巖溶區多層串珠型溶洞樁基成孔綜合處置施工技術探討

王勛 曹玉露 邵偉

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720071

摘要：隨著路網的加密與完善，橋梁樁基施工過程中所遇地質情況愈發復雜多樣。本文探討針對巖溶區多層串珠型較大溶洞的樁基施工，通過加長鋼護筒、改良回填混合料、改進施工工藝等措施，利用綜合處置施工技術，順利成孔并成功完成樁基混凝土灌注，為今后類似地質條件下溶洞位置的樁基施工提供參考。

關鍵詞：巖溶區；多層串珠型溶洞；樁基成孔；綜合處置技術；探討

1 工程概況

安徽省某國高網高速公路項目第08合同段起訖樁號為K36+940～K43+026.39，其中IK1+625匝道橋全長282m，上部結構采用先簡支后連續25m箱梁，下部結構采用柱式墩、樁基礎。IK1+625匝道橋8L#樁基設計樁徑1.6m，樁長50m，入巖深度15m，屬嵌巖樁，采用沖擊鉆孔灌注樁工藝成孔。

2 地質特點

橋位主要發育三疊系中統黃馬青組灰巖地層，IK1+537.5墩（2#墩）至IK1+712.5墩（9#墩）鉆探揭露巖溶發育，溶洞高0.3～14.8m。區內鉆探巖溶遇洞率70%，鉆孔線巖溶率2.1%～84.3%，場內發現單洞頂底板高差大于5m巖溶多處，整個橋位區為巖溶極強發育區，其中8L#樁基為多層溶洞，溶洞貫通性強，串珠狀分布，大小不等，規律性差，并伴有斜巖，最大空腔高度達8.2m，其地層巖性自上而下可分為以下幾層：

（1）第一層粉質粘土：灰黃色、硬素、含鈣質結核，表層30cm為種植土。

（2）第二層角礫土：灰黃色、密實，粒徑0.2～2.0cm的含量占35%～40%，2.0～4.0cm的含量占10%～20%，成分以石英巖、砂巖為主，呈次棱角狀，空隙被粘性土充填。

（3）第三層中風化巖：青灰色，隱晶質、層狀結構，巖性硬，節理裂隙發育，裂隙面充填方解石脈，其中7.0～15.2m、17.6～23.5m、27.4～33.6m、34.5～37.0m、38.0～43.2m、43.8～45.0m為溶洞，呈串珠狀，巖芯多呈柱狀，節長10.0～15.0cm不等，少量機械破碎呈碎塊狀，錘擊聲脆，不易碎，取芯率73%。

（4）第四層中風化泥質砂巖：灰棕色，泥質砂巖、層狀構造，與石英砂巖互層，巖石風化不均，巖性軟，巖芯呈塊狀，塊徑6.0～10.0cm，少量呈砂狀，取芯率65%。

3 巖溶樁基施工難點因素

（1）地方運輸條件制約影響大。由于IK1+625匝道橋處于互通匝道位置，進場道路僅有1條鄉村道路，且受南沿江高速現有蓋板通道高度制約，進場車輛高度不能超過3.5m，導致大型機械設備無法進場。

（2）巖溶發育極強，成孔難度大。8L#樁基穿越6層溶洞，上層覆蓋土主要為角礫土層，粘結力小，且本樁基為淺層巖溶樁，溶洞多呈珠串狀，易發生串孔、塌孔等事故，同時施工作業風險大。

（3）8L#樁基設計長度達50m，施工工藝要求高。將樁基打入穩定持力層，鉆進、清渣、換漿難度大，易出現卡鉆、孔位偏移等問題。成孔過程中泥漿、澆筑的混凝土對孔壁的側壓力大，孔壁易坍塌，而且安全管理風險大。

4 巖溶樁基施工方案比選

4.1 “鋼護筒跟進”方案

通常情況當溶洞易發生漏漿、與周邊溶洞連通、頂板覆蓋層土質較差時，可采用鋼護筒跟進方案。但由于大型設備進場通行條件不足，且8L#樁基設計樁長達50m，需先后穿越6層溶洞，鋼護筒難以持續跟進，同時垂直度也很難保證，另外鋼護筒用量較大，施工成本較高。

4.2 “雙液漿注漿”方案

巖溶發育區域樁基施工前，在橋梁墩臺范圍對溶洞進行預注漿處理，填塞溶洞內空腔，固化溶洞內填充物，防止樁孔與溶洞、溶槽連通，避免樁孔內護壁泥漿流失導致塌孔。但雙液漿液體的最佳凝固時間不宜掌握，且多層串珠型溶洞空隙多，所需漿液用量難以控制預測，施工成本高。

4.3 “片石+粘土”方案

當鉆穿溶洞或鉆至裂隙處出現漏漿時，反復投入片石和粘土，利用鉆頭沖擊將片石和粘土擠入溶洞和巖溶裂隙中，以增大孔壁自穩能力，但此方案只適用于高度2m以下溶洞處理。根據現場資料統計分析，由于該溶洞內空間大、發育強，反復失漿或一次失漿過多、孔壁穩定性不足，易造成孔口失穩、坍塌。

4.4 “片石+粘土+水泥+木屑+鋼護筒”綜合處置方案

針對巖溶區樁基回填處理較大溶洞存在的困難，工程技術人員仔細研究鉆孔資料及區域地質資料，結合前期施工經驗，討論認為該8L#樁基具備通過改良回填混合料配合比、改進回填工藝等相關措施綜合處置較大溶洞的條件。

4.4.1 施工準備

通過仔細研究地質勘察資料，確定擬實施樁基穿越溶洞的位置、范圍及可能存在溶洞填充情況，初步判斷可能坍塌的地層，同時施工前做好以下工作：

（1）針對鉆孔及回填混合料時可能發生突發質量或安全事故，成立由項目經理任組長、項目總工任副組長、項目部各部門負責人為成員的專項施工方案領導小組，制定事故處理應急預案，執行24小時值班制，密切關注施工動態。

（2）樁孔的地質資料及施作要點，作為技術交底發至一線工班及鉆機操作手；對鉆機平臺碾壓密實并鋪設鋼板，防止施鉆時鉆機出現不均勻下沉、擺動、位移等問題，從而影響鉆孔質量。平臺上準備若干根方木，用以調整鉆機垂直度。

（3）鉆孔平臺附近準備足夠的袋裝水泥、碎石、片石、粘土及木屑，片石強度≥30MPa石灰巖，石塊粒徑以15.0～50.0cm為宜；增加一個備用泥漿池，在鉆進過程中存放多余泥漿，漏漿時能夠及時補漿，泥漿池尺寸長4m*寬6m*深2m。

（4）現場備用一臺挖掘機、一臺吊車、二臺運輸車、二臺抽水泵，確保機械完好，操作手隨時待命；現場機械停放、材料堆放整齊有序，臨時設施布局合理，一旦發生事故，預留有足夠的救援和撤離通道，同時配備急救藥品、擔架等設施。

4.4.2 施工工藝要點

（1）鋼護筒的設置，分3節安裝，每節鋼護筒直徑2m、長度2m。首先采用人工挖埋法安裝第一節，鋼護筒頂面高出地面0.3m；然后采用直徑1.8m鉆頭鉆進，鉆進過程中需及時檢查孔位偏差、鉆孔垂直度，埋入剩下2節鋼護筒；鋼護筒間焊接牢靠；最后改用直徑1.6m低沖程鉆頭，將溶洞頂板沖破。加長鋼護筒設置后應檢查鋼護筒平面位置偏差不大于5cm，傾斜度偏差不大于1%。

（2）施工過程中，根據地質柱狀圖，在鉆頭接近溶洞時勤觀察、勤檢測，根據手握測繩沖擊孔底的手感、沖擊巖層的響聲及抽取的巖樣，判斷是否接近巖溶地層。接近巖溶地層時沖程降低至50cm左右，防止卡鉆。鉆穿巖溶地層上殼時，一旦漏漿，要及時投放粘土、片石并補漿，以保持孔內水位高度。

（3）對于高度大于2m的溶洞，當鉆穿溶洞或鉆至裂隙出現漏漿時，首先立即反復投入片石與粘土，利用鉆頭沖擊將片石與粘土擠入溶洞和巖溶裂隙中，片石與粘土的比例為3：7；其次在上述回填料基礎上摻加水泥，摻加比例為每米2包袋裝水泥，若漏漿情況無明顯改善，須適當增加袋裝水泥用量，以增大孔壁的自穩能力；最后加入木屑，利用木質纖維增加混合料的粘聚力。

（4）通過不斷改善填料的投放工序，回填效果也有明顯改善。木屑、粘土和片石可以先拌和后投入孔內，也可以分別投入孔內。如分別投放，順序按片石、木屑、袋裝水泥及粘土分層順序投入孔內，木屑必須在回填粘土前投放。水泥以整袋投放為最佳。粘土投放后，用錘頭夯實，循環投放，直至夯實后填料高度高于溶洞頂板1m以上，再用錘頭靜壓6～8小時，隨后進行二次成孔。如仍出現塌孔，采用素混凝土灌注至溶洞頂面約1m處，48小時后再二次成孔。

（5）鉆進過程中遇到空腔溶洞，在擊穿前，應制備泥漿，避免擊穿溶洞帽后突然失漿，造成孔內壓力不足形成塌孔。加強鉆孔地質檢查、復核，并密切注意觀察鉆機工作情況、周圍地表沉降和鋼護筒內水位變化；接近巖溶時主繩放長量控制為1.0～2.0cm，并減少錘擊頻率，每分鐘5～10次為宜，如發現孔內水位下降，必須及時提錘檢查，防止擊穿溶洞頂板時造成掉鉆、卡鉆現象發生。同時做好相關應急處置準備工作，確保鉆進順利。

（6）如鉆穿溶洞頂板時一旦漏漿，須及時補水補漿，保持孔內水位高度，并投放粘土、片石、水泥、木屑等回填料；重新沖擊鉆進，擠壓填充溶洞或堵塞溶洞，最終至不漏漿為止；通過溶洞層后，繼續鉆孔，直至設計深度。成孔后灌注樁基混凝土階段，在導管提升時，根據溶洞位置確定對應的導管埋深高度，導管埋深不小于2m、不大于6m；通過溶洞時，灌注混凝土速度宜適當放緩；樁頂灌注標高應比設計標高超灌1m以上，灌注混凝土完成后，需觀察30分鐘左右，如混凝土面沒有變化才緩慢拔出導管。

4.4.3 施工效果

IK1+625匝道橋8L#樁基采用“片石+粘土+水泥+木屑+鋼護筒”綜合處置方案，進行多層串珠型溶洞成孔處理，有效防止塌孔等問題的發生，保證了鉆進工作正常施作。成孔后，根據鉆孔灌注樁鉆孔原始記錄，統計片石、粘土、水泥、木屑、鋼護筒等消耗量及挖掘機臺班，代入市場價格進行測算，得出成本較小，約占雙液漿注漿方案成本的18%，大幅度節約成本。灌注成孔后計算擴孔系數為1.21，后期樁基檢測報告顯示，該樁為A類樁，施工效果好。

5 結論

由于巖溶發育，地質狀況復雜多變，諸多不可預見性因素對巖溶區樁基施工影響很大。施工技術人員必須仔細閱讀設計圖紙及勘察資料等文件，了解樁基溶洞的基本情況，研究比選具體可行的施工方案，備足回填材料及機械設備，成立專項施工方案領導小組，制定質量和安全事故處理應急預案。在IK1+625匝道橋8L#樁基施工中，采用加長鋼護筒，很好地解決了溶洞失漿造成地表坍塌問題，保證了操作人員、機械設備的安全；利用不斷優化的回填料配合比以及回填工藝，成功完成多層串珠型較大溶洞樁基成孔。

參考文獻：

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[5]李自鋒.巖溶地區鉆孔樁溶洞處理施工技術總結.北京：中小企業管理與科技旬刊，2010（13）：196197.

作者簡介：王勛（1981），男，漢族，安徽霍山人，本科，工學學士，高級工程師，主要從事路橋、水利、房建等土木工程項目管理及科技研究。