溶洞处理工法在岩溶地区桥梁桩基施工中的应用

2020年第01/02/03期（1月）

溶洞处理工法在岩溶地区桥梁桩基

施工中的应用

侯锡标

（广东鸿发建设工程有限公司，广东 清远 511500）

摘要：通过对广东某岩溶地区高速公路桥梁桩基础施工遇到溶洞处理方法的实践应用，探讨在岩溶地质情况下进行桥梁桩基施工时，遇到不同类型的溶洞采用预处理、钢护筒跟进、抛填片石黏土块等溶洞处理工法，以及实施工法时遇到多发事件采取的处理措施及注意事项，达到桩基施工既经济又安全的目的，为岩溶地区桥梁桩基施工提供借鉴。关键词：岩溶地区；桥梁；桩基施工；溶洞中图分类号：U445.6

文献标识码：B

0 引言

广东某岩溶地区高速公路S—01标段，为枢纽互通式立交桥，主线桥全长1.487km，另有A、B、C、D、E、F匝道桥与已建成高速路、国道相接。施工现场地形复杂，溶洞区域大，范围广，招标时溶洞参考设计的溶洞类型多样，但地质密度相对较少，施工单位进场后发现某些钻探孔并不具有代表性。

该溶洞区域的地形复杂多变，如：原招标时地质勘察报告上无溶洞，在进场施工时的超前钻勘探发现有溶洞；原招标时地质勘察报告上有溶洞的桩，进场后重新勘探发现溶洞位置与原勘探资料不符；同根桩的不同探孔溶洞顶标高和溶洞大小有差异；同墩台相邻的两根桩的溶洞发育情况有差异等。

速路桥梁连接已建成高速路桥梁段接口附近）溶洞工法：双层钢护筒跟进，外护筒直径比桩径大40cm，其余处理同上。在溶洞顶板50～80cm位置时采用先把洞顶击穿让内护筒落到底溶洞的底板面以下5～10cm。

（3）河滩段溶洞工法：先采用静压注浆预处理技术处理表层细砂层，然后采用双层钢护筒跟进。1.3 溶洞处理流程

根据溶洞桩基特点，利用超前钻（每根桩设置三个超前钻探孔）对每一根桩的地层情况、溶洞位置、大小、洞内状况等要素进行针对性的方案处理。根据超前钻地质柱状图、桩基溶洞底板厚度等对嵌岩深度等参数进行优化。地质柱状图悬挂在桩机上，以便操作人员调整施工顺序。对于溶洞裂隙进行预注浆处理，注浆压力为0.3～0.6MPa。

处理流程：超前钻探资料确认→收集桩周边影响因素→设计确定桩长→四方现场确定施工方案→技术交底→前期准备→施工处理→成孔成桩。

1 溶洞处理工法及流程

1.1 溶洞分类

按桩基超前钻地质柱状图，溶洞划分为三类：①一般小溶洞，洞高h≤3m。②中溶洞及层数较多的溶洞，3m＜h＜5m或层数较多。③大溶洞，洞高h≥5m。1.2 不同类型的溶洞处理工法

根据地钻孔柱状图判别土层中易塌层（淤泥、粉质黏土、砂土、粉土、卵石土）位置及厚度、溶洞地层位置、空洞大小、有无填充物等实际情况，在不同的地质情况下考虑技术、经济等因素，采用单个或综合的溶洞处理工法，达到既经济又安全的目的。

（1）大溶洞部分工法：单层钢护筒跟进到顶层溶洞岩面，采用小直径冲击锤低幅高频击破溶洞顶岩层，再用适径冲击锤扩孔，成功后向溶洞内反复抛填片石黏土块（比例7∶3），必要时加投袋装水泥，直到不再下沉为止。

（2）串珠型溶洞部分及既有通车线路附近（即新建高

2 溶洞预处理工法应用

D匝道桥河滩地段存在较厚的细砂层，表层松散不稳定渗透性强。施工中采用静压注浆预处理技术，浆液可注性好，进入细小隙缝和粉细砂层，能加固地层，确保施工顺利进行。

（1）桩周均布8个钻探注浆孔，采用套管法注浆。注浆范围为岩面至护筒脚以上约5m，用Φ12.7cm套管打至护筒脚以上5m处。

（2）压浆自下而上分段进行，注浆压力0.5～1MPa，水灰比1∶1。套管装至溶洞底板以上约10～50cm。

（3）当溶洞高度h＜5m时，注浆以套管节长（2～3m）分段进行，向上起出一段套管则灌砂浆一段，灌至设计顶面深度为止。灌注的砂浆配合比为：R42.5水泥∶

收稿日期：2019-11-14

作者简介：侯锡标（1976—），男，工程师，主要研究方向为路桥建设与施工管理。

186粉煤∶砂∶水∶减水剂＝300∶130∶1580∶270∶8.5。当灌浆泵送压力达13～15MPa时终止压浆。

（4）当溶洞高度h＞5m时，用地泵进行泵送小碎石混凝土压浆。小碎石混凝土配合比为：R42.5水泥∶粉煤灰∶水∶砂∶碎石∶减水剂＝180∶200∶220∶840∶990∶6.86。泵送压力13～15MPa，孔口返浆时即可停止。

（5）在D0—D8等桩溶洞体积较小，且洞内存在一定充填物（卵石、碎石、黏土等），采用注压水泥浆。实践表明，质量效果相同时该方案比较实用经济。

（6）如果压浆过程中达不到终止注浆压力时，需采取间歇注浆、掺速凝剂等措施。

3 片石黏土填充工法应用

此法主要适用于较小溶洞（h＜3m），无裂隙无漏浆情况的溶洞处理，工法简单，造价较低。3.1 施工工艺流程

埋设护筒→桩机就位→冲孔至溶洞顶板面以上1m→回填材料准备（片石、黏土、水泥等）→慢钻速（冲程1m左右）钻进→击穿溶洞顶板，孔内泥浆面下降→补水同时回填片石、黏土、水泥等至溶洞顶板以上1～1.5m位置→每钻进0.5m重复向孔内回填片石、黏土等，低冲程挤密回填物无漏浆后正常钻进→成孔、成桩。3.2 填料规格及比例

回填材料规格及投放比例见表1。

表1 回填材料规格及投放比例表

序号材料名称规格

建议投放比例备注

1

片石

花岗岩或石灰岩，块径以15～50cm，强度30～60MPa7

2黏土优质黏土，含砂率＜5%，塑性

指数17%～25%3袋装3水泥42.5级水泥

2～3包/m视情况掺4

锯末

黏土的10%

视情况掺

掺投方法：片石、黏土袋（或添加水泥、锯末）分层间隔掺投，回填至溶洞顶板以上2～3m处。经实践表明，黏土采用袋装投放，效果更佳；水泥投放采用整袋投放，效果更好。3.3 注意事项

（1）钻进过程中，密切注意察看钻机工作情况、桩周地表沉降和孔内水位变化，防止异常事件发生，发生漏浆，立即处理。

（2）据地质柱状图，在接近溶洞时勤观、勤检，凭手握冲击主绳手感、冲击岩层响声、抽取岩样来判断是否接近岩溶地层。

（3）接近岩溶时主绳松绳量为1～2cm，击穿岩溶地层上壳时，一旦漏浆，要及时投放土、石并补水，保持孔内

交通世界TRANSPOWORLD水位高度。

（4）钻孔过程中保持水位。一旦发现孔内泥浆水位下降立即集中填土、石。

（5）一旦发现钻进速度明显加快又无偏孔现象时，或浆面下降，孔内水位变化较大、泥浆稠度、颜色发生变化，表明已穿越溶洞顶进入溶洞。迅速用大功率泥浆泵补水补浆，同时立即提起冲击锤，防止埋锤。然后按比例抛入片石、黏土，回填高度在洞顶以上1～1.5m。每钻进0.5m就向孔内补充填料。

（6）坍孔发生时，立即抛填片石和黏土，下部抛填片石为主，上部按比例抛填土石，回填到塌方位置。

（7）回填片石黏土后，采用小冲程钻进，让钻锤击碎黏土和片石并挤进溶洞内壁发挥护壁作用，直至孔内泥浆面停止下降，并慢慢上升。此后可加大冲程钻进，对填充物进行冲击式挤压，确保溶洞被堵死。若溶洞内进尺过快，则继续投放片石黏土，投放量可据进尺速度采用少量多次投放方法进行。

（8）主线桥编号36-1桩基础溶洞封堵后发生再次塌孔，经探究是溶洞空隙大，原黏土片石措施未能有效。为增加堵洞固结强度，降低灌桩时塌孔风险，在36-2、36-3、36-4等溶洞空隙大的桩基施工时采取在投放黏土时分批投入袋装水泥，水泥整袋投放量2～3包/m，未再发生塌孔事故。

4 钢护筒跟进工法应用

钢护筒跟进法是先用钻机钻到一定深度，再采用钢护筒沉入孔内（自重下沉或辅助振动下沉），起稳固孔壁作用。然后冲锤在护筒内继续钻孔，钻破溶洞顶板后，因有护筒对孔壁硬性支撑，就算发生孔内泥浆漏失等现象，孔壁也不会发生塌孔。钢护筒继续跟进至洞腔内直至溶洞底板岩层，向孔内回填片石、黏土护住护筒脚部不再漏浆，

后继续冲孔至桩底设计标高。实践表明，钢护筒跟进法施工安全、封堵溶洞效果好，但费用也较高。

根据护筒级数，钢护筒跟进法可分为单级钢护筒跟进法和多级钢护筒跟进法（开孔普通护筒非跟进护筒）。

（1）钢护筒不进溶洞内部只跟进至覆盖层底面（即溶洞顶板岩层顶面）。此法一般用片石黏土填充法作为辅助，主要针对邻近建筑物的小型溶洞处理。

施工工艺：桩基施工准备→溶洞顶处理（如有）→埋设开孔护筒（直径D+40cm）→桩机就位（钻头直径D+20cm）→钻至覆盖层底（成孔直径D+20cm）→沉放跟进钢护筒（直径D+20cm）至覆盖层底→更换钻头（直径D）→继续正常钻进→终孔

（2）当溶洞顶板岩层厚度小于1m相对比较薄弱时，钢护筒利用振压设备可以冲破顶板岩层，一直跟进至溶洞底板面，再进行冲击嵌岩。此法主要针对一般中、大型溶洞的处理。

施工工艺：桩基施工准备→溶洞顶处理（如有）→埋设开孔护筒（直径D+40cm）→桩机就位（钻头直径

187总523/524/525期2020年第01/02/03期（1月）D+20cm）→钻至溶洞顶板面（成孔直径D+20cm）→沉放跟进钢护筒（直径D+20cm）至溶洞顶板→更换钻头（直径D）→控制钻速，小心冲破溶洞顶板→如漏浆，迅速回填石、土至溶洞顶以上1m→继续沉放跟进钢护筒至溶洞底部岩面→回填石、土进行钢护筒护脚，防漏浆→继续正常钻进→终孔（3）当溶洞顶板岩层厚度大于1m时，钢护筒利用振压设备无法冲破顶板层跟进至溶洞底板面，此时采用双护筒跟进，外层钢护筒跟进至溶洞顶板面，内层钢护筒一直跟进至溶洞底板面。或遇串珠状较大溶洞时，可采用多层钢护筒跟进法。此法主要针对顶板较厚的中、大型溶洞或串珠式较大溶洞的处理。施工工艺：桩基施工准备→溶洞顶处理（如有）→埋设开孔护筒（直径D+40cm）→桩机就位（钻头直径D+20cm）→钻至溶洞顶板面（成孔直径D+20cm）→沉放跟进钢护筒（直径D+20cm）至溶洞顶板→更换钻头（直径D+10cm）→控制钻进速度，小心冲破溶洞顶板→如漏浆，迅速回填片石黏土至溶洞顶以上1m→振动下沉内护筒至溶腔底岩面（直径D+10cm）→回填片石黏土进行钢护筒护脚，防漏浆→更换钻头（直径D）→继续正常钻进→终孔（4）对于土洞等浅层溶洞，钢护筒只跟进至土洞底部以下1m位置。施工工艺：桩基施工准备→溶洞顶处理（如有）→埋设开孔护筒（直径D+40cm）→桩机就位（钻头直径D+20cm）→钻至土洞以上2m标高（成孔直径D+20cm）→沉放跟进钢护筒（直径D+20cm）至土洞以上2m位置→采用振压设备将钢护筒下沉至土洞以下1m位置→更换钻头（直径D）→继续正常钻进→终孔5 溶洞多发事故处理措施及注意事项（1）表层土洞，以护筒跟进法为主要处理措施，在钻进时，当钻头到达溶洞顶板以上1m，通过短冲程快速冲击方法逐渐将洞顶击穿。穿越洞顶时，要迅速提钻，避免卡钻和掉钻；一旦出现漏浆情况迅速补水，并投入石、土混合物，待泥浆面稳定后再进行施工。（2）主线桥编号12-3等岩溶桩成孔过程中，出现偏孔和卡钻。施工中采取慢速提拉钻头，并投入一定量的小片石或卵石，以小冲程方式冲平基岩表面，待孔底平整密实后再进行后续施工，直至终孔。188（3）主线桥18、19、20号等桩基岩裂隙发育强烈，有明显渗流地下水，施工中出现跑浆、反清水等现象。采取投入适量小片石封堵裂隙以稳定泥浆面，并抽检泥浆各项性能指标，防止出现泥浆离析。（4）主线桥26、27、32号等溶洞在基岩以下的岩溶桩，在桩端要穿越溶洞前对溶洞进行压浆处理。当钻头到达溶洞顶板上1m时，减少冲程，通过短冲程快速冲击逐渐将洞顶击穿。当顶板击穿时，迅速提钻，一旦出现漏浆情况迅速补水，并回填片石、黏土混合物；如果漏浆严重，除回填石土外，再压浆或灌低标号混凝土，待泥浆面稳定后才进行后继施工。（5）当地质不良（如松散的砂类土）容易坍孔时，孔内水头比一般情况提高0.5m。若孔内承压水时高时低，高低差很大或承压水高出地面2m以上，按规定需做试桩。（6）全护筒法钻进时，竖直压进首节护筒。钻孔开始后检查护筒水平位置和竖直线，如发现偏移，拔出护筒，调整后重新压入钻进。（7）跟进钢护筒采用分段驳接振入法，节段间的焊接密实，不漏水，边成孔边用振动锤振入驳接加长钢护筒，或进入岩面时，直接从孔顶驳入护筒。（8）溶洞顶板击穿后，若发现孔内水头迅速下降，护筒也伴随下沉，立即提钻。如果地面出现裂缝并有下沉迹象时，立即组织人员撤离现场，待下沉稳定后再行处理。6　结语通过对广东岩溶地区桥梁桩基施工时为保证经济安全情况下顺利成桩而采取溶洞预处理、钢护筒跟进、抛填片石黏土块等工法的实践应用，以及实施溶洞处理工法时遇到多发事件采取的处理措施及注意事项，对运用和总结溶洞处理工法具有非常重要的应用价值和实际工程意义，为以后岩溶地区桥梁桩基施工时遇到溶洞进行处理提供借鉴。参考文献：[1] 中华人民共和国交通运输部. 公路桥涵施工技术规范：JTG/T F50—2011[S]. 北京：人民交通出版社，2011.[2] 广东省交通运输厅. 岩溶地区公路桥梁桩基设计与施工技术指南：GDJTG/T A01—2016[S]. 广州：广东省交通运输厅，2016.