浅谈钻孔灌注桩过程中的溶洞处理

李丽萍

(中交第四公路工程局有限公司,北京 100123)

1 工程地质

回填片石

回填粘土处理溶洞

湘桂铁路位于湘中丘陵、广西盆地内，总体地势相对较平缓。线路总的地势为中部高(兴安-带的南岭)，南北两侧相对较低。

1.1 地层岩性

沿线出露地层相对较少，主要为石炭系(C)、泥盆系(D)地层，其次为白垩系(K)、寒武系(∈)及二叠系(P)地层，缺失地层较多，未见岩浆岩出露。

泥盆系(D)、石炭系(C)以碳酸盐岩和碳酸盐岩夹碎屑岩地层为主，局部为碎屑岩夹碳酸盐岩，有含煤层和炭质页岩。

第四系更新统(Qp)和全新统(Qh)分布较广。有黏性土、卵石土、粗砾石土、砂土等，分布于沿线的湘江、漓江、洛清江、柳江等河谷阶地和丘涧沟槽及盆地中，厚度分布不均。部分河流阶地和丘间洼地中有透镜状、夹层状或鸡窝状的软土分布。坡、残积土主要由碳酸盐岩风化形成的红黏土以及非可溶岩风化而成的粉质黏土、黏土，部分具有弱～中等膨胀性。

1.2 水文地质

1.2.1地下水类型

沿线地下水主要为松散层中孔隙水、碳酸盐岩中岩溶水、碎屑岩基岩裂隙水三大类型，其中以岩溶水最发育。地下水主要受大气降水补给，与地表水呈互补关系。

2 工程概况

本项目施工的竹梅洞大桥与高田特大桥设计基础为钻孔桩，该地段地质构造复杂，构造作用强烈，隐伏岩溶塌陷十分严重，该地区岩溶级发育，呈串珠状形式发育，大多数为黏性土填充，底部个别溶洞为空洞。从地质资料中看出各墩台的桩基下均有溶洞，溶洞与溶洞有的彼此相通，此二桥溶洞充填样式较多主要有空溶洞、半充填溶洞、全充填溶洞类型。充填物又分为黏土充填物、砂砾充填物，充填物大部分呈软塑或流塑状。因此桩基施工难度极大。

岩溶地层的岩面及各层溶洞的顶盖和底板高低不平，相差悬殊，因此岩溶内钻孔，关键是要解决多次斜面开口和洞内造壁问题。施工中常采用回填片石和粘土，低锤勤击，并须及时纠偏。桩基础施工过程中的溶洞处理对于成桩质量十分关键,如处理方法不当,往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、漏浆、塌孔、超方等事故发生,甚至威胁桥梁运营安全。因而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,采取有效稳妥的措施,并随着施工的进展，以及对地质情况进一步了解，随时修订技术措施，有利于施工的顺利进行，确保桩基成桩质量，有效的控制成本。

3 溶洞处理的主要方法

溶洞处理的方法是比较多的，要根据实际地质情况和项目的机械配备情况出发，常规的做法有：

3.1片石、粘土回填法（适用于小型溶洞）

填充片石和粘土法总的来说比较经济适用，且操作起来比较容易，处理小型溶洞能取得一定的效果；但是在钻进和浇筑混凝土的过程中，受冲击力以及混凝土侧压力的影响，溶洞区钻进回填形成的护壁可能在灌混凝土的过程中受压垮塌，混凝土立即流向溶洞，导致水下混凝土面急剧下降，一旦露出导管，往往造成断桩。在竹梅洞0#台1#桩在灌砼过程中，出现砼面突然下降4m现象，所幸导管口未露出混凝土面，未形成质量事故。

靠冲击锤的重力作用来填充溶洞，填充的密实度往往达不到要求，效果不好，通过回填勤击，以及在经过溶洞位置控制混凝土的落差，减小冲击力，通过溶洞后在正常浇筑等措施。可以在一定程度上降低混凝土冲开溶洞的风险。

3.2钢护筒跟进法（使用于大型溶洞的处理方法）

3.2.1护筒跟进法总的来说施工造价高，操作起来难度较大，机械要求投入多；护筒跟进中容易发生倾斜或变形，且往往不易压入。但使用钢护筒处理溶洞可以减少污染，避免超灌混凝土，在成桩质量上有保证，同时也可加快施工进度。

本项目施工的白沙河大桥与梁家中桥，在土层与岩层中间存在3-4米的卵石层，该种地质情况成孔在不使用护筒的情况下十分困难，在进入岩层前必须跟进钢护筒，钢护筒一般要进入岩层50cm左右，主要作用是防止卵石层塌陷。当钻机冲破岩层时，立即发生大面积漏浆，泥浆水位急速下降，处于中间层的卵石层失稳，导致坍塌，反复冲孔时，仍又漏又塌，且越塌越大，施工很被动，根据这一特点，我们在有大溶洞的桩孔上部预先放置6-8m长的钢护筒，其底深穿过卵砾石层进入岩层0.5m，使施工顺利进行。一般类似地质桩孔在下钢护筒后可有效的减少漏浆但不至于塌孔，较快成桩，缩短了工期，反而节约了成本。同时条件允许钢护筒可部分回收利用，从而降低成本。

3.3特殊情况下可以用刚护筒与回填片石粘土方法结合起来处理

在实际施工过程中，钻孔深度还未进入岩层时，出现大面积漏浆，导致塌孔，通过现场分析，由于当地水系发达，在土岩结合面形成大量土质溶洞，部分溶洞与当地的水系相通。

出现土质溶洞塌孔是极易发生的，其发生原因是孔内溶洞较大，在钻头冲塌溶洞时，桩孔泥浆瞬间大量漏失，液面急剧下降，孔壁压力平衡遭到破坏，往往引发桩孔坍塌、地面下陷，回填基本上不起作用，有的造成掩埋钻头等事故，有的甚至演变成为难以解决的棘手问题，给施工造成极大麻烦。我们在施工中有十几个孔位出现过此种情况，甚至导致钻机倾倒，如果土溶洞较大，较深（主要通过漏浆情况观测），只能是完全回填；如果条件允许，需将溶洞揭露，重行回填，夯填密实，重行钻孔。如果没有条件就需要使用护筒，将岩层上面的土层使用钢护筒加固，从根本上防止漏浆和塌孔，在岩层下面的溶洞可以采用回填片石粘土法解决。

在实际的施工过程中由于地质情况复杂性，须综合考虑施工方案，在施工竹梅洞8号墩3#桩时，桩边水渠冒浆严重且孔口塌陷，塌孔严重，经设计地质专家现场考察后认为，该桩存在土质溶洞和岩层竖向裂隙，采用片石回填或者跟进钢护筒两种方法根本无法处理漏浆塌孔，由于裂隙纵深，钢护筒无法彻底封堵，回填块片石粘土同样无法将裂隙堵死，通过多次尝试，最终采用下导管至孔底回灌混凝土，利用混凝土将裂隙封堵，钻孔过程跟进钢套筒至岩层内50cm，将土层加固，防止土层溶洞塌孔。岩层下溶洞采用回填片石粘土，通过以上处理方法成功成桩，使施工既经济有合理。

3.4通常在实际施工过程中要结合设计提供的地质勘探资料进行，在我们实际施工中起到的指导作用是很大的。通过地质资料以及结合现场施工情况针对不同体积的以及不同填充物的溶洞的采取相应的方法应对。在比较措施投入费用和工期、质量保证等条件下，选择最合适的处理方法。

4.通过溶洞的钻孔施工技术

4.1钻孔顺序

由于岩溶形态构造复杂，存在有裂隙、溶沟以及串珠状溶洞等，对开孔顺序应该统筹安排，根据地质资料提供的溶洞的大小、多少、岩面的高低以及构造状况等地质条件，安排钻孔顺序。一般情况下首先选择溶洞大的，串珠状的以及溶洞群或较深的溶洞施工，这样安排，有利于及时封闭溶洞，隔断溶洞通道。为后面成桩提供便利，同时有效减少超灌混凝土。

4.2通常情况下结合地质资料（当钻进接近溶洞顶板时，冲击声音减弱等情况）当钻孔至溶洞顶1米左右的范围内一定要将冲程降下来，逐渐将洞顶击穿，以防止卡钻。现场要备足片石和粘土（地质资料起参考作用，部分地质情况与设计差别很大，一般情况溶洞的体积和复杂性变化较大），对于半填充和无填充的溶洞要组织足够的水源。根据钻孔的进尺情况，在击穿洞顶之前，要有专人观测护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水和粘土。击穿洞顶后，应向孔内投入粘土、片石混合物，冲砸固壁并不断的补水。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复钻孔以使顺利穿过溶洞。

简单的抛填粘土、片石，只是冲塌溶洞漏浆的事后补救方法。方法得当，常常可起到事前防漏防塌的目的。根据地质资料，有很多桩位溶洞体积较小，我们采取在穿过溶洞前先陆续投入装满粘土的编织袋以及片石，边投边钻进，冲穿岩面后，冲碎的片石和尼龙编织袋片往往可有效的填充溶洞和裂隙。然后继续边钻边投泥包，常常能使漏浆由大变小，由小变无，即使不能完全防止漏浆但至少可以降低漏浆的速度。在回填粘土的编织袋中一定要加入片石这样有利用泥包快速沉入孔底，同时往孔内回泵泥浆，使孔内液面快速回升，平衡孔壁压力，防止或减轻塌孔现象，然后再冲击钻进。可以有效处理溶洞，控制成本。

4.3对于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有较厚的沙砾层时，为防止泥浆突然流失，造成孔壁坍塌，采取护筒跟进法施工。具体做法为：首先正常钻进至溶洞上方约1m处，将钻头提起，用振动锤将钢护筒砸至孔底（钢护筒在施工过程中出现倾斜，应立即停止作业，查明原因并进行纠偏），改用小冲程继续冲砸，直至击穿溶洞，然后回填粘土片石混合物同时补水，采用1.5m左右的冲程将洞内冲砸密实，当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复钻孔以使顺利穿过溶洞。

4.4对小型或多层溶洞或串珠状溶洞，为防止其不与相邻孔窜孔或成孔后孔型有葫芦状，必要时可灌注低标号混凝土进行填充，待混凝土强度达到70%以上时在进行钻孔。

4.5泥浆的调整

正常钻孔泥浆比重一般控制在1.3-1.4，如果漏浆发生在透水性强的地层及岩溶裂缝中，则采用加大泥浆比重，如本项目施工的白沙河大桥与梁家中桥的桩基时经过的卵石层时防止塌孔的泥浆比重达一般到1.5-1.6。加大泥浆比重在防止塌孔过程中可以起到一定的作用，但不能一味的依靠调整泥浆比重来预防塌孔。在经过溶洞补浆补水以及回填粘土过程中会导致泥浆比重变化，施工过程中要及时调整。

结语

钻孔过程岩溶地基处理有很大的难度和复杂性，在设计及施工时应选择合适有效的施工方法，采取有效稳妥的措施,保证施工的顺利进行，使施工经济合理，同时确保桩基成桩质量。

[1]《石家庄铁道学院学报》2004年S1期.