复杂岩溶地质中桥梁桩基施工技术研究与应用

尤帆帆

（广州市高速公路有限公司）

岩溶作用下，形成喀斯特地貌，地下形态不同程度改变，导致地上施工稳定性和安全性受到影响。岩溶地质条件之所以形成，是多种因素作用的结果，如流水冲蚀、岩溶溶蚀等，一旦处理措施不当，极易出现下陷、坍塌等现象[1]。岩溶发育程度存在差异，案例工程所在地区的岩溶为中等～极强发育，需要采取措施进行桩基加固，以满足工程质量要求。

1 案例工程

广州市某高速公路全长65.18km，桥梁基础大部分为钻孔灌注桩。根据地质情况报告，广州市白云区金盆村施工范围岩溶发育，地质情况复杂，并且桥位区地下水对混凝土结构具强腐蚀性。该工程处于复杂岩溶地区，桩基础施工质量成为桥梁质量控制的关键环节。

2 桥梁桩基施工常见问题

2.1 区域避让不到位

案例工程地处岩溶区，常规地质勘测法未及时、准确显示溶洞信息，致使桩孔成功率降低，并出现浆液外露、塌陷等现象。当桥梁桩基修建遇到岩溶发育、地下水较多时，尽量选择避让，否则会增加桩孔处理难度[2]。

2.2 卡钻、塌孔等问题

复杂岩溶地质条件下进行桥梁桩基施工，极易出现掉钻、卡钻、塌孔等现象，导致施工速度减缓，并且桥梁稳定性和安全性大大降低。出现塌孔问题，是因为溶洞洞室、泥浆质量不达标等因素导致；对于倾斜问题，主要因为溶洞非均匀发育和岩层倾斜，桥梁桩基施工环节容易出现倾斜现象；灌浆问题产生的主要原因，是桩孔与溶洞相通，此外，岩溶裂缝、钢护筒焊接不严密也会引发灌浆问题。

3 复杂岩溶地质中桥梁桩基施工技术与应用

3.1 溶洞总体处理方案

根据溶洞高度，划分溶洞类型：小于3m 的溶洞属于小型溶洞，3～10m 之间的溶洞属于中型溶洞，大于10m的溶洞为大型溶洞。根据地质超前钻孔柱状图，以及钻头稳定度变化情况制定溶洞处理方案，主要有：超前钻孔预注浆堵漏、抛填片石和粘土、钢护筒处理等方案。复杂岩溶地质中进行桥梁桩基施工时，应做足施工准备：施工前，分析溶岩地质资料，制定可行的施工方案，并备好泥浆、泥浆泵、片石、粘土、袋装水泥等[3]。

3.2 溶洞具体处理方案

3.2.1 超前钻孔预注浆处理

在具体施工过程中，超前钻孔一方面探查桩位溶洞位置和尺寸，基于桩基位置的溶洞分布规律和漏浆情况，制定钻孔施工方案，并为下一步钻孔和成桩施工提供借鉴；另一方面，进行注浆堵漏，根据地质情况和钻孔过程中漏浆情况，对于钻孔工作开展中出现的裂隙、溶洞等有害地质及时有效地实施注浆封闭、固结处理，固定溶洞内的填充物，封闭岩石裂缝，提高其强度，避免正式钻孔时，发生漏浆问题。

注浆堵漏工作持续开展，直到不漏为止。在施工时，地质钻孔机每一次穿过溶洞时，都会存在引发漏浆的可能，要及时发现，及时堵漏。如果注入3～5 吨水泥浆后漏浆问题依然没有解决，应停止注浆，间隔12 小时后继续注浆，如此反复操作，直到不漏浆为止。如果第二层溶洞存在漏浆问题，需要继续钻进注浆，当钻孔达到设计孔底标高以下的连续基岩层时，连续基岩层高度必须满足设计要求，然后更换位置，重复上述操作。在完成注浆处理之后，使用冲击钻机钻孔。如果在孔中存在没有处理好的溶洞，可以通过抛填粘土、片石、水泥包等进行处理。

超前钻孔预注浆处理，严格管控钻孔和预注水泥浆两个环节。在案例工程中，使用普通地质钻机钻孔，预注浆可以使用注浆泵通过钻杆完成。若钻机在松散、裂隙发育岩层、溶洞地层发生漏浆现象，可以使用间歇压浆的方法处理，对不良地层进行充填、封闭和固结。使用注浆泵注浆时，应合理控制压力，宜在0.5～0.1MPa 之间，具体数值可以根据现场需求设置。合理设置水泥浆浆液的水灰比，通常为W/C=0.8～1.0。在操作时，应考察其返浆状态，如果浆液流出孔口且液面保持稳定，即可停止注浆。注浆时的顺序为从上到下，当钻穿整个容岩层之后，开始注浆，实现对漏浆底层和填充物的封闭和固结。除此以外，为了防止浆液流失导致浪费，可采取间歇注浆模式，在先期注入的浆液与溶洞填充物初步胶结，具有一定稳定性之后再注浆，照此往复循环操作，直到达到最小注浆量和注浆压力控制数值时停止注浆。

3.2.2 抛填片石和黏土处理

抛填片石和黏土处理时片石和粘土比例一般控制在1:1。

观测掌握钻孔动态。根据超前钻资料，在冲孔至溶洞顶1m 左右时，准备足够片石、粘土。冲击钻在溶岩上冲孔时选择小冲程，特别是接近溶洞顶时（约1m），加强孔深测量和泥浆循环物观测。

注重泥浆面变化分析与处理。在确定该溶洞处冲孔成功后，暂停冲进，观测泥浆面变化情况，并与无溶洞的成孔情况同条件比较，判断溶洞处有无漏浆情况。如有漏浆现象出现，可再行考虑投抛片石、粘土冲砸，起到堵漏效果。

采取二次冲砸模式。若在溶洞内进尺较快，则在孔底已穿过溶洞底1m 左右后，再次提升钻头，投入片石、粘土，重新进行冲砸。目的是使片石与粘土在溶洞内形成一道环壁，保证成孔质量[4]。

严格关注无填充溶洞或半充填溶洞的护筒内部泥浆变化情况。特别是超前钻显示漏浆的溶洞，在击穿洞顶之前，要有专人密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，首先应迅速补浆，然后用铲车及时将准备好的片石、粘土按适当的比例抛入，直至孔中的泥浆停止下降，并慢慢上升，此后可用冲锤进行适当挤压，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越溶洞。

合理进行偏孔处理。偏孔是溶洞处地质钻孔施工中的常见现象。钻头穿越溶洞时密切关注是否偏孔。若偏孔应按1:1 的比例回填粘土和片石至偏孔处1m 以上，重新冲砸。多次纠偏不成功的偏孔，要研究专项方案进行纠偏。

3.2.3 单层钢护筒处理

对于中溶洞（高度3～10m）采用单层钢护筒施工法，具体施工方法：

先预埋开孔护筒，准备编织袋填装的粘土包和片石；冲进钻孔，在溶洞内冲进时，抛填粘土袋和片石；放钢护筒至岩面，继续冲进，如溶洞漏浆，则继续抛填粘土袋和片石，并将钢护筒继续跟进至岩面，最后终孔[5]。

3.2.4 多层钢护筒处理

对于大溶洞（高度≥10m），采用多层钢护筒施工法。钢护筒跟进是利用振动打桩锤将钢护筒一直跟进到溶洞底部的施工方法，此法既解决了成孔过程中溶洞顶部覆盖层的坍塌问题，又保证了成桩的安全和质量。

桩基内护筒跟进的施工流程：场地平整、定位→埋设外钢护筒→冲孔至上层溶洞顶（回填片石或粘土）→溶洞顶部处理→外钢护筒穿过上层溶洞至溶洞底部→下放内钢护筒→冲孔至下层溶洞顶（回填片石或粘土）→溶洞顶部处理→内钢护筒穿过下层溶洞至溶洞底部→正常成孔至桩底标高（终孔）。

钢护筒制作。钢护筒在厂家用机械集中卷制加工制作，内径不小于设计桩径，焊缝全部为满焊，制作好后运至施工现场。

钢护筒跟进施工工艺。首先，下放长护筒时，其位置必须准确，下放完成后，检查其高程、垂直、护筒顶面水平度。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻，说明顶部已成孔并且圆滑垂直，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机把护筒放入沉至孔底，必要时用振动锤下沉。其次，下落过程中通过预埋外护筒之间的卡具控制，并用经纬仪辅助控制垂直度。用水平尺检测达到水平要求后，在外部卡具范围内将上部钢护筒初步就位，接口对齐，用经纬仪测量垂直度，然后将两节钢护筒点焊，初步稳定后，再进行满焊。在焊缝冷却后，进行钢护筒的下落施工，上述工序循环进行。

3.3 溶洞地质钻孔常见病害

在具体施工过程中，溶洞地质钻孔存在一些常见病害，需要对其进行预防和处理，将影响降到最低，保证工程优质高效进行。其中，对于漏浆、塌孔的问题，需事先准备泥浆、大流量泥浆泵、粘土、片石等材料和设备，当发生上述问题时，及时进行处理。对于卡钻和掉钻等问题，应对地质条件详细了解，并掌握钻进状态和尺寸，有效控制钻进的深度和速度，及时进行问题分析和处理。例如出现卡钻问题时，可使用水下割护筒底口挡住钻头部分，还可以上拔钢护筒，腾出空间，拉出钻头。在斜孔预防和处理方面，可以反复抛填片石，使其达到斜孔位置以上1m～2m，进行小冲程反复冲砸，纠正斜孔。在混凝土外漏防控方面，可以利用腔体内部封闭效应提升桩孔护壁稳定性。

4 结论

复杂岩溶地质中桥梁桩基施工的难度较大，需要合理制定技术方案，基于岩溶地质条件和施工要求，进行工艺设计与改进。在具体操作中，应基于施工现场的地质情况、漏浆情况，及时进行超前钻孔预注浆处理，有效抛填片石和黏土处理，并通过单层钢护筒和多层钢护筒的使用，进行漏浆保护，解决溶洞顶部覆盖层坍塌的问题，确保工程优质高效。