桩基溶洞处理方案及施工措施分析

林锦加（福建省闽西交通工程有限公司，龙岩364000）

桩基溶洞处理方案及施工措施分析

林锦加
（福建省闽西交通工程有限公司，龙岩364000）

本文结合龙岩城区至高新园区城际快速通道A1合同段红坊中桥的地质资料与桩基溶洞处理的实际情况，采用回填片石（或粘土）和钢护筒跟进的方法，对溶洞处理方案进行分析及验证，并详细阐明了溶洞处理施工措施，为以后的施工取得一些经验。

桩基溶洞处理回填片石粘土钢护筒跟进分析

1 工程概况

龙岩城区至高新园区城际快速通道A1合同段，红坊中桥上部采用（4×20）m预应力砼空心板梁，下部结构采用双圆墩柱接盖梁，桩基础，桥台桩基12根，桩径1.2m，桥墩桩基8根，桩径1.5m。根据区域地质资料及野外钻探结果，该路段分布有二叠系栖霞组石灰岩及溶洞，溶洞大小不一，部分钻孔中在灰岩顶面以上见有高度1.7～23.3m的土洞，全充填或半充填流塑至软塑状粉质粘土，部分钻孔灰岩中岩溶发育，揭露无充填空洞高度0.6～12m，也有部分钻孔灰岩中岩溶发育，揭露串珠状溶洞，工程地质复杂，对桥位稳定性有较大影响。

本工程采用冲孔桩施工，施工过程中有18根桩基出现漏浆现象，其中有些在30秒内孔内泥浆全部流失，有些孔内泥浆流失速度较缓慢。

2 溶洞处理方案

根据溶洞的高度，将溶洞分为小型、中型和大型溶洞。针对不同溶洞类型，有不同的处理方案。

2.1 小型溶洞（溶洞高度小于5m）的处治方案

对于高度小于5m的小型溶洞，采用回填片石法进行处理，即按体积1∶1的比例回填粘土和片石（直径10～20cm），泥浆相对密度应不小于1.3。

首先需要根据孔内泥浆的变化来判断溶洞是否存在地下水流。地下水流的判别：如孔内泥浆突然下沉，反复加浆能保持孔内泥浆和水位稳定，说明此处溶洞没有地下水流。如孔内泥浆无法灌满，且泥浆稠度不断变化，说明此处溶洞有地下水流。

对于无地下水流的小型溶洞，当孔深接近溶洞顶部50cm时，应该由大冲程转向小冲程施工，逐渐将洞顶击穿。一旦发现孔内泥浆流失，应迅速提锤补浆，然后按体积1∶1的比例回填粘土和片石（直径10～20cm），至泥浆面不再下降后，采用小冲程轻砸，让粘土和片石充分挤入溶洞内壁。这样反复回填片石粘土冲挤，使片石往桩孔四周的溶洞区内排挤，直至桩孔外溶洞区内挤满片石，形成护壁。

对于有地下水流的小型溶洞，如果地下水流较缓，孔内水位较稳定，则仍可采用回填片石进行处理，但必要时可掺入适量的碎石和水泥，以增强溶洞区内桩孔四周挤填片石的密实度和强度，减小地下水流速度或阻隔地下水流。如果反复漏浆，则可考虑参照下列中型溶洞处理方法处理。

2.2 中型溶洞（溶洞高度5～10m）的处治方案

对于高度在5～10m的中型溶洞，当充填物为软弱粘性土或淤泥时，采用回填片石粘土和钢护筒跟进的方法进行处理，回填片石粘土处理方法参照小型溶洞（溶洞高度小于5m）的钻孔处理。当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度，泥浆相对密度应不小于1.4。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。

钢护筒长度的确定：L=H+2.5m（H为溶洞高度），采用8mm厚钢板卷制而成，如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。

在内护筒底部1m范围内导管灌入小碎石C10素水泥混凝土，待固结后即可重新冲孔至终孔标高。

2.3 大型溶洞（溶洞高度大于10m）的处治方案

对于高度在大于10m的大型溶洞，当充填物为软弱粘性土或淤泥时，采用回填片石和钢护筒跟进的方法进行处理。必要时可掺入适量的碎石和水泥，以增强溶洞区内桩孔四周挤填片石的密实度和强度。当为砂层、卵石层时应提高泥浆的粘度和相对密度，泥浆相对密度应不小于1.6。

钢护筒厚度确定：当溶洞高度10～15m时，钢护筒采用10mm厚钢板卷制而成；当溶洞高度15～20m时，钢护筒采用12mm厚钢板卷制而成；当溶洞高度大于20m时，钢护筒采用14mm厚钢板卷制而成。如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。

3 施工处理实例

3.1 小型溶洞处理实例

3.1.1 工程地质概况

本工程4-2#桩基，桩径1.2m，为端承桩，以中风化灰岩为桩端持力层。其地质资料显示：第1层为2.1m厚素填土层，紫红色，松散，稍湿，主要由土状强风化泥质粉砂岩组成；第2层为4.9m厚的中风化灰岩，灰-深灰色，隐晶质结构，裂隙较发育，裂隙间方解石充填，偶见溶蚀现象；第3层为9.5m厚卵石层，褐黄色，中密，饱和，卵石含量约占75%；第4层为5.6m厚中风化灰岩，灰-深灰色，隐晶质结构，裂隙较发育，裂隙间方解石充填，偶见溶蚀现象；第5层为串珠状溶洞，层厚9.7m，岩芯采取率低，灰岩溶蚀呈碎块状，全充填；第6层为11.7m厚的中风化灰岩，深灰色、灰黑色，隐晶质结构，岩芯呈柱状，节长10～25cm，最长约40cm，局部夹碎块状。

3.1.2 施工过程控制

首先，根据地质资料，该桩基溶洞处理采用小型溶洞处理方法。因为孔深7～16.5m段为卵石层，在溶洞施工发生严重漏浆，护筒内水头高度保持不住，容易引起孔壁坍塌，为防止贯通溶洞时漏浆而造成卵石层（孔深7～16.5m段）的塌孔，采用下置内护筒18.5m（至穿过卵石层以下2m）。选用1.5m的钻锤（加大钻头直径，使成孔直径不小于1.5m，为下放钢护筒做准备），冲孔至穿过卵石层2m后，采用25t汽车吊辅助20t振动锤，下放内护筒（钢护筒直径1.48m），每下一节接高一节，下放内护筒的过程中，要保证振动锤与护筒顶面焊接牢固，无松动，并且要求振动锤的位置居护筒顶面中，使下沉的整个钢护筒的垂直度符合要求。

然后，选用1.2m的钻锤继续冲孔施工，接近溶洞顶部0.6m（孔深29.5m）时，改用轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，冲程一般不超过50cm，并先检查所有卡扣及钢丝绳是否有损坏，并及时更换。再按体积1∶1的比例回填粘土和片石（直径10～20cm），采用小冲程轻砸，以平衡钻头，防止穿破溶洞时出现孔斜，保持孔内泥浆相对密度不小于1.4。

当孔深达到30.6m时，发现孔内泥浆开始迅速流失，孔壁未坍塌。第一时间提起钻锤，从备用泥浆池往孔内泵送泥浆，同时用钩机配合铲车按体积1∶1的比例回填片石粘土，直至孔内泥浆不再下沉。然后采用0.5m小冲程轻锤慢打，让粘土和片石充分挤入溶洞内壁。当进尺再次到达30.6m时，为保证孔壁稳固，向孔内投放片石1m，以0.5m的小冲程钻进，钻进1.5m后，再次投放片石1m，其中夹杂投入粘土，保持孔内泥浆相对密度不小于1.4。同时能够判断出该处无地下水流，若钻进过程中再次出现漏浆现象，只需采用回填片石粘土方法处理即可。

最后，该桩基溶洞处理共耗时12天，溶洞处理回填片石51m3，粘土63m3，钢护筒18.5m。我部采用回填片石及粘土的方法，成孔质量良好。钻进过程中无塌孔、吸钻、埋钻及卡钻现象，钻头上下自如，无孔斜、缩孔现象。

3.2 大型溶洞处理实例

3.2.1 工程地质概况

本工程2-1#桩基，桩径1.5m，为端承桩，以中风化灰岩为桩端持力层。其地质资料显示：第1层为2.4m厚素填土，褐黄色，松散，稍湿；第2层为12.6m厚卵石层，褐黄色，中密，饱和，卵石含量约占60%；第3层为5m厚粉质粘土层，褐黄色，可塑，成分以粉粘粒为主，含少量砂粒及15%角砾；第4层为35.75m厚含砾粉质粘土，棕黄色、褐黄色，可塑-硬塑，成份以粉粘粒为主，含约30%角砾，成份为强-中风化泥质粉砂岩、硅质；第5层为11.97m的空洞，无充填；第6层为层厚3.2m的中风化灰岩，灰色，隐晶质结构，溶蚀严重；第7层为层厚7.94m的中风化灰岩，灰-灰黑色，隐晶质结构，裂隙较发育，偶见溶蚀现象。

3.2.2 施工过程控制

根据地质资料，该桩基溶洞处理采用大型溶洞处理方法。选用2m直径的钻锤，钻孔至卵石层以下3m，采用静压和振动锤法，分节下放内径为1.9m，厚度为14mm，长度为18m的内钢护筒1，再改用直径1.8m的钻锤冲孔。在第3、4层粘土层冲孔时，钻孔进度比较快，要及时用探孔器验孔，防止出现梅花孔、缩孔现象，必要时回填片石粘土处理。距离空洞顶1.5m（孔深54.2m）时，按体积1∶1比例回填片石粘土1.5m，以0.5m的小冲程钻进，钻进1m后，再次投放片石粘土1.5m，如此重复几次，以保证孔壁稳固。在穿过溶洞顶部（孔深55.7m）时，反复提升冲锤，确定钢丝绳没有明显左右摆动，冲锤提升与下放过程不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且没有发生缩孔、倾斜孔、梅花孔等现象。此时用吊车分节下放内钢护筒2（内径1.7m，厚度14mm）至孔底，然后水下灌注C10砼封底。待砼强度达到后再采用直径为1.5m的钻锤继续施工，当孔深达到58m时，发现孔内泥浆在半分钟内流失完，孔壁未坍塌，迅速提起钻锤后，往孔内泵送备用泥浆，同时按体积1∶1的比例往孔内回填片石粘土，直至泥浆停止流失。孔深再次到达漏浆位置时，重复几次回填片石粘土方法，以保证孔壁稳固，同时保证钻进过程中，孔内泥浆相对密度不小于1.6。

最后，该桩溶洞处理共耗时20天，溶洞处理回填片石共计102m3，粘土共计120m3，钢护筒共计73m。采用钢护筒跟进和回填片石粘土的方法，成孔质量良好。无塌孔、吸钻、埋钻及卡钻现象、无孔斜、缩孔现象。

4 施工要点

在施工过程中要注意以下几点：

（1）对于处于溶洞发育的地区的桥梁桩基施工，地质勘察应该逐孔勘察，施工单位应聘请有经验的岩土工程师进行地质和持力层鉴定，并根据地质勘察资料，在施工过程中密切注意钻进过程，认真做好记录，发现问题，应根据不同的情况分清原因，采取相应的措施进行处理，以保证钻孔质量。

（2）根据地质勘探资料，在钻孔孔深接近溶洞顶0.5m时，为防止由于溶洞顶板岩层厚度、硬度不均而出现斜孔、缩孔、梅花孔等现象，可采用提前回填片石粘土，轻锤慢打，重复几次。

（3）本工程桩基在入岩时，都会有不同程度的漏浆现象，因此根据地质资料，在快要入岩时，要回填少量片石粘土，可以重复几次，稳固孔壁，同时保证孔内泥浆相对密度不小于1.4～1.6。

（4）当达到溶洞位置时，不管是否漏浆，也应向孔内回填片石及粘土，采用小冲程轻锤慢打，可使孔壁稳固的同时也可避免混凝土超灌量过大，保证成桩质量。

（5）溶洞回填片石粘土的方法处理是可行的，但为了避免发生卡钻，一定要严格控制片石的直接为10～20cm。

（6）如孔内泥浆不是大量流失，可在回填片石粘土前先回填一些袋装的水泥，然后停滞一段时间，能够更好的堵塞溶洞裂隙。

5 结语

针对本工程地质资料揭示的不同地质情况，采取不同的处理方案，片石粘土筑壁法、钢护筒法及与其他相结合均取得了良好效果。所成孔桩灌注后技术指标均能满足设计要求，本工程全部桩基质量符合技术及规范要求。只要对施工过程中严格把关，提前做好准备，就可以有效缩短工期，保证岩溶地段施工钻孔灌注桩的工程质量和经济效益。

[1]刘日圣.溶洞地区桩基施工[J].公路交通技术，2006（03）.

[2]高清汇.桩基施工溶洞处理浅谈[J].上海铁道科技，2008（04）.

[3]中华人民共和国交通运输部.JTG/T.F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].北京∶人民交通出版社，2011.