桥梁桩基施工溶洞处治措施

桥梁桩基施工溶洞处治措施

陈锴城

深圳市美加达公路工程有限公司

摘要：桥梁桩基施工中的溶洞处理是桩基施工中经常遇到的难题。本文结合深圳市205国道屯梓河桥旧桥部分桥梁危桥改造工程溶洞处理的实例，概述了其技术措施，以供类似工程参考借鉴。

关键词：桥梁；桩基；溶洞；处治措施

在桥梁桩基础施工中，遇到溶洞的情况并不少见。作为地下隐蔽工程，给施工带来很大困难，如处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生，甚至威胁桥梁运营安全。因此充分了解桥区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等，采取稳妥的防治措施，保证施工的顺利进行，十分重要。

1.工程概况

深圳东部地区大多处于石灰岩地区，地质构造上属于华南褶皱带的一部分，区域地质构造轮廓主要有NE向及EW向构造带。因此许多桥梁均通过岩溶区。

深圳市205国道屯梓河桥旧桥部分桥梁危桥改造工程桩基设计为嵌岩桩。设计地质资料显示有少量小溶洞。

但在施工中发现地质资料不准确，溶洞较为发育。为此，我们进行地质勘察补钻后，揭示该桥位于覆盖型岩溶分布区，基岩面起伏大，局部岩溶发育，依据变化的施工实际资料，按桩基溶洞处理原则采取相应防治措施。

2.工程处理实例

2.1岩溶地质勘察补钻

岩溶地区桥梁桩基施工，首先要逐桩勘察，在充分了解桩位溶洞分布规律等基本情况下，选择既能保证质量，又安全，同时尽可能降低成本的施工方案。

对溶洞区桩基础施工前一般采用物探，或其它如电磁波层析CT探测等方法探明溶洞的具体情况。因此，我们在施工首根桩时发现地质情况与设计资料出入较大后，选择逐桩超前钻探，并按设计桩尖标高在完整基岩内加深5m，确保桥梁的安全可靠性。根据物探资料显示，该灰岩地质情况如下：

（1）地层分布

灰岩地层岩性自上而下大致分布有3层：①人工填土层（Qml）：素填土主要由回填砂与原旧桥墩花岗岩块石组成，各孔均见，层厚4.9~6.5m。②冲洪积土层（Qal+pl）：中细砂，灰白色、浅黄色，很湿，松散至稍密，底部含卵砾石，层厚3~13.4m；粘土，浅黄、棕黄色，湿，可塑，层厚7~16.6m；含砂亚粘土，棕黄色、灰黄色，湿，软塑至可塑，钻进中漏水，孔壁坍塌严重，层厚1~7.4m。冲洪积土层呈软塑至可塑状态，孔隙潜水量大，渗透性能好。③石炭系下统基岩（C1）：微风化白云质灰岩，浅灰、青灰、紫红色，2-2#孔35.2~36m，2-1#孔35~35.6m为紫红色含砾泥岩属极软岩，2-1#孔31~32.6m为破碎灰岩块夹砂砾石，1-1#孔19.5~20.5m、1-2#孔17.4~18.5m见溶蚀凹面，1-1#孔27.2~27.5m、1-2#孔28.8~29.1m、0-1#孔21.6~22m为半充填溶洞，充填物为软塑状含砂亚粘土，揭露厚度2.2~15.7m。石炭系下统基岩层呈流塑至可塑状态，与基岩的接触带部分由于潜水影响呈流塑状态；岩层基岩面溶沟溶槽等溶蚀现象严重。

（2）岩溶发育特征表现为：自上而下，由强变弱。基岩面上分布着溶沟、溶槽，浅部基岩岩溶发育较强，有的甚至呈串珠状自上而下分布，深部为古老溶洞，分布较少、暗河为古老溶洞连通而成。浅部溶洞充填物多，深部充填物少，充填物呈全充填一半充填一无充填，呈流塑一软塑状态。构造裂隙发育，地下水活动频繁地方溶洞较为发育。

（3）地下水特征

灰岩地区地下水按其赋存介质可分为三种类型，即：a.赋存于冲洪积及残积层的孔隙水,渗透性强;b赋存于下伏溶洞、溶蚀裂隙及暗河中的岩裂隙水，连通性好，水量丰富；c.赋存于构造断裂带中的裂隙水，连通性强。

通过本桥溶洞桩基的地质补钻，揭示浅层为第四系孔隙潜水，水量中等，深层为基岩岩溶裂隙水，富水性不均，岩溶裂隙带水量较丰富，地质情况及变化规律，连通性强。

以上地质补钻情况说明桥址区由于岩溶作用，基岩起伏大，接近基岩处发育一层含砂亚粘土，软至流塑状，系岩溶产物，为不稳定土体，溶洞较为发育，洞内漏水，分布复杂。钻孔施工过程中较易出现漏浆、地面塌陷等事故，这些都增加了施工难度且影响进度。

2.2工程实施原则及工艺选择

2.2.1实施注意事项

根据地质揭示溶洞地质情况和规律，拟定以下施工注意事项

（1）每根桩必须用地质钻机钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定相应施工方案提供详实依据。

（2）对填充物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测容重、含水量、孔隙率等，为注浆参数计算提供依据；

（3）根据地质钻探资料和填充物情况，对每根桩设计出相应的溶洞处理方案，成孔方法及施工措施；

（4）对每种处理方案，都要进行仔细的计算，施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验，取得经验数据，完善施工方案，指导施工。

（5）遇到大溶洞时，必须请监理工程师和设计单位核查，明确处理方案，并报监理批准后实施。

2.2.2实施工艺选择

施工中采取先易后难的策略，分期分批地组织安排施工，从中摸索经验，以便在比较复杂的溶洞区基桩加以改进并完善施工方法。施工中遵循堵洞护壁，重锤轻击的原则。

针对本桥，具体溶洞处理工艺为：

（1）基桩处于单层或层数不多的溶洞区，洞高较小，洞内有亚粘土、砂等填充物和无填充物等情况，为降低成本，采用常规方法施工：用4.5t冲击锤冲孔，循环泥浆将冲渣带出，平衡地层压力，保护孔壁防止坍塌，钻孔深度达到溶洞顶部时密切注视泥浆突然下降情况，根据泥浆下落高度和补给泥浆体积估算溶洞的体积，供灌注水下混凝土计算体积时参考用，待泥浆回升至护筒口形成循环流动后继续冲孔，冲至溶洞1~2m深，达到桩基嵌岩深度，经监理检验，下钢筋笼，清孔和灌注水下混凝土。

（2）对于溶洞高度较大的桩基，冲孔时冲到溶洞顶部，泥浆突然下降很大，补给泥浆不能回升，也不能保持循环流动，此时需要回填粘土、碎石，加5%~8%的水泥拌和料到钻孔内，其目的是使溶洞空间内形成一个圆锥体，在其中心钻孔，周围成为有一定厚度、有一定强度的护壁。

（3）对于基桩处在多层溶洞，洞高很大，洞内有填充物，但各层洞内填充物不同，或无填充物及半填充状况，基岩上层土质松软孔壁易崩塌，甚至洞内在相邻桩位形成串珠状的情况，采取钢护筒的方案。冲孔时先将溶洞顶部冲掉再将溶洞底冲平整，在溶洞底的孔径四周回填大约1m高粘土，再放入护筒，护筒插入粘土层内，使其不漏浆，护筒安放要求垂直，在护筒内灌入泥浆继续冲孔，冲至嵌岩深度和设计桩底标高，再浇注水下混凝土。

实施中根据工程实际，加强注浆防渗漏控制和成孔、岩面的检验等。

2.3桩基溶洞处理防治技术措施

2.3.1防止卡锤、掉钻措施

根据地质情况，不管溶洞上部采用人工挖孔还是冲击钻成孔，常规处理时，溶洞顶面以上部位的孔径按设计桩径加大20cm左右，冲孔时采用导向圈。钻至溶洞顶板岩层时，及时检测剩余厚度，做到抛了又冲，冲了又抛，不断循环，以小冲程，慢进尺进行。

2.3.2冲孔进度

冲孔过程中，冲击锤采取重锤轻击，进尺控制在80cm/h，提钻高度控制在50-80cm左右。

2.3.3漏水、漏浆处理措施

钻孔冲透溶洞时，注意保持孔内泥浆面水头。如发现泥浆面下降，立即提出冲锤，向孔内补浆或加水。漏浆严重时，采用片石加粘土、水泥回填，再冲击开孔，或用钢炉筒法。采用钢炉筒方案发生漏浆情况，则复打比上层护筒直径小的钢护筒，抛适量片石、粘土，用冲锤密击封堵钢护筒脚，以达到堵漏目的。

为保证堵漏目的实现，采用注浆法施工。

根据地质情况在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔。钻注浆孔也是对地质情况的进一步斟探，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。

（1）用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.5-1.0Mpa范围,具体压力值由现场试验确定。速度为15-20L/min，其目的是使浆液渗透到填充物内（包含灌入的砂或碎石），然后固结，渗透最小直径定为3.0m,以保证冲钻孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插到填充物的底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据注浆速度确定，应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆，用32.5级水泥，水泥浆配合比为水：水泥砂=0.8:1.0。若需用水泥浆砂浆时，水玻璃的含量根据现场试验确定。

（2）单花管注浆，管头花管段长度为100cm,孔眼直径和间距根据现场试孔后确定，注浆管外径为70mm，比钢套管内径要小。注浆时，通过注浆泵上的PQ仪分析确定注浆的速度和结束时间，压入量根据渗透半径，固结体积计算。

（3）为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液与砂子（或碎石）初步胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。

（4）注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，注浆顺序由现场自行掌握。

2.3.4抛填物选择

冲孔到达溶洞时，针对洞内充填物的不同，需相应抛填不同材料护壁。如洞内填充物为亚粘土，则抛填片石和粘土（5：1），并适当加砖块和水泥，以便形成稳定护壁。如洞内填充物为砂，则主要抛填粘土和片石或砖块（1：4），防止塌孔埋钻，加强护壁效果。

2.3.5防止斜孔

冲击钻成孔过程中，有时出现岩面倾斜。简单处理是抛填质地紧硬的小片石浆岩面找平，以小冲程钻进，以免造成斜孔、卡钻。但如果孔位岩面倾斜度较大，或一半岩、一半土的情况，则直接灌注混凝土，待混凝土达到一定强度后，重新钻进。

2.3.6漏混凝土的预防

在对有溶洞的桩成孔灌注水下混凝土时，可能会出现混凝土的压力把已形成的护壁破坏，混凝土浆漏入溶洞的情况。因此，我们在施工中，溶洞顶板冲透并在洞内形成封闭护壁后，再抛填粘土、片石、水泥等充填物，并超过溶洞顶板高度，进行复打，重新冲击形成强度更好、厚度更大、稳定性更好的护壁。

斟察资料及实际施工表明，本地区属岩溶发育区，因此，全岩面的正确判断成为本工程孔施工的关健。影响全岩面判定的因素较多，而现有的桩基技术规范、规程等均未列出统一的判定标准，受地质条件复杂的影响，全岩面的判断往往意见不一，成为质量控制的一大难题。实际施工中，根据岩溶地区地质条件的特殊性、复杂性及工程特点，经过试桩检验，主要从4个方面来进行全岩面的综合判断。第一，以桩孔实际见岩高程时算起，至少进尺50cm后，可申报全岩面检验，超前钻孔柱状图揭示的岩面高程只作为参考。第二，查阅机台施工记录，可将基岩进尺作为参考。第二，查阅机台施工记录，可将基岩进尺速度0.1-0.2m/h作为进入全岩面的控制速度。第三，可观察井口钢丝绳的摆动情况，锤头触岩面时会出现轻微反弹。第四，使用细目筛网捞取岩渣，岩屑含量50%-70%。且含泥、含砂量小于4%时，认为入岩。

2.3.7地表沉陷的处理

地表沉陷实际上是溶洞塌陷，造成塌孔。这容易引起掉钻、埋钻，甚至造成安全事故。例如在进行1-1#桩施工时，就出现地表轻微下陷情况。经过分析判断该处出现的溶洞是相通的，故对1-1#桩孔用粘土加片石填至孔口，再将下陷地表用片石加粘土填平，重新冲孔，处理后未再出现下陷情况。

3.结语

由于切实做好实施工组织安排和加强现场的技术管理工作，并对各种问题及时采取对应措施，如上述采取的一系列施工工艺，故在施工过程中未发生过安全及质量事故，并顺利完成该桥所有钻孔灌注桩施工。

工程经质量监督部门检测，桩基检测优良率达99%。溶洞处理取得了较好的质量效果，这也进一步证明了桩基施工中溶洞处治措施的实用性。

参考文献

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