高桩码头多溶洞桩基处理技术

兰千钰　李丕安

【摘 要】 结合实际工程案例，在介绍工程地质条件和岩溶的基础上，分析溶洞地质条件下的钻孔施工准备工作及施工技术，提出回填黄土和块石防止漏浆、下内护筒防止流沙塌孔及浇筑素混凝土封堵溶洞等码头桩基溶洞处理技术。采用这些处理方法，可以很好地避免或解决溶洞地区桩基施工的常见问题，取得理想的施工处理效果。

【关键词】 岩溶；钻孔桩；抛填

在码头桩基础施工过程中，遇到溶洞的情况并不少见。作为隐蔽的地下自然现象，溶洞给施工带来很大困难，如处理方法不当，往往会造成掉锥、卡锥、埋锥、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生，甚至威胁码头质量。如果准备不充分，施工措施不恰当、不及时，整个工程的安全、质量和进度都会因此而受到直接影响，严重的会造成不良的社会影响，给投资者带来巨大的经济损失。因此，本文通过具体工程案例的实践分析，总结归纳出在多溶洞地质条件下的码头钻孔灌注桩溶洞处理方案和质量控制方法。

1 工程概况

某工程码头平台直线段长400 m，1号与2号引桥间码头平台宽30 m，2号与3号引桥间码头平台宽25 m。码头采用高桩板梁式结构，排架间距9 m。码头部分基桩采用直径为 mm钢护筒，钢护筒内钻孔嵌岩部分桩芯采用直径为 mm钢筋混凝土形式的嵌岩桩，30 m宽平台每榀排架布置5根桩，25 m宽平台每榀排架布置4根桩，共计212根直桩；引桥水上部分基桩采用直径为 mm钢护筒，钢护筒内钻孔嵌岩部分桩芯采用直径为800 mm钢筋混凝土形式的嵌岩桩，共计43根；引桥岸上及变电所平台基桩直径为 mm钻孔灌注嵌岩桩，共计113根。

1.1 工程地质条件

某工程上部地层主要由黏性土组成：①粉质黏土，强度稍低，一般呈可塑状态；②粉质黏土及黏土，呈软塑～流塑状态，具中～高压缩性；②-1淤泥质粉质黏土呈流塑状态，属勘区软弱土层；③粉质黏土及黏土，呈可塑～硬塑状态，有一定的厚度，工程性质较好；④粉质黏土及黏土，呈可塑～硬塑状态，具有中压缩性，连续分布，厚度较大，工程性质较好；④-1粉质黏土及黏土，呈可塑状态，工程性质一般；⑥中风化灰砾岩，强度高，是引桥及土建各建筑物桩基的良好持力层。

1.2 岩 溶

某工程下卧的基岩为第三系灰砾岩，砾质成分主要为灰岩，由钙砂质充填，在裂隙较发育时可能发育有溶洞。在全部413个钻孔中，85个钻孔显示有大小不等116个溶洞，见洞率为20.6%，显示的溶洞在平面上主要集中在2号、3号码头及引桥区范围内，在1号码头及引桥区内仅3个钻孔见4个溶洞；所揭露的溶洞多发育在地下10～25 m深度内，部分溶洞个体发育较大，部分溶洞呈串珠发育。根据场地内溶洞的高度，将溶洞分成大型溶洞（洞高≥4 m）33个、中偏大型溶洞（2 m≤洞高<4 m）33个、中型溶洞（0.5 m≤洞高<2 m）38个和小型溶洞（洞高<0.5 m）12个，所占比例分别为28.45%，28.45%，32.76%，10.34%。综上可知，在场区内2号、3号码头及引桥区岩溶发育程度比1号码头及引桥区强烈，揭露的溶洞高度较高，且多以中型以上溶洞为主，在平面及垂向立体空间分布上表现出了强烈的不均一性。

2 溶洞施工

2.1 溶洞地质条件下的钻孔施工准备

在钻孔桩尤其是溶洞区域的钻孔灌注桩开钻前，相关专业技术人员必须向施工人员进行技术交底，认真分析每根桩的地质资料，确定溶洞的大概位置及形状规模。

应选择合适的钻孔设备机型。在多溶洞地质条件下钻孔施工容易发生漏浆、偏孔、塌孔、流沙等现象，选择合理的设备尤为重要。通常选择的钻头为圆筒锥形的实心半自动冲击钻，具有冲程小、频率高、扩孔系数相对较小等特点，较适宜于溶洞地质条件下作业。

针对溶洞处理措施必须快而及时的特点，材料必须考虑周全且准备充足。根据分析掌握的数据，准备好足够的泥土及回填的片石，以便能在出现溶洞时及时回填处理；在各孔周围准备足够的小粒径片石（粒径不大于15 cm）和优质黏土，黏土最好做成泥球状（15～20 cm）或饼状后用薄膜包裹，防止干裂；同时在施工过程中，准备装载机和挖掘机各1台随时待命，以便在遇到溶洞漏浆时能迅速铲起片石和黏土进行填孔；备用钢护筒若干节，当遇到溶洞漏浆时，可作为防止塌孔护壁使用；水上平台钻孔桩施工还应准备铁皮焊制的料斗，用于调运黄土和块石使用。

2.2 溶洞桩钻孔施工技术

在开孔前，应先根据超前钻资料将岩面标高和溶洞标高换算成孔深，在钻头钢丝绳上做好标记，当钻至溶洞顶盖附近时，适当减小冲程，缓慢将溶洞顶板击穿，防止卡钻。当钻头进入溶洞底部后，应仔细观察井口钢丝绳是否对中，如果钢丝绳发生偏位，说明发生偏孔现象（见图1），此时需向孔内抛一些片石，抛填高度应高于偏孔处以上1～2 m，使用小冲程冲击片石，使钻头受力均匀，起到纠偏作用；当锤头钢丝绳恢复中心位置时继续钻进，从而确保孔的垂直度。

2.3 溶洞桩成孔施工技术处理

2.3.1 回填黄土和块石防止漏浆

某项目引桥陆上钻孔桩C3-8在钻孔时遇到溶洞，桩底标高 16.1 m，桩长36.1 m，超前钻资料（见图2）显示溶洞位于 8.08～ 12.18 m处，溶洞高度4.1 m。钻机钻至孔深33 m处时，出现漏浆塌孔并有埋钻现象，无法继续钻进，与超前钻所描述的“有漏水，掉钻现象”情况相符。由于该溶洞高度较深，且溶洞填充物并不饱满，故先将孔口钢护筒（1.2 m €？1.5 m €？0.01 m）加长至3节，防止因漏浆而造成地表塌陷，然后按1∶1的比例回填块石和黄土至孔深25 m；再用钻头冲孔挤压至孔深28 m，继续按1∶1的比例回填块石和黄土至孔深25 m，再次冲孔挤压；如此反复直至回填料压实并充满溶洞区域，无漏浆现象发生，最终顺利成孔。

2.3.2 下内护筒防止流沙塌孔

引桥陆上钻孔桩B2-13桩径1 m，地面标高12.5 m，桩底标高 13.5 m，超前钻资料（见图3）显示溶洞位于 3.49～ 8.59 m和 10.39～处，内填充软塑状的褐红色黏性土。钻机钻至孔深17 m时发生漏浆现象，溶洞填充物不断塌入进入孔内，经回填块石和黄土后，继续钻至孔深时，再次出现溶洞填充物坍塌现象，钻头提起后溶洞填充物迅速流入孔内，出现流沙塌孔。由于该溶洞出现流沙现象，经设计探讨采用下内护筒方案，护筒高度至少达到第一层溶洞至第二层溶洞底部高度。现场采用7节（1.2 m €？1.5 m €？0.01 m）钢护筒，分4节一段、3节一段焊接完成，更换直径为1.15 m的钻头重新扩孔，地表埋设2节（1.3 m €？1.5 m €？0.01 m）钢护筒防止漏浆塌方。当钻机钻至孔深15.6 m时，开始沉放钢护筒，采用汽车吊逐步跟进的方式，在护筒底口落至孔深25.6 m时将护筒焊接在地表护筒上；更换原钻头为直径1 m的钻机继续钻孔，直到钻至所需标高。

2.3.3 浇筑素混凝土封堵溶洞

码头平台桩DD-38桩桩顶标高17.64 m，桩底标高 26.7 m，桩长44.34 m，护筒直径1.5 m，嵌岩芯柱直径1.3 m，超前钻资料（见图4）显示溶洞位于 6.3～ 9.2m， 9.6～ 14.6 m和 15.5～ 18.8 m处。在钻孔过程中发生漏浆现象，经回填黄土和块石（按1∶1比例）后钻至设计孔深时发生塌孔，并与相邻桩有窜孔现象；再次回填黄土和块石（按1∶1比例）复钻，溶洞内填充物一直不断涌入孔内，且漏浆严重；当钻机钻至34 m（即第三层溶洞顶部）时，孔内填充物迅速回淤至孔深26 m（即第一层溶洞底部），无法再次成孔。

由于该溶洞为多层溶洞且填充物流动性极强，经现场讨论，采用浓泥浆冲孔逐层施工并浇筑素混凝土工艺：钻孔内大量回填黄土，造浓泥浆（泥浆相对密度约为1.4）循环冲孔；当钻孔钻到处时，无法进入，由于浓泥浆不断循环护壁，回淤速度变缓，此刻迅速浇筑低标号混凝土进行封堵，混凝土浇筑至超过溶洞顶部2～4 m，且在混凝土面不再下降时停止，待24 h后复钻；钻机钻至孔深38.4 m时，再次浇筑低标号素混凝土进行封堵（见图5），待放置24 h后复钻至最终成孔。

2.3.4 其他方法

溶洞处理通常还有压注双液浆法，灌砂、压浆法，但这些方法由于工期较长且施工成本较高，故某工程未予采用。

2.4 溶洞桩浇筑混凝土

在溶岩地区浇筑钻孔桩混凝土时，桩内混凝土有时会突然下降，从溶洞流失，或从周围已成孔中冒出，若混凝土不能及时跟进，就会出现断桩现象。在多溶洞地质情况下进行溶洞桩基浇筑时，应当配备足够的混凝土罐车，计算好罐车运输时间，保证浇筑过程混凝土不间断供给；但这种方法也存在一定弊端，倘若溶洞过大，混凝土面长时间不上升，底部混凝土会发生初凝，导致导管无法拔出，造成严重的经济损失。

通过现场28根溶洞桩统计发现，在浇筑溶洞桩时，若发生混凝土面急速下降，通常会下降至一定高度后保持不变且混凝土面一定会高于漏砼处。由于溶洞壁较薄，在内外压强平衡被打破时，江水也会迅速渗入溶洞内与之贯通，在不考虑摩阻力的情况下，可初步判断混凝土面下落最低高度为外部水压力与孔内混凝土压力恰好达到平衡时的高度，即

由公式可知，h砼=h水，由此初步计算出混凝土面大致下落的高度。由于混凝土面下降高度还受溶洞大小、溶洞内填充物等要素的影响，需结合现场实际情况观察混凝土面稳定位置。当混凝土面长时间处于某一水平位置且持续浇筑既无上升也无下降现象时，应当适当停止浇筑并密切关注孔内混凝土面升降情况；30～60 min后测量混凝土面高度，若无变化，将导管埋深减少至混凝土面下2 m左右，以减小灌注混凝土时对漏砼处所产生的冲击力。通知搅拌站适当减小砼塌落度，使漏砼处周围混凝土堆积后等待初凝，并在等待过程中每15 min活动导管一次，防止泵管堵塞；发生初凝后尝试浇筑，混凝土面有上升现象，方可继续浇筑；如仍未上升，说明混凝土仍在外漏，重复以上操作后继续浇筑。

此外，在灌注中导管提升时，应根据溶洞情况确定导管埋深，避免灌注过程中挤破溶洞导致混凝土面突然下降，造成断桩事故发生。桩顶灌注标高应比设计标高超灌1 m以上，在灌注完成后观察30 min左右，若混凝土面没有变化方可拔出导管。

3 结 语

（1）在溶洞地质条件下钻孔桩施工开工前，应先根据地质资料进行细致分析，制订切实可行的施工方案，确保该分部施工的技术人员和相关的技术工人详细了解此码头每个桩基的地质情况，熟读地质图纸及资料，熟悉每个桩孔的溶洞位置、大小等情况，做到钻孔时心中有数。

（2）根据现场施工经验可知，回填黄土、块石是处理溶洞最经济实用的方案，其特点是见效快、成本低、操作简单。下内护筒方案虽然效果明显，但对孔的垂直度、孔径受岩面状况的影响而有其局限性，操作难度大，且在护筒接长时一定要用加劲钢板连接焊牢，焊缝饱满，确保不漏水；浇筑素混凝土方案效果明显可靠，且适用于各种类型的溶洞处理。由于溶洞具有不可预见性、复杂性、危险性等特点，在桩基施工中应注意各方面的因素，从经济、节约工期、保证质量等方面综合考虑。

（3）针对多溶洞地质条件，在钻孔桩混凝土浇筑过程中，应提高混凝土生产和运输能力，提前做好备用措施，以免混凝土供应不及时而出现断装现象；同时应加大混凝土的初灌量和控制导管距桩底的距离，避免底部残渣不能被冲起和导管埋深不够。此外，在浇筑过程中，技术人员应当密切关注混凝土面上升情况，做好记录，根据实际情况，合理安排停滞时间和导管埋深。

参考文献：

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