高桩码头灌注桩岩溶处理技术

彭剑，刘芝刚

（广州南华工程管理有限公司，广东 广州 510230）

1 工程概况

肇庆新港高桩码头位于肇庆市广利镇塘口村西侧的西江北汊道左岸，地处三水盆地西侧边缘，为珠江三角洲外缘河岸冲积平原。上覆地层为第四纪覆盖层，厚度相差较大；下伏基岩则为石灰岩，喀斯特地貌，基岩出露的高差异常大。以黄杂色为主的粉质黏土及粉土层出露，普遍混有碎石（以方解石为主），其含量上部较多，下部渐少而混粗砾砂增多。按标准贯入击数属硬塑状态，而按性质划分则为可塑状态。个别钻孔在-16.41～-21.61 m范围内呈黑色流塑极软状淤泥物质，混有多量腐植质及油腻物质，属软塑状态，此处疑为地下溶洞。

高桩码头平面为栈桥式布置，码头全长263.8 m，宽30 m，码头后方布设3座引桥与港区连接，3座栈桥宽为12 m。码头结构形式为高桩桁架结构，码头桩基础采用φ1 200 mm和φ1 000 mm钻孔灌注桩，引桥基础采用φ800 mm钻孔灌注桩。其中φ1 200 mm灌注桩80根约1 790 m，φ1 000 mm灌注桩 160根约4 240 m，φ800 mm灌注桩36根约843.4 m。

2 桩孔超前钻溶洞分布

在肇庆新港码头灌注桩施工过程中，很难准确把握基岩内溶洞具体情况，根据地质勘探资料，对地下溶洞比较发育的桩位进行了超前钻，超前钻情况如表1。

施工过程中主要碰到以下几种岩溶现象及由此引发的施工困难：

1）具有一定方向性的土洞；

2）基岩表面溶蚀现象明显，多见不规则状的石笋，溶蚀漏斗现象，岩石表面凹凸不平，成桩过程多出现高差变化较大等特点；

3）施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通

的裂隙，引起突然间大量泥浆漏失，并引发塌孔埋钻等事故；

表1 桩孔超前钻情况汇总表Table 1 Summary of advanced boreholedrilling conditions

4）岩石表面倾斜及溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞的情况，施工时易造成斜孔、卡锤，进尺困难等；

5）进尺时遇到大溶洞，且填充物为软塑性土质或空洞时，若不控制进尺，冲锤突然下落，极易引起掉锤或卡锤等事故，且因进尺过快，导致护壁质量差，易发生塌孔；

6）由于钻机自身的局限性，易产生梅花孔以及因为机械故障（如钢丝绳断开等问题）引起掉锤等。

根据工程地质条件及溶洞的不同类型，从技术、经济等方面经过比较，采用静压化学灌浆法、套内护筒法等施工技术分类处理溶洞，取得预期的效果。

3 溶洞处理方法

3.1 静压化学灌浆法

当溶洞内有填充物填满，或有流砂，或当溶洞为空洞，或填充物不满（水洞）并且深度在3 m以内时，在钻孔桩施工前，应先进行预处理，采用静压化学灌浆法固结填充物和流砂，或用此方法填满溶洞，在固结体达到一定强度以后再进行钻孔施工。静压化学灌浆的关键在于浆材的配方和工艺。

1） 技术要求

溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度（20 MPa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇筑等一系列施工工序的顺利完成[1]。溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。

由于溶洞埋藏较深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法处理，有效的处理方法是灌浆法。而在众多的灌浆法中，因溶洞的不规则性特点，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是静压化学灌浆法。因此，采用静压化学灌浆法，同时也可以通过兼用喷射灌浆法，促进填充物强度的加强。

2）主要施工机械设备

主要机械设备有：BW250型泥浆泵，BW150型泥浆泵，100型钻机，泥浆搅拌机和贮浆槽，高压灌浆管及配件。

3） 施工工艺

布孔：在超前钻有溶洞的桩位四周均布4个灌浆孔；

钻孔：孔径80 mm，孔深要求达到最深溶洞的底部；

工艺：采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，要求少量多次、反复灌浆。

静压化学灌浆的加固特点是浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济[2]，浆材的结石率为100%。

浆液作用：

①对溶洞中的砂、砾等土体，浆液通过渗透作用板结砂和砾；

②对于溶洞中的稀土、亚黏土等土体，浆液通过劈裂、挤密作用加固土体；

③对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液通过充填作用填满溶洞。

浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面[3]。

这样，通过对小主应力面的反复不断的加固后，一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成了防水帷幕，防止流砂和保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高了溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔[4]。

进一步明确村（社区）第一书记主要职责，下发第一书记任务清单。一是严格执行全脱产担任第一书记工作的政策，派员单位及时做好工作交接，第一书记在下派期间不再承担原单位的各项工作任务。二是正确处理好第一书记与支部书记的关系，二者应是相互依靠、相互帮衬、相互合作、内外结合的关系，第一书记在工作中充当好参谋和掌舵人的角色，支持支部书记的正常工作。三是乡镇党委、政府不能将与第一书记职能职责无关的乡镇日常工作强加于第一书记，应确保第一书记工作有序进行。四是注重工作实绩，减少各种重复性表格填报和资料收集，统筹精简开会时间，真正让第一书记有更多时间深入到群众中开展工作。

3.2 套内护筒法

当溶洞为空洞，且深度在3 m以上的，拟用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的施工工艺。

1）内护筒长度的确定

护筒长度L＝h+3 m（h为地质超前钻确定的溶洞高度）。

2）内护筒内径的确定

内护筒内径要求分别小于φ80 cm、φ100 cm和φ120 cm，同时外径应小于外护筒内径5 cm，如果仅下一次内护筒（一层溶洞），内护筒内径分别选用73 cm、93 cm、113 cm，壁厚为1 cm，则外径分别为75 cm、95 cm、115 cm。

当遇到第二层溶洞时，第二层溶洞的内护筒（即第三次护筒）应分别选用70 cm、90 cm、110 cm内径。

3.3 溶洞顶部钻孔

根据超前钻的资料，当钻孔施工接近溶洞顶部时，提起钻头、钻杆，移开钻机（GP30），采用冲击钻机YKC30钻孔，钻孔钻头外径分别为75 cm、95 cm、115 cm。

用冲击钻钻孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50 cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。

3.4 内护筒的沉放方法

1） 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，如果冲锤不明显受阻碍，则说明顶部已成孔，并且是圆滑垂直的。此时，用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或钻机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后，内护筒不会靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等），此时，GPS30钻机重新就位。

2）护筒沉设利用GPS30钻机进行，在钻机的钻杆上附加压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护筒随钻头的钻进而下沉，直到溶洞的底部。

3.5 内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理

1）在内护筒底部及顶部100 cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。

2） 用高压喷射灌浆法对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30 MPa，其抗渗系数可达10-7m／s。灌浆处理后，即可重新钻孔。

3）在内护筒顶部及底部100 cm范围内回填小碎石素水泥混凝土，内护筒中部回填砂，同样能起到堵塞空隙目的。

4）对于需要处理多层溶洞的桩基，一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是为了增加溶洞底部（同时有可能是下层溶洞的顶部）附近填充物的密度和强度，并且增加内、外护筒间的胶合力。

5）重新冲钻，直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时，经监理工程师同意即可终孔，此桩即成孔。成孔后的工序工艺与常规相同。

4 结语

根据工程所在地的地质条件及溶洞的不同类型，从经济技术等方面进行比较分析，采用静压化学灌浆法、套内护筒法等施工技术分类处理溶洞，处理方法有效可靠，各项技术指标均能满足设计要求。

化学灌浆法对溶洞的预处理达到预期目的，有效防止了钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔现象，有效保证成孔及水下混凝土浇筑等工序的顺利完成。

套内护筒法要求对施工过程包括从确定内护筒长度、内径到沉放方法乃至内外护筒间空隙、内护筒与溶洞底部间空隙的处理等的各个环节，都需落实到位，才可顺利成孔。

采用静压化学灌浆法、套内护筒法等施工技术分类处理溶洞，只要对施工全过程严格把好技术关，不仅可有效缩短施工工期，而且能达到工程质量与经济效益的双赢效果。

[1] 刘永利.桩基础溶洞地基处理[J].黑龙江科技信息，2008（36）：357.LIUYong-li.Karst cavefoundation treatment of pilefoundation[J].Heilongjiang Scienceand Technology Information，2008（36）：357.

[2]李淑芳，赵巍.溶洞区混凝土灌注桩施工探讨[J].工业设计，2012（2）：210.LI Shu-fang，ZHAO Wei.Discuss on cast-in-place concrete pile construction in karst cavearea[J].Design Ideas，2012（2）：210.

[3]吴堂林，杨俊池.广和大桥主桥基础溶洞处理[J].华东公路，2002（3）：14-16.WUTang-lin，YANGJun-chi.Karst cave treatment of main bridge foundation of Guanghe Bridge[J].East China Highway，2002（3）：14-16.

[4]梁钊.桩基施工在特殊地质情况下的处理方案[J].城市道桥与防洪，2007（8）：104-106.LIANG Zhao.Treatment schemes of pile foundation under special geological conditions[J].Urban Roads Bridges ＆ Flood Control，2007（8）：104-106.