岩溶地区钻孔桩溶洞处理方法浅析

　　摘要:本文主要介绍了在岩溶发育区几种溶洞处理的简单可行的方法，现场容易操作，而且施工成本较小，速度又快，为相应类型的溶洞处理提供借鉴。
　　关键词:岩溶,钻孔桩,溶洞,处理
　　前言
　　钻孔桩基础是目前桥梁设计中主要采用的基础形式，钻孔桩施工工艺也是目前比较成熟的施工工艺，施工质量也能保证，所以在施工过程中经常采用。但是在岩溶地区钻孔桩施工，由于地质条件不明，钻孔桩孔位经常有溶洞、斜岩出现，施工过程中如处理不好会出现偏孔、塌孔等现象，对桩基质量有着严重的影响。
　　下面就广梧高速公路施工当中钻孔桩溶洞处理的几种简单可行的处理方法予以介绍。
　　一、工程概况
　　广梧高速公路河口至双风第九合同段,大小桥梁共计6座,均为钻孔桩基础，桩长在11-57米，孔径为130cm、150cm、200cm，全桥共有桩基190根。
　　地质情况：各种地层发育，自老而新依次有寒武系、至留系、中～上泥盆统、白垩系和第四系；其岩性多变，包括片岩、千板岩、板岩、炭质板岩、和砾岩、砂岩、粉和岩、页岩、泥岩及灰花岗岩、白云质灰岩、泥灰岩等。灰岩溶蚀明显，对工程影响较大的岩以主要为中泥盆统白云质灰岩，下石炭统灰岩和煤系、部分上三叠统的泥岩和炭质页岩，以及较厚的第四系残积土。
　　桩基逐桩地质钻孔资料及管波探测资料基本齐全，根据地质钻孔资料显示的基桩地质情况，有63根桩基桩身范围都有溶洞,根据溶洞分布情况，可大致分为四种：
　　1、溶洞较小（高度在1-3m），有充填、半充填、或无充填；
　　2、溶洞较大（高度在3米以上），埋置较浅（一般在15m以内），有充填、半充填或无充填。
　　3、溶洞较大（高度在3米以上），埋置较深（一般在15m以上），有充填、半充填或无充填。
　　4、在同一个桥墩或桥台均有溶洞，根据其标高推算，标高基本一致，并且有可能互相连通。
　　二、处理方法
　　1、溶洞较小（高度在1-3m），有充填、半充填、或无充填；
　　此种溶洞表现为漏浆量少，护筒内水头下降速度慢，不会对孔壁造成坍塌，可采用抛小片石、砖块、粘土块、抛入成袋水泥等方法，从而造成结块，填堵溶洞。重新开钻时，用加入水泥的方法加大泥浆比重，一般每立方泥浆中水泥掺量为30-50kg,继续往下钻即可成孔。
　　另外，若钻孔过程中遇到小而不漏浆的溶洞，此时操作人员亦能感觉到地层的变化。这种情况如不漏浆可采用膨润土护壁，适当加大泥浆比重成孔。
　　2、溶洞较大（高度在3米以上），埋置较浅（一般在15m以内），有充填、半充填或无充填。
　　这种情况如采用钻孔施工工艺，遇到溶洞时会出现水头下降过快，导致孔壁坍塌，对周围地基产生不良影响。由于溶洞埋置较浅，可采用先挖后钻的施工工艺。首先采用挖孔施工，穿过溶洞区2-3m，溶洞区域上下1米的护壁采用厚30cm钢筋砼护壁，并且挖孔段落桩基直径要比原设计桩径大20cm，以保证在重新钻孔过程中冲锤上下冲孔的时候损坏护壁,发生孔壁坍塌事故。这种方法只适合于嵌岩桩，对摩擦桩不适用。
　　挖孔时由于溶洞较大，挖孔桩人员的安全尤重要，施工过程中要做好以下安全防护措施，确保施工人员安全：
　　1)认真做好施工准备工作，对钻孔地质资料详细进行研究，撑握溶洞出现的位置，并推断其范围大小，对有溶洞的位置地质、水文地质情况进行分析研究，制定适当的施工方案和安全保障措施，并对每一个孔位的地质柱状图和施工方案都单独列出，发给操作人员，让具体操作人员都知道溶洞的位置、大小、充填以及应采取的施工方案。
　　2）孔口和孔壁防护措施
　　为保证施工安全，根据挖孔桩安全有关规定,孔口第一节护壁要比原地面高出30cm，并且采用钢筋护壁，厚度30cm，如桩基水位过高，有流砂层或软弱地质，为防止孔口塌陷，可采用在孔口采取硬化处理，提升设备可放置在硬化过的地基上，以防地基下沉造成提升设备倾倒而造成事故发生。
　　以下孔壁采用钢筋砼护壁，厚度15cm，其结构形式为内外齿形，φ6钢筋靠内径放置，每一米一节。
　　3）孔口开挖
　　挖掘时，要使孔壁稍有凸凹不平，以增加桩的摩阻力。挖掘方法视土层性质而定。根据地质勘测资料，地质情况由上至下主要分别为耕填土、含砾石卵石粉质粘土、强风化白云质灰岩、弱风化白云质灰岩、和微风化结晶灰岩。粘土为不透水层，适合挖孔作业，采用短柄铁锹进行开挖，每挖掘1m深时就及时用钢筋砼护壁。含砾石卵石粉质粘土具有一定的渗水性，在此段地层作业要浅进尺，即每挖深0.5米~1.0米左右，就快速支护，以防塌孔。进入到砂层时,沿上层护壁外围每20cm打入φ20的钢钎,然后钢钎上绑扎草袋作为防护，抽完水后浇注护壁,每节最大高度0.5m。
　　当挖孔进尺到溶洞顶面1m时，挖孔作业人员必须系安全带,安全带要与井口上的爬梯或安全绳牢固联系，然后用风钻钻一个φ100mm的孔，查看溶洞内是否有承压水，若有，人员则应迅速撤到地面等其自然排除，水位稳定后再进行抽水，然后继续开挖。挖穿溶洞顶盖后，首先用水泵抽掉洞内的稀浆或水，然后将鸽子或活鸡放入空溶洞中，呆30分钟，若正常，方可将作业人员用钢吊笼放入空溶洞中。随后用砖砌外圈，且其要有足够的壁厚、刚度，以防止灌注砼时护壁被挤垮，然后立模浇注钢筋混凝土护壁。溶洞处理完成后，继续向下挖进。
　　若溶洞内无承压水，在挖穿顶盖前，作业人员身上的安全带必须与孔顶上的安全绳或钢爬梯相连接，以确保溶洞挖穿时作业人员的安全。下洞前将鸽子或活鸡放入溶洞中，呆30分钟，若正常，方可进行洞内作业。进入溶洞后，要根据溶洞内填充物的情况分别采取不同的措施：
　　①若为空溶洞，首先将积水抽干，用砖砌外围，然后立模浇注钢筋混凝土。
　　②溶洞内有填充物，则根据填充物的种类分别采取不同的措施
　　a.填充物是中粗砂、粉细砂时，挖进时应浅进尺，强支护，沿上层护壁外围每20cm打入φ20mm的钢钎,然后钢钎上绑扎草袋作为防护,每节最大高度0.5米。
　　b.填充物为软塑状粘土、含碎石粉质粘土时，采用短柄铁锹进行开挖，每挖深1m左右就及时护壁。[!--empirenews.page--]
　　挖孔穿越弱风化岩和微风化灰岩时须采用松动爆破的方式进行开挖。当进入爆破施工阶段，应让护壁砼有一定的强度后再进行另一个孔的爆破施工。严禁用裸露药包，必须打眼放炮和严格控制装药量，以松动为主，以免护壁被炸坏造成坍孔，同时孔壁周围眼孔要加密，不装药，以保证爆破后孔壁完整。
　　挖孔时应视不同情况采取不同的排水措施。孔内渗水量不大时可用铁皮桶盛水，人工提引排走，渗水量大时，可用水泵排走。
　　3、溶洞较大（高度在3米以上），埋置较深（一般在15m以上），有充填、半充填或无充填。
　　此种溶洞体积较大，埋深较深，采用挖孔施工危险性较大，只能采用钻孔施工工艺。由于溶洞体积较大，在钻孔施工中容易发生漏浆现象，且漏浆量大，容易造成孔口坍塌，在钻孔前，要备足回填小片石、粘土以及水泥等回填物资；在钻孔施工过程中，施工人员要对孔深多次测量，要特别注意在施工至溶洞顶上面1.0m米时，改用小冲程进行钻孔，并且备足装载机、挖掘机、人工、泥浆泵或水泵及配套设施，在出现溶洞漏浆时进行快速处理。
　　钻孔至距溶洞顶部1m左右时．应减小钻机冲程．并控制在1m左右，通过短冲程快频率冲击的方法逐步击穿洞顶，防止因冲程过长导致卡钻：在击穿洞顶时，一定要专人负责观察护筒内泥浆变化，如泥浆面下降，则迅速进行片石、粘土或泥浆的补充，同时及时提升钻头，以防塌孔埋钻；穿越溶洞时须密切注意桩垂直度。冲击钻机在钻进过程中必须经常检查垂绳偏离情况，发现偏差及时纠正，保证桩垂直度偏差<1％孔深。
　　此方法对于嵌岩桩和摩擦桩都适用。
　　4、在同一个桥墩或桥台均有溶洞，根据其标高推算，标高基本一致，并且有可能互相连通。或一根桩基中岩石裂隙发育，在不同标高出现多个串通溶洞。
　　由于此类桩基溶洞，岩石裂隙发育，漏浆量相当大而且快，一旦发生塌孔，必然引起孔口坍塌严重，甚至造成地表塌陷，很难处理。对于此类桩基溶洞处理采用钢护筒，护筒长度6-8m，护筒沉至风化岩层，置于弱风化岩面上，这样可穿过土层和砂层，当出现溶洞漏浆时不致发生大规模的坍塌。
　　施工时先采用直径为比设计桩径大50cm的钻头施工至稳定基岩层下1-2m时，下钢护筒，钢护筒直径为比设计桩径大30cm，钢护筒下到位以后，在外缘与原孔缝隙中灌入C25水下砼或压入水泥砂浆至护筒顶。这时换直径为设计桩径的钻头，正常钻进，当钻至溶洞顶1m时采用小冲程钻进，击穿溶洞，然后及时回填粘土、片石混合物或整包的水泥，同时根据漏水情况及时补水或泥浆，采用反复冲击的办法将洞内冲砸密实，在冲砸过程中，可适当加大泥浆比重，使护壁牢固，再转入正常钻进。
　　回填时片石与粘土体积比例为1：1，同时在泥浆中加入42.5#水泥，水泥掺入量为30~50kg/m3。
　　现场应抓紧溶洞处理材料的储备，在孔内水头下降时，应全力组织施工人员及机械设备进行快速回填、补充泥浆，防止塌孔。
　　在钢护筒安装时，使钢护筒中心垂直、不偏位，起吊时还需注意钢护筒垂直度及变形情况，保证钢护筒位置不能侵占桩基有效直径。
　　三、实例介绍
　　BK71+171.5B匝道通道桥3#台桩基设计嵌岩桩,桩径为130cm，桩长在25~40m之间，根据地质钻探资料显示地质情况基本如下：
　　1、设计地质资料
　　3#前A：设计桩顶标高:80.15m,桩底标高:40m,桩长40.15m
　　81.53m~77.23m原地面耕植土、亚粘土、砂砾；77.23m~66.63m:微风化白云质灰岩，裂隙一般发育，半边溶蚀，有斜岩；66.63~62.43m:溶洞无填充,中间夹有薄层微风化岩石;62.43m~58.53m:微风化白云质灰岩,有半边溶蚀斜岩;58.53~57.73m:溶洞无填充;57.73~50.03m:弱风化白云质灰岩,裂隙发育;50.03~48.48m:溶洞无填充;48.48~43.33m:微风化白云质灰岩,裂隙发育;43.43~34.54m:微风化白云质灰岩,中厚层状,裂隙一般发育。
　　3#前B：设计桩顶标高:80.15m,桩底标高:50m,桩长30.15m
　　81.5m~72.17m原地面耕植土、亚粘土、砂砾；72.17~55.42m:微风化、弱风化白云质灰岩,有溶蚀，裂隙发育;55.42~53.82m:溶洞无填充;53.82~44.87m:微风化白云质灰岩,中厚层状，裂隙发育。
　　3#后A：设计桩顶标高:80.15m,桩底标高:51m,桩长29.15m
　　81.5m~77.50m:原地面耕植土、亚粘土、砂砾；77.5~69.90m:弱风化、微风化白云质灰岩，裂隙发育；69.9~62.4m:溶洞无填充;62.4~60m:弱风化白云质灰岩,裂隙发育;60~57.2m:溶洞,充填有软可塑性粘性土,中间夹有薄层溶蚀岩石;57.2~46.09m:微风化白云质灰岩,中厚层状，裂隙发育。
　　3#后B：设计桩顶标高:80.15m,桩底标高:55m,桩长25.15m
　　81.53m~78.18m:原地面耕植土、亚粘土、砂砾；78.18~69.73m:微风化白云质灰岩,裂隙一般发育;69.73~68.83:溶洞无填充;68.63~48.04m:弱风化白去质灰岩,中间夹有强风化岩层,裂隙一般发育。
　　2）、现场施工情况
　　3#前B桩基，于2008年3月1日开钻，采用冲击钻孔孔工艺，3月10日施工到标高67.85m时，出现孔内水头下降6m，现场采用回填片石及粘土后继续施工，3月11日施工至标高65.85m时孔内水头下降8m，现场采用回填粘土及片石后继续施工，3月12日施工至标高65.25m时孔内水头下降8m，桩基上部出现坍塌，同时该桩周围半径5m范围内地表出现不同程度的塌陷、开裂。
　　在此后进行回填至原地面后停工，在2008年11月2日开始施工。
　　施工时先采用直径为180cm的钻头施工至稳定基岩层下2m(标高为70m)时，下钢护筒，钢护筒由直径为160cm，厚10mm的钢板卷制而成,钢护筒下到位以后，在外缘与原孔缝隙中灌入C25水下砼至护筒顶。
　　这时换直径为130cm的钻头，正常钻进，当钻至溶洞顶1m时采用小冲程钻进，击穿溶洞，然后及时回填粘土、片石混合物或整包的水泥，同时根据漏水情况及时补水或泥浆，采用反复冲击的办法将洞内冲砸密实，在冲砸过程中，可适当加大泥浆比重，使护壁牢固，再转入正常钻进。
　　回填时片石与粘土体积比例为1：1，同时在泥浆中加入42.5#水泥，水泥掺入量为30~50kg/m3。
　　钢护筒接长时采用满焊,钢护筒外侧四周每50cm用直径为20mm的圆钢加焊加固,圆钢长度为30cm,与两节钢护筒分别焊接15cm,保证两节钢护筒焊接牢固。[!--empirenews.page--]
　　此桩基从11月24日开始施工，至12月12日施工完成，历时18天，孔深32米，平均每天进尺1.33米，在施工中未出现塌孔现象，施工基本正常。
　　四、岩溶地区钻孔桩施工的几点认识
　　1、首先要对岩溶地区钻孔桩的地质情况进行充分分析，主要依据为设计院的地质柱桩图和管波探测成果图，分清每根钻孔桩溶洞的发育情况、溶洞若观火的位置、溶洞的大小、是否有填充、填充物是什么物质等一系列地质情况，并对不同溶洞分布情况提前做好处理方案，并对现场操作人员针对每一根桩做好详细的技术交底。
　　2、现场要配足处理溶洞所需的机械设备和材料（如红粘土、片石和水泥等），并且一旦出现溶洞，处理要果断，不能因时间拖延而加大处理的难度，增大投入，加大成本，准备不充分时不得强行开钻。
　　3、岩溶地区钻孔桩施工时应采用先长桩、后短桩，先大、多溶洞后少溶洞桩，桩位之间交叉施工，这样顺序可以不断地封堵溶洞和溶洞间的通道，使降低后序桩基的施工难度。
　　4、岩溶地区钻孔桩一旦成孔，必须及时灌注，避免时间过长引起塌孔而返工。
　　5、岩溶地区遇到斜岩偏孔时必须及时纠偏，一旦偏孔较大，一方面造成纠偏难度的加大，一方面在纠偏的过程中造成扩孔，浪费混凝土，加大了成本。
　　6、埋深较浅的溶洞，钻机必须要用槽钢或方木做垫架，分解压力，以防地基下沉影响钻机就位。
　　五、结束语
　　岩溶地区的钻孔桩施工分不同地区有着不同的特点，通过本合同段的不断总结改进施工方案，已大面积施工完毕，并且成桩质量较好，采用的方法简单易行，为类似工程提供了借鉴，在今后钻孔桩施工当中，认真做好地质情况分析，制定切实可行的处理方案，最大限度地降低施工成本。
　　参考文献：
　　［1］《桥梁钻孔灌注桩质量缺陷和处治实践》郝建波等
　　［2］《实用桩基工程手册》史佩栋主编中国建筑工业出版社.1999.5

《岩溶地区钻孔桩溶洞处理方法浅析》

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