岩溶地区灌注桩施工溶洞处理技术研究

张 瑾 李春林

(1.江西省机械施工有限责任公司 江西南昌 330001 2.常州信息职业技术学院资产与后勤管理处 江苏常州 213164)

岩溶地区灌注桩施工溶洞处理技术研究

张 瑾1李春林2

(1.江西省机械施工有限责任公司 江西南昌 330001 2.常州信息职业技术学院资产与后勤管理处 江苏常州 213164)

岩溶地区灌注桩施工的重点、难点在于如何经济安全、合理有效的处理好复杂地质对桩基成孔、成桩的影响，主要介绍了岩溶地质中钻孔桩施工的技术措施，探讨了施工中防止偏孔、漏浆和塌孔的技术处理方法，成功解决了岩溶地区灌注桩施工成孔困难的难题。

岩溶地质;钻孔桩;施工技术

0 引言

岩溶地貌又名喀斯特地貌，其特点是:溶沟、溶隙十分发育，且溶洞与裂隙、断层相互贯通，溶洞内填充状况和填充物差异较大，岩面起伏大，无规律性，大多数拟建场地的承压水水位较丰富等。岩溶地区桩基施工难度大、工期长，有的桩基施工长达数年，在施工过程中，时有危及钻机和相邻建筑物安全的现象。在常用桩基技术规范中，更是把“岩溶地区的桩基”列为“特殊条件下的桩基”，足以说明岩溶地区桩基设计与施工的复杂性和特殊性。

1 工程概况

杭长铁路客运专线(江西段)某大桥工程位于江西省境内，大桥全长3 012.61 m，共89个桥墩，748根桩基，钻孔桩直径分别有:1.0 m、1.25 m、1.5 m、1.8 m 四类，桩长7 ～75 m 不等，且66#～68#桥墩在河水中，枯水期最大水深约6 m，属深水桥墩。线路沿线地下水主要为第四系孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水。第四系孔隙水主要分布于谷地、河流及其阶地和冲海积平原的第四系冲洪积砂类土和碎石类土层中;基岩裂隙水分布不均，主要赋存于低山丘陵区岩石的构造裂隙、层间裂隙以及风化裂隙中，在断层破碎带、侵入岩接触带、褶皱核部裂隙密集带及揉皱强烈发育带等储水构造中，水量较丰富;本线经过地区，震旦、寒武、奥陶、石炭、二叠、三叠等时代地层均含有碳酸盐岩，岩溶现象发育，白垩、第三系含钙岩层亦有溶蚀现象，岩溶水十分丰富。

2 一般处理技术

1)岩溶发育轻微，小溶洞，漏浆量小的情况处理。钻孔桩施工时，当钻穿岩溶发育轻微的地层或小溶洞时，桩孔内会出现漏浆，但量不大并可控时，应反复投入粘土和片石，利用钻头冲击将粘土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，必要时还可掺入水泥、烧碱和锯末，增大孔壁的自稳能力。

2)遇空洞较大且充填物为软塑状的单层溶洞时，可采取灌注低标号砼的方法，先采取振动锤下沉钢护筒到基岩面，然后冲击钻孔至溶洞顶板，利用冲击钻穿溶洞顶板后，水下灌注低标号砼，低标号砼配合比由现场试验确定，保证每批砼坍落范围在3 m左右。砼灌注采取间歇灌注方法(以免砼流失太远造成浪费)，直至到达溶洞顶面以上1.0 m，待砼达到强度后继续钻孔，钻孔穿过低标号砼成孔。

3)空洞较大的多层溶洞无充填物或少充填物情况的处理。钻孔桩施工遇到空溶洞和多层糖葫芦串式溶洞时，可采用注浆与护筒跟进相结合的方法处理溶洞，同时，对于溶洞不大但位置较深，裂隙发育明显的溶洞，为防止其在浇桩过程中出现混凝土挤入裂隙和溶洞导致流失的情况，一般也需要提前注浆处理。

岩溶注浆施工前，应根据设计图纸和地质资料，确定注浆孔的布置和深度、方法以及参数。现场应进行平整，确保三通一平和临时排水畅通。钻注浆孔时采用φ 108 mm岩芯管开孔，采用地质钻机钻进分层采样，钻入基岩面0.5 m以下后，下砸φ 108 mm套管使其嵌入基岩，钻孔至溶洞底板深度处(无填充物溶洞，溶洞钻穿顶板即可)，进行地质核查，确认满足注浆条件。钻孔中，套管应露出地表200～500 mm，套管四周捣实封闭，并用水泥砂浆固结套管，防止浆液从套管周围串出，影响注浆效果，待固结套管的砂浆初凝后，继续钻进，并根据取出的岩芯确定岩溶发育特征，直至确定成孔。

在注浆前先进行注水试验，确定单位长度吸水量。注浆用水可采用附近经检测合格的地下水或地表水。水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于P.O32.5级。采用双液浆时，水玻璃应提前进行稀释至符合要求的浓度备用，浆液选用石粉水泥浆时，配合比为水∶水泥∶石粉 =1∶1∶0.8。压浆时注浆压力不宜太大，控制在0.5～1.0 MPa范围，具体压力值由现场试验确定。

为防止浆液流失太远造成浪费，应采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的单位注浆量、注浆压力控制值为止。注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆的压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。注浆完后采用钻孔检查，检查孔数为5%，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。注浆完成等浆液凝固到一定强度后即可进行钻孔桩施工。

4)当钻孔施工遇到充填物为流塑状或空洞较大的多层溶洞情况时，可采用护筒跟进方式冲击成孔。对溶洞深度在15 m以上且溶洞发育较大的空溶洞一般采用双护筒跟进，而对溶洞离地面较近，一般15 m以内的较大空溶洞，可采用单护筒延长护筒工艺。采用双护筒成孔时，外护筒直径应较设计桩径大200～300 mm，内护筒直径应较设计桩径大50～100 mm。并根据地质资料，按照先短后长、先易后难、先外后内的原则确定各桩施工顺序，护筒跟进应视情况与钻孔注浆工艺一起使用效果更好。

采用护筒跟进工艺时，钢护筒厚度应根据桩径大小和地质条件依据计算来确定，护筒直径较桩径大50 mm，护筒由单节或多节短护筒焊接而成。钢护筒先埋设第一节，并使筒顶高出地面约300 mm，焊接第二节后，可在护筒顶放置打板(50 mm厚钢板制作)，以利用钻机冲击下沉或采用振动锤将钢护筒振动入土，然后钻孔，孔深达到护筒底后，再焊接第三节护筒，如此循环，直至达到设计深度。

采用双护筒跟进施工时，先将外护筒下到岩面后开始进行冲钻成孔，成孔的桩径应比设计桩径大100～150 mm，以利于内护筒跟进。外钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，应在钻孔前抛填小片石和粘土，用钻头冲击把泥浆、石块挤向孔壁，以加固护筒刃脚。当内护筒下沉到位后，可在内外护筒间进行抛石压浆处理，以增加护筒的整体刚度。

3 特殊处理技术

1)防斜孔的处理技术。岩溶地区钻孔桩施工中，由于钻机钻孔时产生位移、局部下沉或由于基岩面倾斜、岩石强度不一、探头石等容易造成斜孔或弯孔的情况。因此，钻孔施工中应确保钻机稳定、牢固，必要时可铺垫石料或采用型钢加固好钻机作业平台。钻孔中，应经常检查锤绳在冲击过程中的摆动情况，在钻进至溶洞顶0.5 m左右时，要调整钻机冲程，改用小冲程钻进，做到轻击、慢打，同时要注意观察，并及时检查是否偏孔。

发现钻孔偏斜时，应及时校正钢丝绳与桩孔中心的偏差。如遇探头石引起斜孔，可用小型钻机对探头石打眼爆破。也可回填片石，用冲击锤打掉探头石或将钻机略移向探头石一侧，采取高锤猛击的办法，斩断探头石。斜孔已经形成时，应立即进行修孔，对于高度小于l m的斜孔段，用小冲程修孔，在倾斜的岩面上冲击出一个台阶，再采用较大冲程冲击。对于斜孔段高度在1 m以上时，可分次回填块径为100～250 mm的片石至原偏孔位置以上0.5～1 m(每次投入孔中片石量约为1/3补偿量)，然后用冲击钻头上下低锤冲击，直到钻头不再偏斜。对于仍无法纠正的偏孔，可在清孔后灌注水下砼到偏孔位置，待水下砼达到相应强度后再实施钻孔纠偏。

2)防涌水涌砂的处理技术。岩溶地区钻孔桩施工时，在地下水丰富地区，特别是水中墩施工中，当基岩面倾斜较大或有大块孤石，钢护筒无法全断面着岩，覆盖层透水、透浆，或者基岩中溶槽、溶沟的连通作用，导致在钻进过程中，泥浆外流或孔壁砂向孔内涌流的情况，会造成钻机进尺缓慢和孔底清渣困难。因此，在地下水丰富地区和水中墩施工中，应先用振动锤尽可能将钢护筒打穿覆盖层保证全面着岩，保证桩孔内外不连通，对于无法全面着岩的桩位，可以边钻孔边用振动锤将钢护筒整体跟进的办法，直至钢护筒跟进入基岩并挤压牢固为止。

对于桩孔下存在特大型溶洞或潜存地下暗河的桩位，则不仅要采用长护筒跟进的方法，还须采用机械设备吸渣，具体做法是:先冲孔至溶洞顶板后，停止钻孔，提出钻头，采用振动锤将比孔径大20～40 cm的护筒打入孔内至溶洞顶板位置，护筒壁厚不得小于10 mm。再重新钻孔，当击穿溶洞后，泥浆面会迅速下降，但因有护筒支护，孔位不会坍塌，而泥浆面始终不能上升，即使反复补浆，泥浆面始终不能上升，泥浆无法循环，则必须采用气举泵或吸渣泵将泥浆吸出至泥浆池，使泥浆继续循环，再进行钻孔施工直至设计孔深。

3)塌孔断桩的处理。在岩溶地区钻孔桩桩基浇灌砼时，由于桩身较长，混凝土方量大、灌注时间长，所以桩身混凝土质量控制难度很大。通过溶洞段时，易发生孔壁坍塌混凝土流失，或片石、粘土等填塞物落入混凝土中造成断桩的情况。主要原因是由于地下溶洞相互沟通，钻孔中反复回填次数不够，对溶洞的处理不彻底，虽然已成孔，但在灌注水下混凝土时，由于混凝土比重高、侧压力大，当混凝土面上升至一定高度后，会将护壁挤破，停灰面会迅速下降，水下混凝土流失，造成断桩。因此，预防断桩应在钻孔遇溶洞时，认真稳妥地处理溶洞，保证填压牢固，同时，在浇灌混凝土时，应严密监测混凝土面上升速度，要保证不小于2 m的埋管深度，并减少对下部混凝土的扰动。

4 结束语

杭长铁路客运专线(江西段)某大桥工程在钻孔灌注桩施工过程中，大部分桩都遇到了溶洞，部分桩遇到了多层溶洞和水下溶洞，但通过现场严密的施工组织，总结采用了上述针对性的施工方法后，有效地防范和处理各类事故，施工得以顺利进行，桩体经超声波检测后，均能满足设计和规范要求。

［1］张忠亭，等.钻孔灌注桩设计与施工［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007:2.

［2］郭纯青，等.岩溶多重介质环境与岩溶地下水系统［M］.北京:化学工业出版社，2006:9.

［3］王靖涛，等.桩基础设计与检测——21世纪高等学校教学用书［M］.武汉:华中科技大学出版社，2005:9.

Research on the Drilled Pile Construction Technique in Karst Areas

ZHANG Jin LI Chun-lin
(1.Machine Construction Limited Liability Company in Jiangxi Province，Nanchang 330001 2.Rear-service Sector，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

The emphasis and difficulty of the drilled pile construction in karst areas is how to reduce the influence of complicated geology economically，safely and reasonably to complete the drilled pile construction.The paper introduces the technique of the drilled pile construction in karst areas and discusses the ways to avoid construction accident such as the prevention of hole misregistration，leakage and collapse which have achieved remarkable success in the drilled pile construction.

karst area;drilled pile;construction technique

U 445.551

B

1672-2434(2012)02-0028-03

2012-03-02

张 瑾(1978-)，女，助理工程师，从事研究方向:施工管理