巖溶發育地區樁基溶洞處理施工技術

馬允棟 張文龍

摘 要：本文以安徽省北沿江高速巢無段裕溪河矮塔斜拉橋工程項目為例，介紹了巖溶發育地區溶洞處理的常用方法，并結合不同墩位的巖溶特征，對具體實施方案進行比選，所采用的小型溶洞回填穿越法及大型串通溶洞注漿法，均取得了良好的效果，保證了樁基施工質量。

關鍵詞：巖溶發育；串通溶洞；裂隙發育；溶洞處理

1 前言

樁基施工時遇到巖溶發育地區，如果不能采取有效方案，很可能對樁基施工帶來困難，并無法保證樁基質量。因此，在巖溶發育地區樁基穿越溶洞時，結合現場實際情況采取有效的施工方案是施工的難點與重點。

2 工程概況

2.1 設計概況

跨裕溪河主橋采用預應力混凝土矮塔斜拉橋，2#、3#主墩承臺下布置Ф2.75m樁基8根，樁長56.8m～75m。1#、4#過渡墩承臺下布置Ф1.7m樁基10根，樁長42m～50m。主墩為水中墩，樁基采用搭設鉆孔鋼平臺施工方法，過渡墩為陸上樁，為方便溶洞處理，均采用沖擊鉆機施工。

2.2 工程地質情況

橋位處發育F3、F4、F9斷層，受斷層影響，灰巖、角礫巖及巖溶、裂隙發育，巖體有不同程度破碎，地質鉆探所達范圍內，土層第①層為填筑土，②～⑦層為第四系全新統沖擊層，第⑧層為第四系上更新統沖洪積層，下伏基巖由三疊系下統南陵湖組灰巖、炭質灰巖、角礫巖，二疊系下統棲霞組灰巖、炭質灰巖，泥盆系上統五通組砂巖，石炭系灰巖組成。

3 各墩位溶洞情況分析及方案比選

3.1常用的溶洞處理方法

溶洞處理的常見方法有回填穿越法、鋼護筒跟進法、注漿法。

（1）回填穿越法。當溶洞壁較完整，相對獨立，無水流或少量水流，適合回填穿越法。回填法對溶洞的處理時應先處理上邊溶洞，一次往下進行處理，常用的回填材料有片石黃土、碎石、混凝土等。具體步驟為鉆孔，回填，夯實，直至溶洞完全填充。

（2）鋼護筒跟進法。在樁基鉆進過程中當出現漏漿、護筒下沉、護筒偏斜均可采用鋼護筒跟進法。在護筒跟進時可以根據不同的地質條件確定護筒的跟進長度。

（3）注漿法。當溶洞巖層有破碎帶、裂縫，或者溶洞內充盈流塑狀物體，宜使用注漿法。注漿法對溶洞的處理按照先方后上方的處理順序。具體操作時先采用注漿管插入溶洞下部，并設置排氣管，對注漿管注漿時以不再下降為合格。注漿完成后，待溶洞完全填充且強度達到后進行取芯驗證，合格后再進行樁基的施工。

3.2 各墩位溶洞地質情況分析及方案比選

由于工期緊迫，部分墩位采取了邊勘探邊施工的方法，結合1#、4#過渡墩及2#、3#主墩溶洞地質情況及施工過程情況，對處理方案進行深入分析并優化。

（1）各墩位溶洞處理方案擬定及比選。結合上述地質情況及樁基施工情況分析，對處理方案進行比選分析。

①1#過渡墩。溶洞高度不大，采用回填穿越法，回填材料采用塊石、黃土，考慮到裂隙的強發育，摻入袋裝水泥，具體方法為：

當鉆機鉆進過程中穿過破碎帶出現漏漿時，反復投入黃土和塊石，采用小沖程鉆進，利用沖擊鉆鉆頭沖擊將黃土和塊石填充進溶洞和巖溶裂縫中，并摻入水泥以增大孔壁的自穩能力、填堵裂隙。

②3#主墩。3#主墩為水中樁，采用鉆孔鋼平臺施工，施工過程中已出現塌孔、鋼護筒輕微下沉現象，為避免后續樁基施工出現漏漿及大范圍塌孔，保證平臺的穩定性，首先將現有鋼護筒接長跟進至持力層，確保軟土層不塌孔。

③2#主墩及4#過渡墩。2#主墩同樣為水中墩，先將鋼護筒跟進至持力層。2#、4#墩溶洞高度較大，且相互串通，4#墩存在承壓水，對于此類溶洞的處理，具體比選如表1所示。

綜合以上分析，2#、4#墩采用注漿法進行溶洞處理。

3.3 溶洞注漿處理方案

（1）施工方法。注漿方案其作用是在巖溶發育區域根據地質勘探結果對樁基范圍內溶洞進行預注漿處理，對存在的溶洞提前填充，使溶洞密實，防止鉆進過程中樁孔與溶洞、裂隙相連，造成孔位坍塌，并對不同土體形成阻隔，間隔了上層滯水與巖溶水的聯系。

為控制注漿漿液方量，以減小施工成本，本項目采用雙液注漿、單液注漿相結合的方法，具體為：注漿漿液中摻入水玻璃，以加快漿液初凝時間，控制漿液注入后流動范圍，以達到控制注漿量的目的。注漿方式為雙液注漿與單液注漿相結合的方式，雙液注漿即采用雙管路將水泥漿與水玻璃同步注入孔內，單液注漿即在水泥漿中直接摻入少量水玻璃單管注入。

（2）注漿孔位布置。對于2#墩，主要針對2a-3、2a-4、2b-3、2b-4四根樁區域進行注漿處理，共布置25個注漿孔，為充分提高漿液的利用率，降低注漿用量，先在四根樁外圍布置17個帷幕注漿孔，采用雙液方式進行帷幕注漿，根據情況分布8個普通注漿孔，其余孔進行單液注漿完成，16、18、19#孔兼作注漿檢查孔。

對于4#墩，由于工期壓力并不大，只對4a-3、4b-3溶洞最大處進行注漿填充處理，并輻射其它相鄰樁位。共布置7個注漿孔，呈三角形布置，補堪時4b-3掉鉆嚴重可判定無填充或充填物很少，為節約成本，4b-3樁邊設置15cm的壓漿孔，鉆孔完成后填入粗骨料填充。先施工1#-6#孔，采用單液注漿方式，10#孔在骨料填充完成后采用雙液注漿方式。

（3）注漿工藝流程。①注漿工藝流程：布置注漿孔→放點→鉆機就位→鉆進成孔→注漿管安裝→分層注漿→結束移孔。②鉆孔：鉆孔型號為XY-150 型地質鉆機，鉆孔直徑75mm，采用108mm套管鉆進，采用泥漿護壁、回轉鉆進、全孔段無芯的鉆進方法，鉆進至設計孔注漿深度（即進入底層溶洞底板完整基巖1.5m）。鉆孔完成后安裝袖閥管及止漿環，注入固管止漿料，完成注漿前封孔[4]。③漿液配比：結合施工經驗和現場的實際情況初步擬定12組配合比，對每種配合比進行試驗，記錄施工時的初凝時間、流動范圍、比重等參數，經過試驗，選取初凝時間在3-5min、流動范圍在5-7m的配合比作為施工時的現場配合比。通過反復驗證得出結論選用以下配合比：

單液注漿：水泥：水：水玻璃=1：0.5：0.2；

雙液注漿：A液：B液=（水泥：水）：水玻璃=（1：0.5）：0.45；

注漿漿液材料為：PO42.5普硅水泥，波美度40度水玻璃。

④注漿：采用先下后上的分層注漿方法，每層注漿高度30cm，達到2MPa控制壓力后即采用拔管機將注漿管上拔高度30cm。

4 結束語

本工程所采用的回填穿越法及注漿法均取得良好的效果。小型溶洞回填塊石、黃土的同時摻加袋裝水泥，對裂隙 的填充具有良好的作用，漏漿發生次數大大減小。大型貫通溶洞在注漿后進行成孔施工時，未出現嚴重漏漿現象，大大提高了成孔效率，相比多層護筒跟進的方案，施工成本大大節約。目前裕溪河矮塔斜拉橋樁基已全部施工完成，經過樁基檢測，所有巖溶區樁基均為Ⅰ類樁，達到了預期的效果。

參考文獻：

[1] 石振明.巖溶地區樁基施工溶洞處理技術—以吉安永和大橋樁基施工為例[J].工程地質學報，2015（23）：1161～1162.

[2]張琨.城市橋梁樁基穿越溶洞預注漿施工技術[J].施工技術，2011（1）：78.

[3]孫增奎.灰巖溶洞區樁基處理實例[J].巖土工程技術，2007（1）：41.

[4]韓永紅.基于大型溶洞樁基袖閥管注漿處治技術研究[J].橋隧工程，2015（7）：162.