浅谈桥梁桩基施工遇到溶洞的处理方案

关键词：溶洞；桥梁桩基；施工 

　　喀斯特（KARST）即岩溶，是水对可溶性岩石（碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。由喀斯特作用所造成地貌，称喀斯特地貌（岩溶地貌）。喀斯特地貌分为地表喀斯特和地下喀斯特。其中地下喀斯特形态，又称溶洞或洞穴，它是地下水沿着可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀而形成的地下孔道。此类地貌在桥梁桩基施工中，易造成漏浆、塌孔等影响施工质量，还可能会造成地面沉陷，机械损坏以及人员伤害。因此在桩基施工中须高度重视，采用必要的措施，确保质量和人身安全。 

　　一、工程概况 

　　K31+427.574通道桥，本桥上部结构为1×10m预应力空心板梁，桥台连续。空心板预制梁高60cm，整体化层厚10cm，中板标准宽度为1.24m，桥面设11cm沥青砼铺装。下部结构采用薄壁式桥台，台身厚60cm，钻孔灌注桩基础，桩径120cm，双幅桥共8条桩。设计要求以微风化白云质灰岩作桩端持力层。 

　　二、工程地质情况 

　　因原地质勘查报告中未提及溶洞，所以初期桩基施工存在漏浆，都还未能确定，直至出现塌孔、地面沉陷，才能估计有此情况。经过对所有桩基，逐桩进行地质补勘后，发现所有桩基在施工时都会碰到溶洞，有的是单个深度小于1m的溶洞，还有的是多层类似葫芦串的溶洞。 

　　根据根据钻探揭露，场地地层自上而下依次为： 

　　1、素填土层：（Qml，层序号①）层厚1.70～8.50m。 

　　2、第四系冲洪积土层（Qal+pl，层序号②）：②-1粉质粘土揭露厚度1.10～11.70m、②-2细砂揭露厚度0.70～2.00m。 

　　3、第四系残积土层（Qel，层序号③）：揭露厚度0.80～12.30m。 

　　4、石炭系基岩（C，层序号④）：场地部分钻孔有溶洞等不良地质作用，局部极其发育，成串珠状现象，洞内有少量可塑的含砾粉质粘土充填。 

　　三、施工方案选择 

　　对于揭露有溶洞、等不良情况的桩基，本着先易后难的原则，先施工裂隙发育较差、溶洞较小的、溶洞层次较少的；最后施工溶洞较大的，溶洞层次较多的情况较复杂的桩基。 

　　处理方案一：钢护筒跟进处理 

　　对于单个溶洞，在凿穿溶洞顶板前，拟采用先跟进单层钢护筒至溶洞顶，再用冲锤凿穿溶洞顶板，若冲进过程中泥浆损失较快，应及时补充泥浆，并抛填片石、粘土块或C20混凝土填充挤实再钻进。 

　　对于糖葫芦串珠状的溶洞，根据情况宜采用套内护筒法，用护筒穿过溶洞的方法进行施工。 

　　单层钢护筒内径大于桩径10cm，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm。 

　　钢护筒采用跳进法，一边冲孔，一边接钢护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔洞内。下钢护筒的目的是防止贯通溶槽的漏浆造成粉质粘土覆盖层，以及地表层的塌孔。首先采用比设计桩径大10cm的冲锤，正常冲进至溶洞上方约1m处，采用汽车吊辅助振动锤等打入设备，将外钢护筒分节打入土层中至岩面。在下沉钢护筒的施工过程中，振动锤必须平稳，牢固的抓在钢护筒的顶部，并在护筒顶部的平面位置一定要居中，尽可能避免护筒偏斜。同时采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200，力求钢护筒垂直入土。若一旦发现有偏斜的趋势，马上进行纠正，将可能发生偏斜的不利因素消除在萌芽状态中。 

　　外钢护筒沉入岩面后，将冲击钻的冲锤换成设计桩基的冲锤，成孔到一定深度后（注：进尺为1.5～2m），及时采用25T汽车吊辅助振动锤将内护筒下沉至进尺岩面标高处；然后再进行冲孔、下内钢护筒；与之循环反复进行至桩底设计标高处，同样，在施工中严格测量、控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要去的1/200。 

　　各节内钢护筒的连接焊缝全部采用双面开坡口进行满焊，两节护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接200mm宽、10mm厚的加强钢带，以保证尺寸准确，使钢护筒顺直度达到要求。整个钢护筒的竖向壁成一直线。对其控制好质量的环节上起到关键作用。 

　　钢护筒垂直度控制下落过程中通过外部专门支架和预埋外护筒之间的卡具控制，并用经纬仪辅助控制垂直度。 

　　两节钢护筒焊接过程中的控制：钢护筒用垫铁调平（用吊车调节），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，如垂直度超规范，则接口部位采用垫铁调平，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，再进行钢护筒下落施工，上述工序循环进行。 

　　内钢护筒下至溶洞的处理措施： 

　　由于施工处不良地质溶洞的深度大，同时有可能存在贯通的溶洞。对此的处理不得马虎，若处理不当可能出现卡锤的情况。需结合超前钻的地址资料，详细了解各溶洞顶标高的准确位置后，严格按照以下处理： 

　　内钢护筒的下方位置，应根据其地质资料或原成孔桩基已施工的标高位置处（或溶洞顶100cm处），冲击锤冲至溶洞顶部范围做到上下轻提慢放，做到缓慢的进尺至溶洞处形成一小的裂口，不得高提进行强烈冲击，孔内泥浆势必全部漏失。因此需单独进行溶洞处理，孔内浆漏失完后，尽快将冲击锤吊开，将拼装备好的水下砼导管放入孔内，采用C20砼进行封堵，砼须多次进行，且每次灌入的砼不宜过多，同时砼需在待前面砼达到初凝后进行，砼的坍落度控制在30-50mm，通过砼的低流动性达到暂时封堵的目的，待砼凝固产生一定强度后，再用冲击锤进行重复回转、跟进内钢护筒。也可采用回填片石进行反复冲砸。通过挤压旁边的溶洞空，孔桩周围形成护壁，再跟进内钢护筒。同意桩孔内若有多层溶洞、溶槽或空洞，需分层按上方法处理、跟进下方内钢护筒。 　　备选处理方案二：注浆加固 

　　通过对照地质柱状图，对桩穿过的溶洞进行注浆填充和加固。 

　　注浆孔的布设：根据钻孔柱状图，找出最大溶洞为连通溶洞，自上而下逐个溶洞进行注浆加固。 

　　注浆压力控制：用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.5～1.0MPa范围，具体压力值现场实验确定。注浆速度为15～20L/min，其目的是使浆液渗透导填充物内（包含灌入的砂和碎石），然后固结，渗透最小直径定位3.0米，已保证冲钻成孔是有足够固结体。注浆时注浆管必须插入填充物底部。然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快。 

　　施工注意事项：防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇式注浆方式，使得先注入浆液与沙子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的注浆量和注浆压力控制为止。注完一孔后，电源线对其孔进行注浆，后注浆压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。且应在桩基范围取芯检验填充效果，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行施工。 

　　主要适用范围及优势：多适用于小型（高度小于1米）或多层溶洞（多层串珠状小溶洞），也可用于多种有填充物的溶洞，施工过程比较容易出现不可预见的情况，在桩基施工前需对桩基周围的加固效果进行钻孔验证，施工时间长且造价高。 

　　备选处理方案三：回填片石、粘土及水泥 

　　由于本桩位的地质情况单一，溶洞上方的地层均为素填土、粉质粘土及流塑状的粘土，在泥浆胡浸泡下极易软化坍塌，因此回填分两阶段进行。第一阶段为在凿穿溶洞前，对已成形的钻孔进行反复的回填及冲进，其目的为对溶洞上方的地层进行加固，保证凿穿溶洞孔内泥浆流失时其已成孔的孔壁不会坍塌，回填次数需通过试验确定。第二阶段为在溶洞凿穿后，溶洞北桩锤击穿后其孔内泥浆必将流失，如果孔壁不坍塌，采用回填片石、粘土及袋装水泥胡方法进行处理。当冲至溶洞顶板1m左右时，减小冲击钻冲程，控制在1～1.5m，通过“低冲程、快进尺”的方法逐渐击穿溶洞，溶洞一被击穿，孔内水头应该会迅速下降，此时立即向孔内补充泥浆，同时提钻至孔口，并向孔内投入片石，粘土块和水泥，填充溶洞，当孔内水头稳定时，用测绳测出回填厚度，当回填厚度大于1m时，使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。发现异常情况及时采用以上方法，反复冲砸，填塞溶洞，挤密护壁，直至顺利穿过溶洞。 

　　主要适用范围及优势：多适用于小型（高度小于1m）或多层溶洞（多层串珠状小溶洞），也可用于各种有填充物的溶洞。施工过程其回填量无法预计，且溶洞上方通过回填处理后再成孔都很难保证在溶洞击穿后不会坍塌，桩基需反复冲进成孔，成孔费用将成倍数的增加，混凝土的超灌量也无法预计，施工时间长。 

　　四、溶洞地质桩基施工过程常见问题技术处理措施 

　　溶洞地质同一般地质相比较，其特点表现在它的非均质性和非密实性，反映在钻孔施工中的形式为： 

　　1.漏浆、坍孔的技术对策 

　　随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆指标和钻头负荷是否正常；长护筒跟进；进行散抛填。将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物，视漏浆程度反复抛填冲击。 

　　2.偏孔的技术对策 

　　溶沟、溶槽、岩面起伏不定。在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时，钻孔速度会明显降低，主绳摆动大，遇此情况应马上提起钻头，抛入坚硬片石、碎石和块状黄土，以小冲程冲击，待冲击到原位后第二次抛入相同配备的混合物以大冲程冲击，反复进行，直到不偏孔为止。 

　　五、结论 

　　溶洞地质的桩基施工是质量保证的难点，在施工过程中采用了上述方案进行处理，并经过检测单位逐桩检测，经评定全部一类桩。总之，对于此类情况处理，要充分进行地质勘查，因地制宜采用合理的施工方案，事后并结合检测技术评定，才能保证施工质量。 

　　参考文献 

　　[1] 姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1985. 

　　[2] 李斌.公路工程地质[M].北京：人民交通出版社，1995. 

　　[3] JTGC20-2011.公路工程地质勘察规范[S].