浅析钻孔灌注桩施工中溶洞处理技术的应用

张椽

摘要：本文通过对广西玉林地区施工过程中常遇到的溶洞问题进行具体分析，并结合施工实际，阐述在钻孔灌注桩施工中溶洞处理技术的应用。

关键词：溶洞；钻孔灌注桩；施工；成孔

引 言

石灰岩地区由于受地下水长期溶蚀，根据石灰岩层各部分含石灰质多少的不同，在地下形成了各种沟槽、裂缝、空洞，统称为溶洞。广西地貌属于喀斯特地貌，在大型工程桩基础施工中，经常遇到溶洞，溶洞地层的钻孔灌注桩施工成为了关注的重点，本文将结合玉林地区主体育场工程的钻孔灌注桩工程实例，分析它的施工技术控制要点。

1 工程概况及技术难点

玉林市体育中心主体育场工程位于人民东路北面，总建筑面积34189平方米。东西看台基础为钻孔灌注桩，共有桩基368根，其中桩径φ800的142根，桩径φ1000的226根。设计要求以石灰岩为持力层，桩端应嵌入完整石灰岩不少于0.5m，并保证桩端下有不少于三倍桩径且不小于5m的完整石灰岩。根据地质勘查报告资料，施工现场位于玉林岩溶盆地内，场地内上覆土层主要为冲洪积粘性土、坡残积粘性土及白垩系粉砂岩风化残积土，下伏基岩为上泥盆统石灰岩，石灰岩面起伏大；场地地下水主要有二层，第一层为土层中的上层滞水，第二层为岩溶水；大部分桩位下有石灰岩溶洞和岩石破碎带，洞周裂隙发育，溶蚀现象严重，地质勘探孔钻进过程中有漏浆现象，施工时要设法克服成孔过程中出现漏浆、塌孔、埋钻、卡钻等问题。

2 处理原则

2.1 由于岩溶形态复杂，溶洞互相连通，对开孔顺序十分讲究。在决定钻孔顺序前，应根据项目超前钻资料分析岩溶裂隙的走向，溶洞的大小、多少、岩面的高低等地质条件逐步进行，一般可按由深到浅、由多到少、由大到小的原则安

排，有利于及时封闭溶洞，隔断通道。

2.2 在成孔施工方式的选择上，使用转锤冲孔有挤压护壁作用，能广泛适应各种复杂的地质构造，尤其是在处理斜面开孔、半边岩、溶沟及裂隙漏水、漏浆等情况时比较容易，并且施工成本较低，在发生漏浆时，提钻快，不易埋钻。

2.3 施工前要准备好成孔用水、黏土、片石、钢套筒等必备材料，确保意外情况出现时能及时处理，不至于发生停工待料造成严重事故；要有处理施工故障的备用机具设备，如配套的打捞、急救以及其他不同性能的钻机、钻具等。

3 处理方案

3.1 2米以下溶洞的处理方案

对于覆盖层稳定且溶洞高度在2米以下的桩基，在冲击钻进过程中，泥浆比重宜控制在1.3～1.4之间。根据超前钻资料，在溶蚀裂隙顶上2米处采用低冲程钻孔，慢慢击穿溶蚀裂隙。根据钻孔的进展情况，接近溶洞时，要安排专人来观察护筒内泥浆面的变化，如果发现泥浆面出现下降，应迅速提出钻头，并补充优质泥浆，然后采用回填黏土，首次回填高度应超过溶洞标高顶3米为准。如果漏浆极快，造成塌孔，回填黏土以超过塌孔标高顶以上5米为准。每回填一次利用小冲程挤压，再回填，再挤压，如此反复进行，直至溶洞范围形成护壁后再继续钻进，同时适当增加黏土的数量，提高泥浆稠度。

3.2 2～5米溶洞处理方案

根据地质勘察报告，溶洞高度在2～5米范围的桩基应在开工前准备足够的片石、黏土、水泥等材料，对于半填充和无填充的溶洞要组织足够的水源，桩基进入岩层时采用1～1.5米的冲程将孔内冲砸密实，采用小冲程进行造浆，正常钻进可采用2米冲程钻进。

3.2.1在击穿洞顶之前，要有专人观测，出现泥浆下降时应迅速补浆。击穿洞顶后，在洞内钻进时，根据填充物的不同，要采取不同的钻进方法。当充填物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入黏土、片石混合物（比例1：3），采用0.6m 小冲程冲砸固壁。抛填时应先填充比重较大的材料，防止因为泥浆的比重和浮力较大而阻碍抛填填材料不能顺利进入孔底。溶洞处理时，均采用每钻进1m 投放片石及黏土1.5m 的重复钻进的方法。泥浆比重控制在1.6 以上，冲砸时泥浆不得循环，防止黏土造浆流失。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过溶洞。

3.2.2对于超前钻资料中反映有半边岩的桩基，在钻至洞顶1～1.5米范围时必须变换冲程，轻锤慢打，逐渐将洞顶击穿，以防止卡钻。钻头钻至溶洞顶0.8米时，为防止由于岩层厚度、硬度不均匀而出现斜孔，采用抛填片石3米平衡钻头，平稳冲砸。

3.2.3对小型或多层溶洞，为防止其不与相邻孔窜孔或成孔后孔型有葫芦状，必要时可水下灌注低标号砼（C20）进行填充，停钻24小时待砼强度达到冲击要求后，再进行冲孔施工。

3.3 5m 以上溶洞处理方案

针对溶洞高度5m 以上的桩基，如遇单个溶洞或间距较小的多层溶洞，主要采用下钢护筒穿越溶洞至稳定土层护孔的方法进行施工；如遇间距较大的多层溶洞，须采用套内护筒法施工法，即用内护筒穿过溶洞的方法施工。

3.3.1 护筒制作

钢护筒根据项目情况选用φ8mm 的钢板卷制而成。内护筒内径比应比设计桩径大约20cm，外徑应小于外护筒内径约5cm，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护筒外径比上层内护筒内径小3～5cm。由于项目用地范围较大，钢护筒在现场加工场地进行分节制作，加工时必须保证焊缝质量。护筒接头位置利用气刨开带2mm 钝边的60°K 型坡口，为加强护筒的整体刚度，在焊接接头焊缝处加设厚1cm、宽15cm、高30cm 的钢板，护筒底脚处加设厚10mm 高50cm 的钢带作为刃脚。焊接时分层连续施焊，先在坡口侧施焊一层，每一层焊缝焊完后应及时清理检查，清除熔渣、溢流和其他缺陷后，再焊下一层。

3.3.2 护筒下沉

外护筒下沉要求护筒中心与桩中心偏差不大于5cm，竖直倾斜度小于1%，下沉时，用两台经纬仪在两个垂直的角度监测倾斜度，以便随时调正。钢护筒下沉顺序：在平台桩位处安装第一节钢护筒于导向架内并与导向架下口临时焊连，固定护筒→吊起第二节护筒对准第一节护筒，校正后将两节护筒连接处焊牢并加强→割除第一节护筒与导向架焊接处，起吊下放第一、二节护筒→吊装90KW 振动锤与护筒上口连接牢固→开动振动锤振动下沉→再接长下节钢护筒→开动振动锤振动下沉钢护筒，如此反复直至护筒到所需的深度。

内护筒下沉：内护筒下沉主要利用回转钻机进行，在钻机的钻杆上加护筒压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护筒随钻头的钻进而下沉，直到溶洞的底部。穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，减小冲程。如冲锤受阻不明显，说明成孔圆滑垂直，此时用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或冲机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔底。

4 其它注意事项

由于溶洞处理成孔过程中抛填料较多，灌注混凝土前必须射浆取渣清孔，如遇大块钻渣无法上浮的，可投入少量黏土后小冲程冲砸2～3小时，清孔至孔底残渣厚度达到设计及验收标准；水下混凝土灌注中导管提升时，要根据溶洞情况确定导管埋深，避免灌注过程中挤破溶洞混凝土面突然下降，造成断桩事故发生。

5 结语

玉林溶洞区地区钻孔灌注桩施工的难点主要在于地质条件的不确定性，本项目依据详细的超前钻勘察资料，在施工中不断总结经验，根据不同的情况采用不同的处理方法灵活应变，成功完成了所有桩基施工，获得了较为成熟的经验。

参考文献：

[1]张忠亭等.钻孔灌注桩设计与施工.中国建筑工业出版社.2007.2

[2]尹传稳. 钻孔桩施工溶洞处理方法比较分析[j]. 铁道建筑.2007.