岩溶区多层串珠型溶洞桩基成孔综合处置施工技术探讨

王勋 曹玉露 邵伟

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720071

摘要：随着路网的加密与完善，桥梁桩基施工过程中所遇地质情况愈发复杂多样。本文探讨针对岩溶区多层串珠型较大溶洞的桩基施工，通过加长钢护筒、改良回填混合料、改进施工工艺等措施，利用综合处置施工技术，顺利成孔并成功完成桩基混凝土灌注，为今后类似地质条件下溶洞位置的桩基施工提供参考。

关键词：岩溶区；多层串珠型溶洞；桩基成孔；综合处置技术；探讨

1 工程概况

安徽省某国高网高速公路项目第08合同段起讫桩号为K36+940～K43+026.39，其中IK1+625匝道桥全长282m，上部结构采用先简支后连续25m箱梁，下部结构采用柱式墩、桩基础。IK1+625匝道桥8L#桩基设计桩径1.6m，桩长50m，入岩深度15m，属嵌岩桩，采用冲击钻孔灌注桩工艺成孔。

2 地质特点

桥位主要发育三叠系中统黄马青组灰岩地层，IK1+537.5墩（2#墩）至IK1+712.5墩（9#墩）钻探揭露岩溶发育，溶洞高0.3～14.8m。区内钻探岩溶遇洞率70%，钻孔线岩溶率2.1%～84.3%，场内发现单洞顶底板高差大于5m岩溶多处，整个桥位区为岩溶极强发育区，其中8L#桩基为多层溶洞，溶洞贯通性强，串珠状分布，大小不等，规律性差，并伴有斜岩，最大空腔高度达8.2m，其地层岩性自上而下可分为以下几层：

（1）第一层粉质粘土：灰黄色、硬素、含钙质结核，表层30cm为种植土。

（2）第二层角砾土：灰黄色、密实，粒径0.2～2.0cm的含量占35%～40%，2.0～4.0cm的含量占10%～20%，成分以石英岩、砂岩为主，呈次棱角状，空隙被粘性土充填。

（3）第三层中风化岩：青灰色，隐晶质、层状结构，岩性硬，节理裂隙发育，裂隙面充填方解石脉，其中7.0～15.2m、17.6～23.5m、27.4～33.6m、34.5～37.0m、38.0～43.2m、43.8～45.0m为溶洞，呈串珠状，岩芯多呈柱状，节长10.0～15.0cm不等，少量机械破碎呈碎块状，锤击声脆，不易碎，取芯率73%。

（4）第四层中风化泥质砂岩：灰棕色，泥质砂岩、层状构造，与石英砂岩互层，岩石风化不均，岩性软，岩芯呈块状，块径6.0～10.0cm，少量呈砂状，取芯率65%。

3 岩溶桩基施工难点因素

（1）地方运输条件制约影响大。由于IK1+625匝道桥处于互通匝道位置，进场道路仅有1条乡村道路，且受南沿江高速现有盖板通道高度制约，进场车辆高度不能超过3.5m，导致大型机械设备无法进场。

（2）岩溶发育极强，成孔难度大。8L#桩基穿越6层溶洞，上层覆盖土主要为角砾土层，粘结力小，且本桩基为浅层岩溶桩，溶洞多呈珠串状，易发生串孔、塌孔等事故，同时施工作业风险大。

（3）8L#桩基设计长度达50m，施工工艺要求高。将桩基打入稳定持力层，钻进、清渣、换浆难度大，易出现卡钻、孔位偏移等问题。成孔过程中泥浆、浇筑的混凝土对孔壁的侧压力大，孔壁易坍塌，而且安全管理风险大。

4 岩溶桩基施工方案比选

4.1 “鋼护筒跟进”方案

通常情况当溶洞易发生漏浆、与周边溶洞连通、顶板覆盖层土质较差时，可采用钢护筒跟进方案。但由于大型设备进场通行条件不足，且8L#桩基设计桩长达50m，需先后穿越6层溶洞，钢护筒难以持续跟进，同时垂直度也很难保证，另外钢护筒用量较大，施工成本较高。

4.2 “双液浆注浆”方案

岩溶发育区域桩基施工前，在桥梁墩台范围对溶洞进行预注浆处理，填塞溶洞内空腔，固化溶洞内填充物，防止桩孔与溶洞、溶槽连通，避免桩孔内护壁泥浆流失导致塌孔。但双液浆液体的最佳凝固时间不宜掌握，且多层串珠型溶洞空隙多，所需浆液用量难以控制预测，施工成本高。

4.3 “片石+粘土”方案

当钻穿溶洞或钻至裂隙处出现漏浆时，反复投入片石和粘土，利用钻头冲击将片石和粘土挤入溶洞和岩溶裂隙中，以增大孔壁自稳能力，但此方案只适用于高度2m以下溶洞处理。根据现场资料统计分析，由于该溶洞内空间大、发育强，反复失浆或一次失浆过多、孔壁稳定性不足，易造成孔口失稳、坍塌。

4.4 “片石+粘土+水泥+木屑+钢护筒”综合处置方案

针对岩溶区桩基回填处理较大溶洞存在的困难，工程技术人员仔细研究钻孔资料及区域地质资料，结合前期施工经验，讨论认为该8L#桩基具备通过改良回填混合料配合比、改进回填工艺等相关措施综合处置较大溶洞的条件。

4.4.1 施工准备

通过仔细研究地质勘察资料，确定拟实施桩基穿越溶洞的位置、范围及可能存在溶洞填充情况，初步判断可能坍塌的地层，同时施工前做好以下工作：

（1）针对钻孔及回填混合料时可能发生突发质量或安全事故，成立由项目经理任组长、项目总工任副组长、项目部各部门负责人为成员的专项施工方案领导小组，制定事故处理应急预案，执行24小时值班制，密切关注施工动态。

（2）桩孔的地质资料及施作要点，作为技术交底发至一线工班及钻机操作手；对钻机平台碾压密实并铺设钢板，防止施钻时钻机出现不均匀下沉、摆动、位移等问题，从而影响钻孔质量。平台上准备若干根方木，用以调整钻机垂直度。

（3）钻孔平台附近准备足够的袋装水泥、碎石、片石、粘土及木屑，片石强度≥30MPa石灰岩，石块粒径以15.0～50.0cm为宜；增加一个备用泥浆池，在钻进过程中存放多余泥浆，漏浆时能够及时补浆，泥浆池尺寸长4m*宽6m*深2m。

（4）现场备用一台挖掘机、一台吊车、二台运输车、二台抽水泵，确保机械完好，操作手随时待命；现场机械停放、材料堆放整齐有序，临时设施布局合理，一旦发生事故，预留有足够的救援和撤离通道，同时配备急救药品、担架等设施。

4.4.2 施工工艺要点

（1）钢护筒的设置，分3节安装，每节钢护筒直径2m、长度2m。首先采用人工挖埋法安装第一节，钢护筒顶面高出地面0.3m；然后采用直径1.8m钻头钻进，钻进过程中需及时检查孔位偏差、钻孔垂直度，埋入剩下2节钢护筒；钢护筒间焊接牢靠；最后改用直径1.6m低冲程钻头，将溶洞顶板冲破。加长钢护筒设置后应检查钢护筒平面位置偏差不大于5cm，倾斜度偏差不大于1%。

（2）施工过程中，根据地质柱状图，在钻头接近溶洞时勤观察、勤检测，根据手握测绳冲击孔底的手感、冲击岩层的响声及抽取的岩样，判断是否接近岩溶地层。接近岩溶地层时冲程降低至50cm左右，防止卡钻。钻穿岩溶地层上壳时，一旦漏浆，要及时投放粘土、片石并补浆，以保持孔内水位高度。

（3）对于高度大于2m的溶洞，当钻穿溶洞或钻至裂隙出现漏浆时，首先立即反复投入片石与粘土，利用钻头冲击将片石与粘土挤入溶洞和岩溶裂隙中，片石与粘土的比例为3：7；其次在上述回填料基础上掺加水泥，掺加比例为每米2包袋装水泥，若漏浆情况无明显改善，须适当增加袋装水泥用量，以增大孔壁的自稳能力；最后加入木屑，利用木质纤维增加混合料的粘聚力。

（4）通过不断改善填料的投放工序，回填效果也有明显改善。木屑、粘土和片石可以先拌和后投入孔内，也可以分别投入孔内。如分别投放，顺序按片石、木屑、袋装水泥及粘土分层顺序投入孔内，木屑必须在回填粘土前投放。水泥以整袋投放为最佳。粘土投放后，用锤头夯实，循环投放，直至夯实后填料高度高于溶洞顶板1m以上，再用锤头静压6～8小时，随后进行二次成孔。如仍出现塌孔，采用素混凝土灌注至溶洞顶面约1m处，48小时后再二次成孔。

（5）钻进过程中遇到空腔溶洞，在击穿前，应制备泥浆，避免击穿溶洞帽后突然失浆，造成孔内压力不足形成塌孔。加强钻孔地质检查、复核，并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和钢护筒内水位变化；接近岩溶时主绳放长量控制为1.0～2.0cm，并减少锤击频率，每分钟5～10次为宜，如发现孔内水位下降，必须及时提锤检查，防止击穿溶洞顶板时造成掉钻、卡钻现象发生。同时做好相关应急处置准备工作，确保钻进顺利。

（6）如钻穿溶洞顶板时一旦漏浆，须及时补水补浆，保持孔内水位高度，并投放粘土、片石、水泥、木屑等回填料；重新冲击钻进，挤压填充溶洞或堵塞溶洞，最终至不漏浆为止；通过溶洞层后，继续钻孔，直至设计深度。成孔后灌注桩基混凝土阶段，在导管提升时，根据溶洞位置确定对应的导管埋深高度，导管埋深不小于2m、不大于6m；通过溶洞时，灌注混凝土速度宜适当放缓；樁顶灌注标高应比设计标高超灌1m以上，灌注混凝土完成后，需观察30分钟左右，如混凝土面没有变化才缓慢拔出导管。

4.4.3 施工效果

IK1+625匝道桥8L#桩基采用“片石+粘土+水泥+木屑+钢护筒”综合处置方案，进行多层串珠型溶洞成孔处理，有效防止塌孔等问题的发生，保证了钻进工作正常施作。成孔后，根据钻孔灌注桩钻孔原始记录，统计片石、粘土、水泥、木屑、钢护筒等消耗量及挖掘机台班，代入市场价格进行测算，得出成本较小，约占双液浆注浆方案成本的18%，大幅度节约成本。灌注成孔后计算扩孔系数为1.21，后期桩基检测报告显示，该桩为A类桩，施工效果好。

5 结论

由于岩溶发育，地质状况复杂多变，诸多不可预见性因素对岩溶区桩基施工影响很大。施工技术人员必须仔细阅读设计图纸及勘察资料等文件，了解桩基溶洞的基本情况，研究比选具体可行的施工方案，备足回填材料及机械设备，成立专项施工方案领导小组，制定质量和安全事故处理应急预案。在IK1+625匝道桥8L#桩基施工中，采用加长钢护筒，很好地解决了溶洞失浆造成地表坍塌问题，保证了操作人员、机械设备的安全；利用不断优化的回填料配合比以及回填工艺，成功完成多层串珠型较大溶洞桩基成孔。

参考文献：

[1]公路桥梁施工系列手册·墩台与基础·上篇.北京：人民交通出版社，2014.

[2]池州长江公路大桥详细工程地质勘察报告.合肥：安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，2014.

[3]温高峰.岩溶地区地基处理及桩基施工技术.北京：交通世界，2004（5）：8284.

[4]石振明，沈丹伟，等.岩溶地区桩基施工溶洞处理技术.北京：工程地质学报，10049665/2015/23（6）116008.

[5]李自锋.岩溶地区钻孔桩溶洞处理施工技术总结.北京：中小企业管理与科技旬刊，2010（13）：196197.

作者简介：王勋（1981），男，汉族，安徽霍山人，本科，工学学士，高级工程师，主要从事路桥、水利、房建等土木工程项目管理及科技研究。