岩溶地段桩基施工溶洞决策表法处理研究及应用

颜 波，卢 辉

（1、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500；2、广东建科交通工程质量检测中心有限公司 广州510500；3、广州市高速公路有限公司 广州510288）

0 引言

岩溶地段桩基施工风险大，一是成孔过程中容易出现漏浆、塌孔、卡钻等事故，二是影响成桩之后桩基质量［1］。因此岩溶地段桩基处理对保证施工质量安全尤为重要。

岩溶地段桩基施工，岩溶处理已经有较多的技术经验，徐军［2］针对肇花高速公路北江特大桥岩溶桩基施工，提出钢护筒及化学改性泥浆方法进行桩基成孔；朱哲锋等人［3］详细介绍了钢套管的成桩处理技术；翟晓静等人［4］对广乐高速岩溶地段桩基施工确定了以预处理为主、冲孔过程处理相结合的桩基施工技术方案，取得了较好的处理效果；毕树峰［5］对杭长铁路客运专线（江西段）进贤特大桥岩溶桩基施工为例，有针对性地提出了常规回填、混凝土灌注、钢护筒跟进等组合处理方式，同时采取引孔爆破辅助措施，保证了桩基施工的安全质量。

总结现有的经验技术，对于岩溶地段的桩基施工，一般有回填、注浆、钢护筒跟进等处理方式［6］，处理方案的选用应根据场地溶洞发育的特征，综合考虑项目岩溶特征、环境、危害性大小、经济成本、处理时间等优化选取。以往的处理方法，一般是对于发现的溶洞单个研究处理方法方案，而对于见洞率较高的岩溶场地，为保证场地稳定，溶洞处理需要及时性与快速性，单个处理必将影响决策处理效率。

因此，本文在前人的研究基础之上，结合某高速公路岩溶段发育特点，提出桥梁桩基溶洞决策表处理方法，最大程度保证了溶洞处理方案的及时决策和全面考虑，在实施过程中，便于操作执行，也利于管控，同时对处治措施费用也可进行事先预算，取得了较好的工程实践效果。

1 岩溶特征分析

某高速公路项目位于广东省广州市境内，路线起于广州机场高速太成立交互通，最终接入现有的增莞深高速。项目位于珠江三角洲东北部，沿线的地貌单元可划分为低缓丘陵和平原，平原主要为东江三角洲平原及广花冲积平原，项目某标段处于广花盆地的腹地，岩溶发育，同时紧靠既有运营的立交高架。

该段场地大部分地区石灰岩岩溶发育，但未见暗河、落水洞、石芽、孤峰等典型的地面岩溶现象，但受上覆盖层岩性厚度、断裂构造以及地下水埋藏运移条件影响，石灰岩中岩溶发育程度不均匀。

根据钻孔资料，本工程的桩基遇单层溶洞的最大高度为12.8 m；遇串珠式溶洞的最多层数为4 层，单根桩基遇串珠式溶洞的累计高度最大为13.7 m，最大的无充填的溶洞高度为8.3 m，最大的无充填的土洞高度为8.40 m。

经对岩溶资料的综合分析总结，本工程的桩基溶洞情况有以下的特点：

⑴ 溶洞在本工程中普遍存在，溶洞遇见率约30%；

⑵ 溶洞有1～4 层，以单个溶洞居多，单个、两个、三个及以上溶洞的比例大约为70%∶20%∶10%。单个溶洞的高度为0.3～12.8 m，多层串状溶洞高度规模最大为13.5 m；

⑶ 按溶洞高度可分为三个大小类型划分，溶洞高度3 m 以下的为小溶洞，高度在3～10 m 之间的为中溶洞，高度10 m 以上的划分为大溶洞，各类型溶洞数量比例为小溶洞50%，中溶洞48%，大溶洞2%；

⑷ 溶洞内充填物的情况，从揭露的钻孔来看，多为无充填或半充填的溶洞；

⑸ 溶洞或土洞的埋置深度（溶洞顶离地面的高度）为15～50 m，大部分溶洞（含土洞）的埋置深度为20～30 m。

因工程场地无大河大湖，溶洞存在暗河、流动水、连通水、承压水等的可能性比较小。

2 决策表处理方案

现有的岩溶地段桩基施工，对大型溶洞特别是空腔型溶洞，应采用灌浆填充法，可以在钻孔桩正式施工前预先对溶洞进行充填处理，但造价较高；对于小溶洞特别是溶隙、溶槽等，通常采用片石黏土回填法也叫片石黏土堵洞筑壁法，进行填充，这也是最常用的处理方法；对于稍微大的溶洞，或漏浆、渗水严重的，可采用素混凝土代替片石黏土回填；对于大型易坍塌的溶洞，可以采用打入钢护筒强劲加固，钢护筒对孔壁的硬性支撑作用，基本可以保证大型溶洞的不失稳，处理方式最为可靠，但是处理成本也是最高的。

因此，对于桩基溶洞处理，应根据溶洞大小产生可能的风险程度，采取多种方式综合处理的原则［7］，特别是见洞率高的场地，应该有一套决策处理方式，以保证现场施工决策处理的及时性和应急性。

本项目根据一桩一孔地质勘察揭露的情况，详细统计分析了溶洞的数量、大小、位置埋深及填充情况，研判溶洞失稳风险等，提前编制了处理决策表，供现场使用。决策表方案覆盖了各种揭露的岩溶处理方案，同时能加快决策处理机制，另外对于整个场地的处理措施费用，可进行事前预算。

2.1 场地溶洞分类

2.1.1 按溶洞的大小分类

溶洞的大小是岩溶重要特征之一，直接关系到溶洞的处理方法和风险大小，通常对溶洞大小进行以下划分［8］：

⑴ 小型溶洞：单个高度小于3 m 的溶洞，或多个溶洞，且间隔距离大于3 m。

⑵ 中型溶洞：单个高度大于3 m 且小于10 m 的溶洞；或过个溶洞间距较小（实际冲孔过程中将会被击穿形成一体溶洞），其累加溶洞达到3 m 以上。

⑶ 大型溶洞：单个溶洞高度大于10 m 的溶洞，或多个间距较小的溶洞，累加高度达到10 m 以上。

同时应要引起特别注意的是，在某一桩的超前地质钻中未揭露溶洞，但是在相邻桩位钻探发现有中型溶洞以上的溶洞，该种情况认为疑有溶洞，因为在桩基施工中，钻头很有可能将周边的溶洞击穿，而引起本桩位塌孔、漏浆。

2.1.2 按溶洞充填状态

溶洞空腔可能存在填充物的情况，造成其坍塌风险也不同，坍塌风险较大的是无填充溶洞，按有无填充物可以分类［9］：

⑴ 无充填溶洞：洞内无充填物；

⑵ 半充填溶洞：洞内空腔有一半充填；

⑶ 充填溶洞：洞内溶洞空腔被完全充填。

按地质勘察资料，该出的溶洞填充主要为地表揭示的粉质粘土，中粗砂、细砂，偶见淤泥及卵石，砾石。

2.1.3 按是否漏水

由于地下水存在，溶洞可能通过岩溶裂隙与地下水连通，使得溶洞在地质钻探或桩基施工中产生漏水现象，漏水溶洞往往会加大岩溶风险。

⑴ 不漏水溶洞：无渗漏水现象［9］；

⑵ 半漏水溶洞：有少量渗漏水［9］；

⑶ 全漏水溶洞：漏水量大，甚至与丰富的地下水连通［9］。

2.1.4 按溶洞垂向个数

⑴ 单层溶洞：桩基或钻孔揭示有一个溶洞［5］；

⑵ 多层溶洞：桩基或钻孔揭示内有多个溶洞，溶洞相距较近，又可称为“串珠状溶洞”［5］。

2.2 桩基溶洞处理方法汇总表

在进行决策表法应用时，首先应对场地岩溶勘察资料的分析，根据不同溶洞的风险大小，对溶洞进行一定的分类，根据不同类型的溶洞，选择不同的处理方案。

根据本项目特点，拟设计的溶洞预处理方法有灌浆填充法和桩周加固预处理法［10］；溶洞处理方法包括片石粘土回填法、素混凝土灌入法、钢护筒跟进法等，编制以下处理决策表，如表1 所示。

处理方案目标位保证桩基施工过程中不塌孔，不影响冲孔质量，不影响成桩质量。

表1 桩基溶洞处理方法汇总表Tab.1 Summary Table of Pile Foundation Karst Treatment Methods

2.3 桩基溶洞处理方法决策表

对于复杂溶洞地区，考虑技术、经济等因素，对于同一条桩，可能同时采用几种溶洞处理方法的综合使用，以达到即经济又安全。本项目溶洞的处理决策如表2、表3 所示。

2.4 处理施工工艺

为发挥钢护筒的支撑效率，同时考虑到经济成本，对护筒壁厚进行事先决策，决策表如表4 所示。

岩溶地区桩基施工，由于可能会出现局部漏浆现象，建议采取较大的泥浆比重，泥浆比重可控制在1.5～1.6；进入灰岩地段后用小冲程进行进尺，以防止大冲力造成偏孔和卡锤。进入溶洞后；进行片石黏土回填时，建议分次回填，多次冲击夯实，使得抛填片石回填物能充分挤入孔壁，填塞空隙，尽量将溶洞内的孔壁冲击坚实，为了避免发生缩孔，建议采用大块片石；一般成孔直径应比护筒外径大0.1～0.15 m，下放护筒应穿过整个溶洞部分。

3 结语

本文研究总结了桩基施工岩溶处理方法，对之前单个溶洞、单一处理的方式进行了改进。结合广州某岩溶地段高速公路桥梁桩基施工遇到的溶洞处理问题，对整个场地的桩基溶洞勘察数据信息进行了统计分析，对各类型溶洞进行分类，针对不同的岩溶大小、埋深、填充情况、易坍塌风险等岩溶特征，其次在经济适用的原则下，提出了不同处理方式的汇总决策表，同时本文考虑到岩溶桩基施工临近周边重要构筑物的安全距离，适当加强了处理方案。

通过该决策表处理机制，在该场地的桩基施工岩溶处理方案中，起到全面考虑，简化决策，及时处理的目的效果，同时通过分类、统计、处理方案决策，可以对溶洞处理措施费用进行事前预算。

表2 小溶洞的处理方法决策表Tab.2 Treatment Method for Small Caves

表3 中、大溶洞的处理方法决策表Tab.3 Large Karst Cave Treatment Method Decision Table

表4 钢护筒壁厚选取决策表Tab.4 Steel Casing Wall Thickness Selection Decision Table

通过桩基施工监控及成桩质量检测，周边构筑物影响程度均在可接受范围，未影响周边既有构筑物的运营，成桩质量也符合规范要求，取得了较好的实践效果。