桥梁钻孔灌注桩基础岩溶地质施工技术处理

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摘要：本文结合实际的工程实例，介绍了桥梁工程中的溶洞形式，探讨了桥梁桩基础溶洞的施工技术措施和处理方法，同时还要注意桩基础的监测监控。

关键词：桥梁；桩基础；溶洞；施工处理；

1 工程概况

新建合肥至福州铁路客运专线裕溪河特大桥300#墩承台平面尺寸为16.7m*10.6m，厚4.5m，设计桩基11根，呈梅花形布置。300#-11#桩距离河岸大堤最近（承台边缘距大堤坡脚2　m，距大堤顶内边缘6.7　m），设计桩径2m，桩长56.5m，最小嵌岩深度16m。该桩位置承台以下地质分别为12m厚σ0=60kpa的软塑--流塑淤泥质粉质粘土，2.5m厚σ0=120kpa的软塑粉质粘土，　1m厚σ0=200kpa的中密细砂，5.2m厚σ0=350kpa的中密细圆砾石，10.8m厚σ0=180kpa的硬塑粘土，1m厚σ0=600kpa的弱风化角砾状灰岩，9m厚岩溶（无填充物，该溶洞从300#墩延伸至304#墩），15.4m厚σ0=600kpa的弱风化角砾状灰岩。

2 溶洞形式

2.1 充填性溶洞

一般由粉质粘土充填，钻孔遇到此类溶洞时钻进尺寸会突然加快，孔内泥浆面缓慢下降，钻机钻头轻微晃动和摇摆。

2.2　严重溶蚀的溶洞

一般溶蚀裂隙发育，溶蚀面清晰，或呈溶沟槽状，或岩芯溶去一部分，甚至为空洞，孔内有少量漏水。当钻孔遇到此类溶洞时，泥浆面会陡降，钻机晃动并伴有倾斜现象。

3 溶洞施工技术措施

3.1　片石粘土筑壁

当穿过洞顶板后提出钻头，向孔内投入粘土、片石，片石直径20cm　左右；片石、粘土采取分层抛填入孔，抛填比例按1：1施工，先抛入片石，再抛入粘土，依次循环进行，直至填充物高出溶洞顶以上1～2m　后，再放入钻头，小冲程高频率冲击穿过空洞，不盲目追求进尺，将粘土和片石挤入孔壁，实现人工造壁。冲击过程中要注意孔内水位变化情况，如果孔内泥浆下降较快，应及时向孔内补充泥浆，测量并控制冲孔深度至溶洞顶距离小于50cm时，提出冲锤，向孔内继续抛填片石、粘土，然后再进行冲孔，如此往复直至穿过溶洞后逐渐加大冲程至正常冲孔速度。

钻至距离溶洞顶部1米左右时，准备足够的小片石（粒径为10～20cm）和粘土，对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。快钻至溶洞时，装载机要在孔口旁就位，一旦漏浆，立即回填。

3.2 灌注水泥混合物

钻孔穿越溶洞，漏浆太快散填难以达到封堵目的时，应采用集中抛填，将粘土、片石和袋装水泥或混凝土集中填入，要求短时、集中。

对于溶洞的高度在2～5m，且洞内为无填充物的溶洞，冲孔至溶洞顶板岩层时，泥浆突然下降，补给泥浆不能回升，则采取先填充碎石、砂混合物和袋装水泥，使溶洞空洞形成一个自然圆锥体。然后用小冲程冲击将混合物挤压到溶洞边形成一定厚度和强度的水泥浆碎石护壁，混合物将空隙初步堵塞后，停止冲击。24h后，待混合物的强度达到2.5MPa后再继续冲击，穿过溶洞。

3.3　钢护筒跟进

对于溶洞较大或桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，但在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以采用钢护筒跟进施工。

3.3.1　护筒埋设

在护筒埋设过程中，需要注意：

1） 护筒逐段拼接时，段与段之间拼接的顺直度要控制好，以防止折曲。

2） 孔口定位，护筒口中心要保证与桩基中心基本重合，然后将其与地面外护筒用钢板连结固定。

3） 护筒底部刃脚处加强，以防在施打过程中发生卷刃。

3.3.2 单护筒跟进

接长钢护筒，采用振动锤下沉钢护筒到基岩。冲孔钻进时，泥浆比重控制在1.3～1.4。当击穿溶洞顶板时暂停钻进，提出钻头，进行溶洞区水下混凝土灌注。混凝土采用低标号小坍落度的混凝土。混凝土灌注采取间歇灌注方式，尽量减小混凝土的流失，直到灌至溶洞顶面以上1m，待混凝土达到一定强度后继续冲击钻进。

3.3.3 双护筒跟进

本工程从地质资料上揭示为单个大溶洞，已打入的外护筒内径为240　cm，内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=（h+H）m（h为地质超前钻确定的溶洞高度，H为溶洞顶到地面加30cm的高度）；内护筒内径大于桩直径10cm。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，钢护筒钢板厚为10mm。

内护筒的沉放。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机（或桩机自身重量）把内护筒放入外护筒内沉至孔底，必要时用振动锤下沉。

用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时，施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。钻头直径大于钢护筒外径3　～　5cm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。

如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小，不能满足护筒下沉要求的，回填并加大钻头直径二次冲孔，以保证钢护筒顺利下沉。为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈。

3.4超前注浆填充溶洞

注浆施工步骤及施工重点：

（1） 注浆应先深溶洞后浅溶洞，并按每根钻孔中心位置先外后内的顺序进行，采用自下而上注浆方式。

（2） 注浆过程中加强地面观测，并作好记录，当地表升降达到10mm/d，水平位移超过5mm/d，在既有线及既有建筑附近应暂停注浆，特殊情况应及时上报有关部门处理。

（3） 对于注浆效果较差地段应进行补充注浆。

（4） 注浆压力控制：注浆压力一般控制在0.3～0.5MPa，最大压力1.5MPa，当注浆压力超过1.5MPa时，可停止注浆，必要时可间歇式注浆。

（5） 冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行，一般等待时间为10d左右。

（6） 为防止意外，冲孔前应有备用措施。备好材料，一旦泥浆泄露，及时向孔内投放粘土，依靠冲挤在溶洞内形成粘土的围护结构墙，保持孔内泥浆高度，使冲钻顺利进行。

（7） 接近溶洞时，采取轻锤冲击、加大泥浆浓度的方法成孔，以防卡钻和掉钻。

4 桥梁桩基础溶洞处理方法实施

4.1　穿越溶洞顶板冲孔方法

当钻孔接近顶板时，往往由于岩面倾斜，出现钻头摆动，或撞击护筒和孔壁，或冲击声音减弱等现象，说明钻头已经接近顶板。在桩基冲孔过程中，钻至离溶洞顶部　1米左右时，容易造成冲孔钻头突然在一侧或固定方位穿洞产生卡钻事故。每遇到一层溶洞，当钻头将要穿越溶洞顶板底之前，无论是否漏浆，是否为充填溶洞均应向孔中投入一定数量的比例为1：1　的片石、粘土，然后在1～1.5米范围内变换冲程，用0.5m的小冲程冲击投下的混合物，使其挤入裂隙、溶洞内，如此反复操作，多次挤入溶洞通道固壁，逐渐将洞顶击穿。

钻头穿越溶洞时要密切注意主钢丝绳的情况，以判断是否歪钻。若歪钻应按1：1的比例回填粘土块和片石或填充素混凝土至弯孔处0.5m以上，素混凝土强度必须达到2.5MPa后才能重新冲砸。

对于空溶洞或半充填的溶洞，特别是地质资料显示漏浆的溶洞，在击穿洞顶之前，要有专人密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，首先应迅速补水，然后用铲车及时将准备好的片石、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，此后可用钻头进行适当挤压，直至把桩基周围的溶洞都填满或堵死为止，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。如果孔内水位继续下降，此时应考虑将钻机撤离，防止坍孔埋机。

4.2　穿越溶洞填充物处理方法

溶洞填充物多半是沉积而成，是一种可塑性填充物，在桩基冲孔过程中，容易造成漏浆、坍孔和埋钻。因此，在钻孔穿越溶洞填充物时，必须采取的措施是：首先往钻孔中回填片石和粘土，实施造壁处理；然后往孔内灌注混凝土，造成人工填充物护壁，通过冲孔－回填－冲孔重复作业成孔。即将回填料均匀灌注到钻孔四周，回填到一定高度用钻头适当夯实，使回填料压入溶洞顶部内，并且增大孔周填充物的密度，待泥浆回升到护筒口形成循环流动以及待填料凝固到一定强度之后继续冲孔。

4.3　穿越溶洞空穴处理方法

若溶洞内没有填充物，冲孔至溶洞顶板岩层时，泥浆突然下降，补给泥浆不能回升，也不能保持循环流动。此时，必须往孔内回填片石、粘土或混凝土，使溶洞空洞形成一个自然圆锥体。然后在圆锥体内实施冲孔，使孔周围形成一定厚度和一定强度的护壁，保证泥浆回升到孔口形成流动循环。

若溶洞内没有填充物，溶洞顶板岩层上部土质松软，孔壁极易坍塌，此时必须对桩孔实施护筒护壁的方法。冲孔时先将溶洞顶板岩层冲掉，然后冲平溶洞底部岩层。在溶洞底部的钻孔四周回填大约1m高的粘土，护筒垂直地插入粘土堆内，保证护筒不漏浆，待泥浆回升到孔口形成循环流动之后继续冲孔。必须注意，护筒护壁方法由于钻孔加大，施工难度较大，工程费用较多，只有在个别大溶洞且泥浆流失严重，泥浆不能形成循环流动的情况下才采用。

5 桩基础的监测监控

本工程桩基施工地处岩溶发育地区，在施工桥梁桩基时对桥址周围建筑物和地表不可避免会有一定影响，为预防和防止岩溶桩基施工时因桩基塌孔而引起周围建筑物倒塌、开裂，地表下陷等事故的发生。在施工中必须对桥址周围建筑物和地表进行监测监控。

观测结果应于当日整理完毕，并及时将成果报业主、监理，若发现观测结果出现异常时，及时通知业主、监理。如出现建筑物差异沉降超过1/1000L（L为相邻两沉降点之间距），必须立即上报项目总工。

6 结束语

桥梁桩基础属桥梁施工当中重点隐蔽工程，针对溶洞桩基础的处理方式要求技术性很强，施工过程中如处理不当将会带来巨大的经济损失及施工安全。因此，在施工中要根据地质的不同情况和溶洞的不同类型，综合考虑多种因素，合理地选用经济、安全、有效的处理措施，就能解决桥梁施工中溶洞桩基的施工技术难题，在保证施工安全、质量、工期的同时，为企业、社会创造更多的价值，实现共赢。

参考文献：

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