岩溶区桥梁桩基施工技术

鹿存福 中国铁路上海局集团有限公司徐州枢纽指挥部

岩溶其本意就是岩石发生溶解，岩溶的产生和发育破坏了岩石原始的整体性，降低了岩石本身的强度，在外部影响因素或其他荷载的作用下，导致地基承载力不足，地基变形破坏，对工程建设造成严重危害。因此，需解决岩溶区桥梁桩基施工过程中出现的技术难点和问题，保证工程质量及施工安全。

1 工程概况

邳州特大桥起点里程DK120+307.94（连云港台）至DK135+210.45（448#墩，不含），桥梁长 14.902 km，邳州特大桥共有桩基4 060根。桩基地质情况：桥址区前段下伏基岩为震旦系（Z）的灰岩，溶洞为不发育～强烈发育，据钻孔揭露，岩石常见溶隙、溶洞等形态，桥址区岩溶主要为深覆盖型。地表水、地下水对混凝土、钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀作用。

根据地质勘察报告，主要为粉质黏土、粉细砂及灰岩，溶洞位于地表以下35 m～55 m处，溶洞为半填充～填充为主，填充主要为粉质粘土，软～硬塑。

溶洞大小分布不均；由于溶洞较多，相互之间串联可能性较大，漏浆具有普遍性；有时一个溶洞具备以上多种形式，本文主要阐述冲击钻成孔状态下的岩溶处理。

本桥桩基础工程量：φ1.0 m桩3741根，桩径φ1.25 m桩163根，桩径φ1.5 m桩132根,桩径φ2.5 m桩24根。

2 岩溶区桩基施工方法

2.1 控制重难点

（1）钻孔击穿溶洞后，导致泥浆流失，泥浆面迅速下降，造成塌孔，这类问题是最常见；

（2）钻孔击穿溶洞后，造成塌孔，导致地表发生塌陷，这类问题在遇到大型溶洞且地表土质较差时容易发生；

（3）钻孔击穿溶洞后，因操作不当造成钻头卡住或掉入溶洞内，这类问题在施工中也经常遇到；

（4）斜岩层钻孔发生偏孔；

（5）即使采取了可靠措施，防止了钻孔过程中的塌孔，但在水下混凝土灌注时，到灌注到一定高度后，停灰面突然下降，导管底露出停灰面，导致断桩；

（6）即使采取了可靠措施，防止了钻孔过程中的塌孔，但穿过溶后，因地下暗河可规模型溶洞，即使大量补浆，泥浆面仍停留在地下水位面处，导致泥浆无法循环，钻渣不能排出孔外，钻进停止不前；

（7）即使能成孔，在水下混凝土灌注时，到停灰面到达规模型溶洞后，混凝土大量流向溶洞内，停灰面长时间不能上升，时间长了后表层凝固，导致断桩；

（8）其它遇到的问题：岩溶区钻孔桩一般入岩较深，施工周期长，机械设备磨损快，往往在钻孔中不注意检查发生钢丝绳断裂而造成钻头掉入孔内。

2.2 成孔机械选定

桩基成孔工艺目前常用的有人工挖孔、旋转钻机成孔、冲击钻进成孔及冲抓钻进成孔。在本段岩溶地区进行桩基施工作业时，项目部提前谋划、加强调查，综合分析基础处的工程地质条件、水文条件以及施工时产生的各种影响，合理选择成桩工艺和施工方法。本工程的特点是岩溶分布较广，强烈发育，施工技术难度大，大部分桩基在20 m以下，桩基施工选择冲击钻孔的方式成孔。

表1 机械配置表

施工时根据实际情况选用合适机械、数量（见表1），配备足量粘土、片石、钢护筒、混凝土、水泥、钢筋等材料。

2.3 岩溶处理方法

桥址下岩溶强发育，岩溶给桥梁施工带来很大的麻烦和风险，岩溶给桩基施工带来很大的麻烦和风险，本工程岩溶区桩基处理方法主要有回填粘土片石混合物（抛填片石、碎石、黏土、水泥、混凝土或几种的混合物）、岩溶注浆、护筒跟进、回填混凝土等。

（1）溶洞处理以做好准备工作为主，钻孔前在场地内准备大量的片石、碎石、袋装粘土、袋装水泥、草袋及其它材料，设置了2个大容量泥浆池，同时配备不少于4台D220型泥浆泵作为备用，保证一旦桩孔出现漏浆，可以马上进行补浆。

（2）对于一些溶沟、溶槽、小溶洞等，宜采取抛填袋装水泥、黏土、碎石等混合料进行堵塞，起到护壁作用，保证泥浆不流失，使钻孔顺利通过。对不同溶洞内土的不同性质，按一定的比例分别加入水泥、木屑、草袋、片（碎）石等混合材料。这些加入的材料经过钻头的冲击和捣动，将挤入溶洞周边和岩溶裂缝中，增强泥浆护壁的效果。

（3）当填充物为软弱黏土或淤泥的一般溶洞应向孔内投入一定比例的黏土、片石混合料，反复冲击形成护壁，钻头穿越溶洞时应防止偏钻。若发生偏钻，应回填黏土和片石至偏孔位置0.5 m以上，再重新钻进。溶洞预注浆施工流程见图1。

图1 溶洞预注浆施工流程图

（4）溶洞内无充填或半充填，溶洞高度一般在（0.6 m≤洞高≤4.5 m），在凿穿溶洞顶板前，应密切注意护筒内泥浆面的变化。若泥浆面下降，应迅速补浆补水，根据溶洞的大小按一定比例回填黏土、片石和水泥（按 1 m3：3 m3：0.5 t比例，顺序为袋装水泥、袋装黏土、片石）回填冲击。用0.5 m～0.8 m小冲程，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，让黏土与片石混合物充分挤入溶洞，等水泥初凝具有一定强度，将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进，形成人工泥石护壁。如此反复多次回填片石、黏土和整包水泥，反复冲击直至形成泥石护壁并不再漏浆为止。必要时可采取掺加含速凝剂或水玻璃的水泥砂浆、C20混凝土进行封堵，并及时补充泥浆。

（5）对于溶洞高度较大（洞高＞4.5 m）。如发育规模大、层数多、溶洞内填充物性能差、存在暗河等特大溶洞，采用下钢护筒跟进钻孔，辅以片石、黏土块或C20混凝土封堵的方法。第一层钢护筒一般下至岩层顶面，护筒直径比桩基直径大50cm左右，采用比桩基直径大50cm的钻头。第二层采用比桩基直径大25cm护筒，钻头直径与桩基直径相同，护筒下至大溶洞底部。护筒采用振动锤或者利用锤头自重下压方式下放。对于糖葫芦串珠状的溶洞，根据情况采用多层钢护筒递进的方法钻进，采用多层钢护筒跟进时，护筒采用壁厚12 mm的钢护筒。

（6）对于有浅埋岩溶地层或存在地面塌陷隐患的桩孔应先加固。①注浆前应进行必要的封孔措施，封孔可采用水泥砂浆，封孔深度不宜小于3 m。②注浆过程中出现较大的空溶洞、浆液漏失严重、注浆压力突然降低和升高等异常情况时，应采用间歇式反复注浆。③采用间歇循环注浆方式时注浆材料宜采用水玻璃-水泥双浆液（水玻璃掺入量宜为水泥浆质量的8%～10%），间歇循环注浆时间应不小于6 h，使先注入的浆液初步达到胶结后再注浆。④多层溶洞应从下层向上层进行注浆，注浆压力宜较注浆孔底水压大0.1 MPa～0.2 MPa，在注浆过程中可根据具体情况适当调整。注浆速度宜为8L/min～10L/min，渗透最小半径应大于桩半径1m。⑤注浆顺序应从外向内进行。⑥注浆完成后，注浆体强度达到设计强度80%后方可进行钻孔。

3 技术处理措施

（1）施工前根据地勘情况，对每根桩处理方式单独做好安全技术交底，确定每根桩的溶洞处理方式。

（2）施工过程中，为应对施工过程中出现岩溶问题，根据地勘图纸决定溶洞处理方式，对于溶洞较小或溶洞填充/半填充时采用抛填片石和黏土方式进行，并提前备好片石，水泥，黏土等材料；对较大溶洞处理采用超前注浆方式，提前对溶洞进行注浆填充保证成孔安全：对于大溶洞采用钢护筒跟进，项目部提前准备好足够长度的钢护筒，成孔过程中及时校核护筒中心位置防止桩基偏孔影响成桩质量。

（3）岩溶地区的钻孔桩施工易发生漏浆，因此要备足粘土块和片石，出现漏浆要马上补充，保持孔内水头高于地下水位1.5 m。

（4）岩溶处理过程中，对岩溶处理情况及时上报监理单位，做好岩溶处理签证工作，及时留存相应影像资料。

4 安全处理措施

4.1 地面塌陷处理措施

对已有岩溶塌陷发生且其稳定性差尚有活动迹象的地段，施工前应先对溶洞进行注浆处理，成孔过程中尽量采用钢护筒跟进，如发现漏浆，应立即采用片石粘土混合物进行回填。

根据地质资料，当溶洞埋深浅且溶洞较大无填充物时，应采用2根长9 m工字钢对钻机进行加固。

设置完善的排水系统，避免地表水大量入渗，对已有塌陷坑进行填堵处理，防止地表水向其汇聚注入，岩溶地段附近不得抽出地下水。

4.2 临近既有重要公路及建筑物的处理

（1）临近既有重要公路和建筑物的岩溶处理，必须编制应急预案，明确发生地面沉降后的应急处理方案和程序。

（2）必须在施工半径200 m范围内，按20 m间距建立地面沉降观测网，派人24 h进行观测，并做好观测记录，一旦发现地面塌陷，立即启动应急预案。

（3）施工周边200 m范围内严禁抽取地下水，避免地下水失衡而引起地表塌陷。

4.3 其他安全注意事项

（1）钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、少松，防止击穿岩壳卡住钻头。

（2）钢丝绳及卡子要勤检查，勤保养，松动的卡子要及时补拧。

（3）护筒长度不得小于2m，护筒顶面必须高出地面50cm，必要时护筒顶用钢管将护筒固定在地面上，防止护筒下沉，护筒四周必须用填土夯填密实。停止施工或施工过程停顿的孔位，上面必须铺盖钢筋网片，防止人员或物体坠入孔内。

（4）钻孔桩施工时，严禁泥浆外溢，孔位附近保持清洁，防止作业人员坠入孔内。

（5）钻机轮胎或滚筒前后应用木楔或其他物体楔紧，防止钻机偏位、倾斜。

（6）为防止发生人身伤亡事件，施工前对操作人员进行安全培训教育，提高安全意识。施工过程中操作手系牢安全带，以防止人员发生人身伤害。

5 结束语

岩溶区桩基施工中不确定的因素较多，在实际施工过程中，出现的具体问题需要将实际情况与理论知识相结合，灵活应对，全面考虑，才能在工程进度和保证质量的前提下兼顾施工安全。通过连徐铁路邳州特大桥工程实例，对岩溶地区桥梁桩基施工过程中会出现的各种的问题进行了分析，提出了在岩溶地区桥梁桩基施工，根据工程特点选择合适的施工处理方法。