过程中如发现明显漏浆，应迅速提锤，操作手迅速离开钻机；避免安全事故发生,并及时补浆，向孔内抛填块石、粘土、水泥包等，达到堵漏、防止塌孔的目的，直至泥浆面稳定为止。

3.溶洞处理中的注意事项

（1)钻至离溶洞顶部 1米左右时，在1～1。5米范围内变换冲程，逐渐将洞顶击穿,防止卡钻。

（2）溶洞顶板处理时，若溶洞顶板、底板面高低不平时,先向孔内分层抛填片石和粘土,用冲击钻机小冲程式冲击切削硬岩成孔.

（3）对于空溶洞或半充填的溶洞,在击穿洞顶之前，要有专人密切注意护筒内泥浆面的变化，一量泥浆面下降，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、整包水泥后冲挤压密实，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）遇到特大型空溶洞或半充填的溶洞时，先在孔口附近准备好足够的块石、粘土、水泥。在洞顶打穿时，一旦发现漏浆，要迅速填堵,防止塌孔。一般溶洞洞顶击穿后,桩孔中泥浆会很快下降，此时要用铲车及时将准备好的块石、粘土、水泥按适当的比例抛入，直至孔中的泥浆停止下降，并慢慢上升，此时可用冲锤进行适当挤压，反复抛块石、粘土、水泥，直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死为止，最后补充满泥浆再重新成孔，溶洞较大的等1～2天后再重新冲孔成桩。

（5）对于溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥的溶洞,进入溶洞后也应向孔内投入粘土、片石混合物(比例1:1）,冲砸固壁。

（6）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弯孔处0.5米以上,重新冲砸。

4。坍孔

遇到空溶洞或裂隙漏浆而回填及补水不及时，就有可能塌孔。

石峡岭特大桥15—1＃桩基在钻至17m时漏浆，泥浆面迅速下降,在回填过

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程中可以听到孔壁坍塌的声音，在回填未结束时护筒脚孔壁坍塌，护筒下沉70cm，继续回填至护筒脚以上1m，在原护筒上焊接两节1m/节的钢护筒，后将原孔回填至地面标高，放置1天后重新放样开孔，本桩基在3天后冲击成孔.故塌孔发生后，可采用加深护筒，然后回填重新冲砸的方法处理.

石峡岭特大桥12-12#桩基设计桩长77m，设计孔深81.812m，最后一层溶洞顶标高为84。89m，底标高为80.49m，80。49m标高处孔深为80.1m，在钻至孔深为76.2m时漏浆，泥浆面迅速下降，由于泥浆管在孔中长度为75m,人工提升速度太慢，会造成塌孔，遂用小卷扬机提升泥浆管.开孔时在护筒上安装一个定滑轮，定滑轮槽道深度要求大于10cm,深度不够的可在定滑轮槽道边缘焊接钢板加高。将泥浆管放在定滑轮上,将小卷扬机固定在距离空口20m处，另一端捆绑在泥浆管上，开动卷扬机提升泥浆管，这样重复四次可将泥浆管全部提出，用时15分钟。泥浆管提升完毕后立刻回填，有效地控制了塌孔的发生。

5。地下水流入孔内

地下水系发育的桩基钻进过程中会出现泥浆稠度达不到要求，利用反循环无法浮渣，严重影响钻进速度。

石峡岭特大桥12—12＃桩基在钻至45m处时由于地下水流入孔内造成泥浆稠度逐渐下降，无法浮渣，在孔中填入优质黏土仍无效果,后利用内径为60cm的掏渣筒将钻渣掏出，使钻进能够正常进行。

6.砼灌注过程中浮笼

由于回填次数较多使得桩基孔径扩大，钢筋笼与孔壁的摩擦力大大减小，在砼灌注过程中极易浮笼。对于孔径扩大了的桩基在安装钢筋笼最后一节时可用钢管一端套在钢筋笼喇叭口的一根钢筋上并抵在钢筋笼第一道加强筋上,另一端与钢护筒焊接牢固，钢管需要两根，对称布置，可有效防止钢筋笼上浮，同等重要的是首封砼灌注完成后要放慢灌注速度，10—12分钟灌注8m3为宜，在第一次拆管结束后可适当加快灌注速度，5-8分钟灌注8m3为宜.如果出现浮笼事故应立即停止砼灌注,将钢筋笼拔出,重新钻孔。

7.砼灌注过程中如出现导管卡钢筋笼需将导管按逆时针旋转，并上下串动，使导管和钢筋笼脱离.

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8.砼灌注过程中灌注速度不宜过快，砼不宜布满导管口，以防止导管中形成高压气囊造成砼灌注中断。如出现此情况应立即停止砼灌注，并用钢筋等较长且具有一定刚度的工具对导管进行疏通,如在已灌注砼初凝前未能疏通导管应将导管拔出，按断桩处理。

9。石峡岭特大桥15-4#桩基在混凝土灌注过程中出现异常，该桩设计桩径为1.25m，理论上8m3砼可以上升5-7m，但灌注第四车砼（8m3）后砼面上升40cm，灌注第五车砼（10m3）后砼面上升2。6m，而且反出的泥浆速度和体积正常，判断该桩在16m-19m段严重扩孔，计算该段孔径：（18÷3÷3.14×4)1/2=2。76m，根据图纸上显示本墩4#和7＃桩溶洞连通，故判断在处理4＃桩溶洞时未能在桩径范围内形成片石、黏土临时孔壁，回填的片石、黏土在4＃与7#桩之间堆积并形成了人造孔壁，造成4#桩在16m-19m段扩孔.据此在岩溶地区进行钻孔桩砼灌注过程中必须勤量测砼面高度,对于异常现象必须换手、换位进行第二次量测，两次量测结果相近的数值可作为最终砼面高度，以准确计算拔管节数，其次砼供应必须保证连续，在允许的灌注速度下尽量缩短灌注时间，防止孔内砼流动性降低，如果砼灌注被迫暂停应每两分钟上下串动导管一次，防止孔内砼流动性降低及砼将导管埋住无法提升及下降。15＃墩桩基展示图见图8。1，15—4#桩基砼灌注记录见图8。2.

图8。1 石峡岭特大桥15＃墩桩基展示图 图8。2 石峡岭特大桥15-4#砼灌注记录表

10、在钻孔灌注桩施工中如果以下三种情况须妥善处理：

1）灌注过程中下料正常,但泥浆面不动或反出量较小,这种情况可判断为人造孔壁出现空洞，使得砼流入溶洞内部。砼灌注过程中出现这种情况应立即联系拌合站，备足砼，继续灌注，直至反出的泥浆量正常，再恢复正常灌注.

2）灌注过程中泥浆面突然下降，这种情况可判断为人造孔壁被击穿,此时必须立即暂停灌注,测量砼面高度，计算导管埋深,如果导管埋深不满足规范要求的2-4m必须停止灌注，按断桩处理；如果导管埋深满足规范要求的2—4m，应立即恢复灌注，直至泥浆面不再继续下降,此时再量测砼面高度，计算导管埋深，如果导管埋深满足规范要求的2—4m，应立即恢复灌注，如果导管埋深不满足规

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范要求必须停止灌注，按断桩处理.

3）灌注即将结束时泥浆面骤然下降，导管从砼中脱离，这种情况必须按照断桩处理。测量孔内砼面高度,如果砼面标高低于溶洞顶标高则在后续处理中采用钢护筒跟进法处理溶洞；如果砼面标高高于溶洞顶标高可在砼达到一定强度后重新钻孔，钻进过程中必须密切关注穿越此溶洞位置时泥浆面的变化，如果无漏浆现象说明此溶洞已被砼封闭，可继续钻孔，如果出现漏浆现象则必须采用钢护筒跟进法处理溶洞，防止在砼灌注中孔壁再次被击穿。

目前石峡岭特大桥钻孔灌注桩已完成103根,大溶洞已基本处理完成，处理结果较好，砼灌注过程中未出现因人造孔壁被击穿造成的断桩事故。在石峡岭特大桥钻孔灌注桩的施工中取得的成功经验，将成为我们在今后岩溶地区钻孔灌注桩施工中的宝贵财富。

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