溶洞桩基础施工方案探讨

林文良

摘 要：目前，在桥梁建设中，溶洞桩基础施工有着施工难度大、风险高、桩基础质量难以保证等特点。本文结合英德市省道S292线延长线一级公路新建工程第三合同段溶洞桩基础工作，抓住溶洞桩基础施工质量重点，并对行业内进行对比，优化溶洞桩基础施工方案。

关键词：溶洞;桩基础;桥梁工程

中图分类号：TU753.3 文献标识码：A

0 引言

现代公路桥梁施工中经常碰到溶洞现象，有的溶洞较小或者位置较深，对桥梁影响不大，但是有小的溶洞刚好处于桩位附近，对施工影响较大，下放桩基钢筋笼或者灌注混凝土时，钢筋笼和砼消失不见，严重的可能导致桩身倾斜，对桥梁造成巨大安全隐患。因此，研究探讨如何处理溶洞桩基础对桥梁施工重要意义。

1 工程概况

1.1 项目简介

英德市省道S292线延长线一级公路新建工程位于粤北地区英德市西南部，是沟通英德市新城区北江东西两岸第三条过江通道。路线全长14.036 km。采用一级公路技术标准，设计时速为80 km/h。特大桥采用分离式断面，全宽37 m。本合同段里程桩号为K10+400.0～K14+036.433，全长3.636 km，其中路基段长度为1 819 m，桥梁长度为1 817 m，共6座桥梁，包括北江四桥、塘寮中桥、袁屋中桥、许屋村中桥、东屋村中桥、莫瑞村中桥。本项目桩基础均为钻孔灌注桩，按端承桩设计。

1.2 水文信息

（1）地表水。北江四桥桥址处江面宽约800 m，主墩区域常水位水深在8～11 m范围，其余墩位水深在6～10 m范围。（2）地下水。桥址区地下水主要为孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水。

1.3 地质情况

（1）陆上桩基地质情况。1）覆盖层：覆盖层主要由粉质黏土以及软石土层组成，两者总厚度在25～31 m，其中粉质黏土层厚度在13 m左右，其可塑性较高，粘性较好。软石土层厚度11 m左右。2）基岩：施工区域的基岩主要为灰岩，岩质脆硬，裂隙较发育;区域内的溶蚀作用较强，溶沟、溶槽发育，基岩面呈现出较大的起伏，岩溶的深度变化也较大。溶洞多为1～5层不等，部分溶洞可能会在地质影响下，呈现出串珠状。岩溶主要可以分为两种，分别为无填充以及全填充，大部分填充物为卵石以及砂砾。3）该地层成桩常见问题：在施工的过程中，覆盖层可能会由于人为因素的影响，导致其出现坍塌的问题，在整个钻进的过程中，也有可能在塌孔的影響下，出现埋钻以及卡钻等情形，影响工程项目的顺利实施。

（2）水中桩基地质情况。1）水深：常水位下12～14主墩水深8～11 m范围，其余墩水深在6～10 m范围。覆盖层：经由检测之后，其地质中的覆盖层，厚度约13 m，主要由砂以及粉质黏土组成。2）基岩：基岩部分主要由灰岩组成裂隙较发育;基岩面呈现出较大的起伏状态，岩溶的埋藏深度也呈现出较大的浮动形式。在进行施工的过程中，需要尤为注意这一问题。3）该地层水中桩成桩常见问题：如若溶洞出现漏浆问题，就会直接导致覆盖层出现坍塌问题，最终引发平台垮塌等事故。

2 溶洞桩基施工事故及危害

在溶洞桩基施工的过程中，可能会因为客观因素的影响或者人为因素的影响，引发各类施工事故，导致施工作业无法顺利进行，面对这些施工事故以及危害，需要秉承预防为主、补救为辅的理念展开施工。在溶洞桩基施工的过程中，施工事故及其造成的各类危害主要如下：

（1）卡锤：在施工过程中，卡锤问题主要在于对并未事先对溶洞分布情况进行了解，在作业过程中，锤头冲破溶洞顶板岩石时，锤头出现倾斜。（2）斜孔偏孔：在穿越溶洞的过程中，洞顶以及洞底的岩层分布不均，在进行冲孔施工时，便可能会出现斜孔偏孔。（3）塌孔：当遇溶洞、溶穴、溶槽，孔内水头突然损失，覆盖层失稳容易造成塌孔。（4）漏浆：在冲孔通过强透水性底层时，如若遭遇熔岩全风化层，砾石之间的空隙较多，整个孔壁密实度不够;在冲孔时，部分溶洞未填充、溶穴、溶槽等。施工到溶洞或裂隙处。（5）埋锤：埋锤问题主要呈现为两种情况：一种是沉渣埋锤;另一种是塌孔埋锤。沉渣埋锤的主要原因是锤头在孔底停留时间过长，导致埋锤;塌孔埋锤则是在施工的过程中，工作人员需要在发现漏浆的第一时间，将冲锤提至孔外，如若并未第一时间将其提出，由于漏浆而出现塌孔问题时，锤头便会被埋在孔中。

为了彻底消除溶洞桩基施工过程中的安全事故与质量隐患，保证全桥的总体工期计划，使得施工能够安全顺利进行，溶洞处理务必谨慎。结合同类型溶洞处理的成功案例，针对本工程地质情况制定对应的桩基溶洞处理方案。

3 桩基溶洞处理的总体原则

根据施工现场的实际情况以及溶洞大小差异，全桥溶洞桩基分水中桩基、大站岸侧北江大堤两侧桩基和引桥陆地及中桥桩基三种形式，在不同的环境条件下，选用的桩基处理方法也存在一定的差异性。

水中墩所处位置的地层覆盖层主要由中砂层以及卵石土层组成，整个覆盖层的透水性较强，自稳定性相对较差，在钻进的过程中，如若出现溶洞漏浆，便很容易引发覆盖层坍塌问题。考虑到这一问题，需采取如下处理措施。

4 溶洞处理工艺介绍

在溶洞处理施工的过程中，面对各类问题以及施工事故，需要通过切实有效的施工处理方法对其进行处理，解决各类事故以及问题所造成的损失，保障整个项目的顺利实施，并确保最终的施工质量能够满足工程项目的质量需求。

4.1 钢护筒护壁法

水中墩所处位置的覆盖层主要由中砂层以及卵石头层逐层，其覆盖层的稳定性较差，在施工的过程中，如若溶洞漏浆，便会导致覆盖层坍塌。通过钢护筒支持，能够进一步提高钻孔过程中覆盖层自身的稳定性，以顺利成孔。

北江大堤为重要的防洪结构物，为确保施工过程中大堤的安全，避免桩基施工对大堤的不利影响，河堤两侧桥墩桩基施工采用钢护筒穿过覆盖层。

在钻入前，需要打入外层护筒，钻孔深度在岩面以上2 m，套内层护筒至基岩面，确定位置后，对空隙进行填充，而后继续钻进。

外层护筒以实际打入长度计，内层护筒长度取平台面至基岩面之间的高差值。

4.2 回填处理法

面对钻进过程中发生的漏浆问题，可以通过回填的方式，按照4∶6～5∶5的比例回填片石与黄泥。对于部分由于岩层裂缝引发的漏浆问题，则需要额外抛填袋装水泥，单次投入3～5 t左右。

完成回填后，使用钻机进行反复冲击，以保障黄泥以及片石能够充分的填充到裂缝当中。通过反复冲击，让片石携带黄泥向裂隙排挤。

4.3 溶洞孔内静压注浆

静压注浆作业需要采用套管法，从上而下进行分段注浆作业，采用Φ146 mm套管，穿越整个覆盖层并抵达岩面，而后采用Φ127 mm套管进行钻孔作业，深入到最底层溶洞，确认套管到位后，便开始压浆作业。注浆的浓度要越来越浓，注浆的压力要控制在0.5～1.5 MPa，注浆的过程中，需要缓慢均匀降低注浆速度。

4.4 溶洞孔内压砼（根据溶洞规模按需采用）

溶洞灌注的混凝土砼强度为C20，以试验室试配的配合比为准，配备好施工所需的输送泵、水泥罐车等施工设备，对现场的孔位初步施工放样。布置2～3个孔作为灌注孔，灌注孔需要沿着桩基护筒内侧3 cm范围进行布置，并且要保障每个孔呈现中心對称状态。在灌注的过程中，相对单个孔泵送砼，另外几个孔则用于排水排气等，在完成第一个孔的灌注后，再利用其他几个孔，进行补灌作业。

灌浆标准为基岩岩溶、溶洞灌浆孔泵送压力约10～15 MPa，达15 MPa时可终止灌注;砼灌注量明显减少，或不大于0.05 m3/min。

4.5 双液旋喷注浆（根据溶洞规模按需采用）

该种方法需要利用水泥净浆与水玻璃混合液展开作业，从下至上进行旋喷注浆作业。通过该种方式，让空洞充填水泥浆固结体。

4.6 覆盖层帷幕注浆（根据溶洞规模按需采用）

该种方法需要利用单管旋喷注浆进行施工。在成孔后，工作人员需要将特制的单管下放到孔底。而后利用高压脉冲，将水泥浆液喷出，形成高压射流。而后，将旋喷桩顺桩轴进行胶结，形成桩轴帷幕。

5 结语

以收集、整理溶洞桩基础施工工艺为基础，根据溶洞情况的不同、桩基础所处环境的不同进行分析，最终确定溶洞处理原则，用于指导实际施工，并在桩基础施工过程中，严格控制泥浆指标，确保成孔及清孔质量，从而有效的控制了桩基础的施工质量。通过英德市省道S292线延长线一级公路新建工程第三合同段溶洞桩基础施工，进行研究及施工实践，取得良好的成绩，北江四桥全部200根桩基已完成检测，均为Ⅰ类桩。

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