钻孔灌注桩溶洞处理施工技术

史向阳

摘要：溶洞桩基处理是岩溶区桩基的质量保证，结合以往施工经验、实际地质勘探，及取得的效果，总结出几种处治便捷、效果显著、成本较低、保证成桩质量的处理措施，有效缩短施工周期、确保施工质量、节约成本、避免施工风险等优点，本文结合仁博TJ20标岩溶区桩基施工中的应用进行简要总结。

关键词：岩溶区；桩基处治；施工方法

1 工程概况

1）新庄大桥位于广东省惠州市龙门县平陵镇小塘村附近，路线在K420+200段斜跨S244省道。分左右幅设计，左幅桥梁中心桩号为K420+300.5，设计起讫桩号：K420+068.00-K420+533.00，全长465m，桩径1.2m桩基共计4根，桩径1.5m桩基共计24根，桩径1.6m桩基共计32根，桩径1.8m桩基共计24根，合计84根。

2）新庄大桥与省道S244夹角为36°，其中左幅Z8-2桩基坐标（N）2619635.676（E）503294.506；設计桩长：25m；设计桩径：Φ1.6m；孔深：26.9m，该桩位无地质柱状图，参考XZZQZK8，地质情况为深度0-6米为粉质粘土，6-6.2米为强风化灰岩，6.2-13.3米为全充填溶洞，13.3-13.8米为强风化灰岩，13.8-21.6米为全充填溶洞，21.6-31米为强风化灰岩，31-41.5米为中风化灰岩。

该桥梁处于灰岩地区，岩溶较为发育，桥位区内地层夹多处土洞、溶洞，溶洞分布空间及深度具有一定的随机性，岩面埋深不一，强度不均匀，地质情况变化较大。作为地下隐蔽工程，在桥梁桩基础施工中，遇到溶洞给施工带来很大困难，如处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、漏浆、塌孔、断桩等事故发生，甚至会影响桥梁结构安全。

2 方案比选

根据溶洞发育特点、发育程度、连通情况，拟采用常规施工法回填片石粘土法、钢护筒护壁法、预压浆填充法或后压浆填充法，另外根据桩基溶洞施工经验采用水泥粘土混合法、粘土包裹回填法、钻机底座加固法等措施，具体采用如下：

2.1 钢护筒浅层下放、走管加固法

对覆盖层存在软弱层、松散砂层的情况，均采用钢护筒（厚度不小于8mm，直径大于设计桩径20-40cm）穿过软弱层、松散砂层，若有塌孔现象，须沿钻机走管方向或相邻桩基中部位置施工一条条形底座，底座尺寸不小于预估塌孔范围，且上下位置各放置一层不小于16的钢筋网片并预埋钢筋与钢护筒连接，若塌孔现象严重，必须将孔用粘土填满，护筒四周大开挖用钢筋混凝土灌注密实，禁止采用石块或粘土填塞。

2.2 加大泥浆比重法

对漏浆深度5m以内或裂隙的情况，现场施工人员事先熟悉该桩位钻探资料，当进尺达到不良区段时，严密监控孔内水位，当发现水位出现下降时。判断是裂隙还是溶洞。当为裂隙时，水位下降较缓，这时提钻2-3m，同时向孔内投入粘土块和少量水泥，调整泥浆稠度至1.30-1.40之间。当水位下降较大时，可补入泥浆保证孔内水位压力。待孔内水位稳定后，继续钻进。

2.3 抛填片石黏土法

遇无填充溶洞的情况，一般采用回填3：1片石黏土法施工，通过抛填片石、黏土挤密填筑溶洞，形成泥浆护壁，回填高度高于溶洞高度50%以上且不小于2m，亦可采用编织袋装黏土进行抛填，每抛填1m高度再回填1m松散黏土并夯实，直至回填至预计回填高度，冲程控制在30cm左右。

2.4 抛填片石水泥法

遇全填充溶洞（碎石状），该类型溶洞极易出现“微进尺微漏浆”或在同一高程反复出现漏浆，可采用3：1水泥片石进行处理；遇全填充溶洞（黏土、淤泥层），该类型溶洞若不出现漏浆也必须回填3：1片石粘土，防止存在淤泥层护壁对混凝土灌注及桩身质量造成影响。

2.5 回填水泥黏土法

遇半填充溶洞可将5：1黏土水泥机械拌合为5-30cm不规则块状进行回填，以达到封堵溶洞和加固护壁的作用。

2.6 钢护筒跟进法

对单个溶洞高度大于6m的桩基，且溶洞内为半填充或空洞，一般采用护筒跟进法或双护筒跟进法，外层钢护筒穿过软弱层和松散砂层，防止塌孔，内层钢护筒穿过溶洞。为保证钢护筒的强度和刚度，每隔2m，设置加强钢板箍。

2.7 压浆充填法

部分桩基为避免穿越土洞、溶洞，在满足设计图纸及相关文件要求的前提下，可采用先在其上成桩，然后压浆充填的处理方式。

2.8 预压浆法

对特大溶洞，不同基础之间可能存在溶洞连通且覆盖层较弱的情况，一般采用预压浆处理方案，减轻不同桩基施工之间的影响，确保安全。

2.9 逐洞处理法

遇串珠式溶洞结合以上处理措施逐个进行处理，施工时若中间位置漏浆，比如施工至46m位置漏浆后，因护壁不稳定或漏浆过大导致21m位置处溶洞再次漏浆，可采用黏土回填至21m处下导管灌注水下混凝土进行封堵中部位置溶洞。

根据设计图纸及逐桩探地质资料，如桩基存在单层较大溶洞，回填片石+黏土或混凝土封堵不能有效处理的桩基溶洞时，采用单层钢护筒跟进的施工方法处理溶洞。对于糖葫芦串珠状的溶洞，回填片石+黏土或混凝土封堵不能有效处理的桩基溶洞，采用双层钢护筒或多层钢护筒的施工方法处理溶洞。

3 岩溶区桩基处理施工

3.1 准备工作

1）护筒直径大于设计桩径20-40cm、埋置深度不小于2m，且高出原地面至少30cm；

2）桩位复测、护筒顶标高复测及十字护桩设置并固定；

3）锤头直径大于设计桩径0-2cm；桩基施工、安全标示标牌设置齐全；泥浆池、沉淀池必须隔离分开，并分别维护，泥浆沟用砂浆抹面；

4）现场配备渣样盒、渣样袋存放渣样、渣样标签填写详细真实；冲孔记录必须要及时真实填写；

5）熟悉地质柱状图，掌握地质情况；导管进行水密试验；

6）施工现场备料片石若干，片石要求石质均匀、不易风化、无裂纹。抗压强度不低于MU30，尺寸20-30cm为宜），p.o.42.5袋装水泥若干，水泥采用下垫上盖的方法进行储存，防止水泥结块，结块水泥禁止使用，在水泥存放地点明显处放置材料标识牌，明确水泥规格、进场日期、检验状态、进场数量等内容。

3.2 施工方法

1）钢护筒施工要求

护筒采用厚14mm、12mm、10mm和8mm四种钢板加工而成，未下放连接钢护筒焊缝全部为双面焊接，每节制作长度为4.5～7.5米。下钢护筒的目的：主要是防止贯通溶槽的漏浆而造成砂质覆土层以及地表层的塌孔，护筒内径及壁厚按以下原则选取。

①护筒壁厚：桩径≤1.6m时，护筒长度<10m，护筒壁厚采用8mm；10m≤护筒长度<20m，护筒壁厚采用10mm；护筒长度≥20m，护筒壁厚采用12mm。桩径>1.6m时，护筒长度<10m，护筒壁厚采用10mm；10m≤护筒长度<20m，护筒壁厚采用12mm；护筒长度≥20m，护筒壁厚采用14mm。

②护筒内径：设置单层护筒时，桩径≤1.6m，护筒内径采用比桩径大10cm；桩径>1.6m，护筒内径采用比桩径大20cm。设置双层护筒时，桩径≤1.6m，外层护筒内径采用比桩径大20cm，内层护筒内径采用比桩径大10cm；桩径>1.6m，外层护筒内径采用比桩径大30cm，内层护筒内径采用比桩径大10cm。

③护筒长度：护筒长度根据施工需要，分节段制作拼装，当地表覆盖层为粉砂、卵石等不稳定土层时，设置外层护筒，穿过软弱覆盖层以下2～3m或至基岩顶面；内层护筒埋置深度要求穿过溶洞至基岩面。

2）钢护筒跟进施工方法

①桩基护筒跟进的施工工艺：下单层护筒：场地平整、定位→桩基就位→使用加大钻头冲破溶洞顶→下放钢护筒（回填片石、粘土或C20砼）→改用正常直径钻头成孔至桩底标高（终孔）。下双层钢护筒：场地平整、定位→钻机就位→使用加大钻头冲破溶洞顶→下放外层钢护筒（回填片石、粘土或C20砼）→溶洞顶部处理→使用略微加大钻头冲破溶洞顶→下放内层钢护筒（回填片石、粘土或C20砼）→正常成孔至桩底标高（终孔）。

②钢护筒制作：钢护筒直径及壁厚根据相应的桩径和孔深来确定，在厂家卷制完成后，运至施工现场，制作和运输过程中应确保钢护筒不得变形。

③钢护筒跟进施工

下置钢护筒的目的：主要是防止贯通溶槽的漏浆而造成砂质覆土层的塌孔，通过下置钢护筒的作用，即可顺利穿越溶槽层至设计桩底标高，达到顺利终孔的要求；同时避免砼超灌甚至无法灌注至设计桩顶标高等情况。

使用加大钻头，正常钻进至溶洞上方约1m处，采用25T汽车吊辅助20T振动锤，先将内钢护筒分节打入土层中至岩面，再进行回钻成孔。在下沉钢护筒的施工过程中，振动锤必须平稳，牢固的焊在内钢护筒顶部，并在护筒顶面的平面位置一定要居中，尽可能避免因偏心造成护筒产生偏斜。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，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初始状态中。

护筒沉入岩面后，先采用冲锤进行成孔一定深度后（注：进尺为1.5～2米），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，在施工过程中严格测量、控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求。

现场连接各节钢护筒的焊缝全部采用双面满焊，下放钢护筒时外侧接缝除施焊外，还需在接缝处焊接50mm宽、δ=10mm的加强钢带。以保证其尺寸准确，使护筒体顺直度达到要求，整个内护筒的竖向壁成一直线。

④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，具体如下图：

两节钢护筒焊接过程中的控制：下部钢护筒用垫铁调平（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，如垂直度超规范要求，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，进行钢护筒的下落施工，上述工序循环进行。

⑤内钢护筒下至溶槽处的处理

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存在。对于此处的处理更不得马虎，若处理不当有可能出现卡锤的情况出现。需根据补勘探的地质资料，详细了解各溶槽顶标高的准确位置后，严格按照以下进行处理：

钢护筒的下放位置：根据其地质资料或原成孔桩基已施工的标高位置處（或溶槽顶100cm处）；冲击锤冲至溶槽顶部范围做到上下轻提慢放，做到缓慢的进尺至溶槽处形成一小的裂口，不得高提进行强烈的冲击；以防止卡锤的危险。进入溶槽后，孔内的泥浆势必全部漏失。因此需单独进行溶槽的处理：孔内浆漏失完后，尽快用25T汽车吊将冲击锥锤吊开。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钻、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间，孔桩周围形成护壁，再跟进内钢护筒。

同一桩孔内若有多层溶洞、溶槽或空洞，需分层按上方法处理、跟进下放内钢护筒。

⑥质量保证措施：

钢护筒的加工尺寸必须严格控制，护筒上下节的连接缝除焊接外，还需在接缝处焊50mm宽的加强钢带，护筒水平接缝所成平面与护筒竖向垂直，使整个钢护筒的垂直度符合要求，振动锤与护筒顶面焊接牢固，无松动；并要求振动锤位置居护筒顶面中，各节下沉的护筒必须严格控制垂直度。

3）穿过覆盖层钢护筒的埋设

①采用比护筒直径稍大的冲锤，保证成孔直径比护筒外径大0.1～0.15m，考虑到基岩面处易发生漏浆，故冲至距基岩1.5m左右时停止进尺，检孔并检查成孔直径及其倾斜度。

②逐段拼接，施放护筒，直至其不能自行下落，然后采用振动锤施打至预定深度，在护筒埋设过程中，需要注意：护筒逐段拼接时，段与段之间拼接的顺直度要控制好，以防止折曲；孔口定位，护筒口中心要保证与桩基中心基本重合，然后将其与地面开孔护筒用钢板连结固定；护筒底部刃脚处加强，以防止施打过程中发生卷刃。

③由于基岩顶面的不平整，护筒底部不可能周边全断面接触，这样就可能造成此处发生以下问题：振力过大时，护筒滑偏，底部变形；底部漏浆，坍塌。

④为尽量避免此类问题发生，在护筒振打下落时参照地质资料控制好护筒的入土总深度，并加强护筒刃脚。护筒就位后，在基岩面附近反复回填粘土、石碴并掺加水泥，冲击造壁。

4）冲孔

①泥浆比重的控制

由于溶洞外存在裂隙，且部分裂隙贯通，施工过程中会出现漏浆现象，所以在冲孔进尺过程中保持较大比重的泥浆，在遇到此种情况时可控制浆液的流失速度，并对裂隙的封堵具有较好的效果。

②冲程控制

由于地质情况的复杂性，钻探资料并不能完全反映出桩位处地质情况的完整面貌，冲程过大时极易突然冲破溶洞顶板，造成卡锤或偏孔事故，故在冲孔过程中，应采用不大于2m的中、小冲程进行岩层内的进尺，尤其是在接近溶洞顶板时，更要采用小冲程。

③溶洞内的护壁

进入溶洞后，要反复回填片石、粘土等，尽量将溶洞内的孔壁冲击坚实。同时多次回填的另一好处是减少了由于溶洞顶、底板的不平整，冲锤易产生滑偏的可能性。

④穿过溶洞的钢护筒

采用比护筒直径稍大的冲锤，保证成孔直径比护筒外径大0.1～0.15m，下放内层护筒穿过溶洞至基岩面，然后浇筑混凝土封底，以防止灌注的桩基混凝土流失，同时防止溶洞内的水流对混凝土冲刷造成混凝土离析后断桩的事故。

5）成桩

待封底混凝土达到强度后，采用桩基直径冲锤，继续冲孔至桩底设计标高，然后进行清孔，下放钢筋笼，浇筑桩基混凝土。然后在内、外层护筒之间，以及外层护筒与钻孔内壁之间填筑小石子，进行压浆处理；或采取其它有效措施密实孔隙、固定护筒。

4其他控制重点

4.1 开孔顺序

1）为保证桩基施工顺利完成，避免出现因溶洞或地质较差造成桩基施工无法完成的情况，建议优先施工地质较好、溶洞较小、埋深较大的桩基，后施工地质情况较差或溶洞相连、埋深较小的桩基，以便于实际施工所得经验、资料与原地质钻孔加强对比。

2）为了避免上述情况对施工的不利影响，应间隔一个甚至多个钻孔位置进行开孔。

3）由于溶洞分布的不确定性，单个地质钻孔不一定能准确反映整个桩基断面内的地质情况，施工前对灰岩区的每根桩基均需做好溶洞处理准备工作。

4.2 冲程、进尺的控制

一般正常情况下冲孔冲程控制在2m范围内，地质好进尺慢的情况下一般会加大冲程至2.5m，在不同的土层相同的冲程进尺是不一样的，针對较厚的松散覆盖层的情况冲程应适当控制。

1）在冲锤进入流砂层、淤泥层或软土层时，应适当把冲程控制在1m左右，把已经填好的片石粘土挤密到泥皮护壁上去，增强护壁作用。

2）在冲程过程中，在冲至距溶洞顶还有1m时，宜以小冲程、慢进尺进行，进尺控制在50-80cm，如溶洞为空洞，可在溶洞顶板岩层较小时不断充填片石，保持抛进充填物的厚度，以免产生卡锤、掉锤事故。

3）当冲至入岩前的风化土与岩石之间的风化层、裂隙极发育的岩层和漏水溶洞时，泥浆出现大量的泄露，大冲程产生很大的震动，泥浆早期形成的护壁泥皮容易被震落，松散的覆盖层容易垮落，对上述情况宜以小冲程、慢进尺进行，减小对周围的扰动；或者抛填水泥并上下连续扫孔以达到加固护壁的作用。

4）刚冲进溶洞区内时，应充填片石和黏土至溶洞顶以上2m位置，按正常冲孔，把护壁挤密，直至溶洞情况稳定为止。

5结束语

本文就仁博高速公路TJ20标施工阶段岩溶区桩基溶洞处理实际操作及工期、经济等多方面考虑，并做出分析、总结，大大缩短了施工周期，有效提高了桩基成孔率，保证了施工安全顺利的进行。同时，桩基的质量也有显著提高。在处理桩基溶洞时应根据实际地质情况，综合考虑所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶洞顶底板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等，以采取稳妥的处理措施，由于溶洞分布的不确定性，单个地质钻孔不一定能准确反映整个桩基断面内的地质情况，施工前对灰岩区的每根桩基均需做好溶洞处理准备工作，若在同一位置反复出现漏浆现象，以上几种方法可交替用于处理。选用安全、经济、合理的施工处理方法，以保证施工安全和工程质量，缩短工期、降低工程造价。

参考文献：

[1]《仁博高速公路TJ20标建设工程》 设计图纸.

[2]《仁博高速公路TJ20标建设工程》桥梁桩基地质勘探报告.

[3]《公路桥涵施工技术规范》 JTG F50-2011.

[4]《粤交监督【2005】381号》《广东省公路工程基桩检测工作实施意见》.