溶巖地質橋梁鉆孔樁溶洞處理施工技術

吳凱強

摘要：當橋位處巖溶極區，且溶洞串珠狀發育，鉆孔樁施工難度大，鉆孔過程中溶洞的處理至關重要。根據施工位置的實際情況，選擇合理且經濟的方法處理溶洞。目前對樁基溶洞的處理方法有：壓注雙液漿、填充粘土和片石、灌低標號混凝土、鋼護筒跟進。根據溶洞大小及填充情況等，選定經濟可行的處理方案。

關鍵詞：樁基;溶洞;施工工法

1 工程簡介

武漢市江夏區金龍大街2#橋（K7+889.0～K8+875.0）共計144根樁基，其中1.2m的樁（適用于0#、31#橋臺和25#、26#鋼箱梁主墩）共計32根，1.8m的樁基共計112根，1.2m樁基均適用于承臺樁基，1.8m樁基適用于柱式墩，一樁一柱。橋位處巖溶極其發育，大部分溶洞呈串珠狀發育。溶洞處理的成敗關系到樁基礎施工質量、工期和成本。

2 溶洞的分類

根據地質結構和溶洞的情況及發育情況，溶洞可分為以下幾種類型：

2.1 按溶洞的大小分

①大溶洞：溶洞高度>3m;②小溶洞：溶洞高度<3m.

2.2 按溶洞填充狀態分

①全填充溶洞：洞內完全充填亞粘土、亞砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、軟塑、流塑狀;②半填充溶洞：洞內約一半有填充物，頂部為空腔;③無填充溶洞：洞內無填充物即空洞。

2.3 按是否漏水分

①全漏水溶洞：嚴重漏水并與其它溶洞或地下河連通;②半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有滲漏水現象;③不漏水溶洞：溶洞完整，無滲漏水現象。

2.4 按溶洞垂向個數分

①單個溶洞：樁基范圍內僅有一層溶洞;②多層溶洞：樁基范圍內有多層溶洞。

3 方案選定

根據溶洞大小及填充情況等，選定經濟可行的處理方案

4 溶洞處理方法

4.1 壓注雙液漿法 注雙液漿一般適用于10m以下半填充或全填充溶洞的處理

（1）目的：溶洞內注雙液漿預處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間，并達到一定的強度（20MPa以上），防止鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔等情況的發生，保障成孔及水下混凝土澆注等施工工序的順利完成。

（2）加固原理：注雙液漿加固的特點是注漿材料可在十幾秒或幾十秒內瞬間凝固，可控制漿液灌注在一定范圍內且不流失，材料的利用率高，比較經濟。漿材的結石率為100%，即1m3體積的漿材可得1m3的結石體。對溶洞中的砂、礫等土體，漿液是通過滲透作用板結砂和礫的;對于溶洞中的稀泥等土體，漿液是通過劈裂、擠密作用加固土體的;對于無填充物和半填充的溶洞，漿液是通過充填填滿溶洞的。

（3）工藝 壓漿材料采用普硅32.5R水泥與化學劑（水玻璃）。a布孔 根據橋墩臺樁基布置和溶洞分布，每個墩臺布置6～8個壓漿孔。b鉆孔 用地質鉆機鉆80mm～110mm的注漿孔，孔深達到最深溶洞的底部。注漿管插入溶洞下部。c壓漿 采用雙液壓漿系統進行全孔壓漿，要少量多次、反復壓漿。雙液漿配制時，控制漿液比例，反復試驗，掌握漿液的最佳凝固時間，凝固時間太快，不利于注漿施工，凝固時間太慢，漿液流動性大，用量大，不經濟。

4.2 填充粘土和片石法

粘土和片石填充適用于高度6m以下全填充、半填充和無填充的溶洞處理，其方便、快捷，節省費用。

當鉆孔至溶洞層時，一般護筒內泥漿會全部或部分流失，嚴重時會造成塌孔，這時可采用片石加粘土（按1：1體積比）回填，溶洞較大時可加入部分水泥，回填一層、采用鉆頭沖擊一遍，盡量使片石和粘土保持密實，直至回填至溶洞頂部1～2m.溶洞回填完成后，向鉆孔內注入稠度較大的泥漿，使其自然浸入片石縫隙內，然后采用鉆頭沖擊，使片石和粘土擠入溶洞內，形成泥石護壁。若溶洞內泥石護壁出現漏漿時，應再次回填，反復回填、反復沖擊，直至不再漏漿為止。

采用回填片石、粘土處理溶洞時，鋼護筒須穿透砂礫等透水層、坐在不透水層上，尤其是多層溶洞，以防止出現溶洞后孔內水頭急劇下降而造成坍孔。

4.3 灌低標號混凝土法

對于較大的溶洞，尤其是半填充或無填充溶洞，有時采用填粘土和片石的方法難以成孔，或者成孔后灌注水下混凝土時孔壁被擠垮，這時用灌低標號混凝土的方法處理。

施工準備和開孔方法同填粘土塊和片石方法，當擊穿溶洞頂板時，為節約混凝土灌注量，可先填粘土塊和片石，反復沖擠，待溶洞填注基本飽滿時，再灌低標號混凝土至溶洞頂1m 以上，待混凝土達到一定強度后再繼續鉆孔。

4.4 鋼護筒跟進法

在溶洞較大，洞內無填充或有流塑充填物，漏水嚴重或與暗河連通時，采取上述方法無效時，可采取鋼護筒跟進法施工。就是一面沖孔、一面接高護筒，并將其振動下沉至已鉆成的孔內或溶洞內，用以阻斷溶洞內流塑充填物或水的流動，便于鉆孔施工。①內護筒內徑的確定 現場根據樁孔穿過大溶洞的數量，確定內護筒級數，每增加一級，內護筒內徑增加0.2m，最小一級內護筒直徑大于樁徑0.2m.為保證內護筒的剛度，防止受壓變形，鋼護筒采用10mm 鋼板卷制。下沉內護筒時，由大到小，分級逐次下沉進行。先鉆大孔，下沉大護筒，再鉆小孔、下沉小護筒。如果穿過1層溶洞，就采用1級內護筒，每增加1層溶洞，就增加1級內護筒。護筒跟進法施工順序見下圖1.②內護筒長度的確定內護筒長度的確定，護筒長度L=h+3（m）（h為地質超前鉆確定的溶洞高度），如果內護筒太長可分節下沉，在孔口焊接連接。

5 巖溶地區鉆孔樁施工方法

5.1 巖溶地區鉆孔樁施工工藝流程

由于鉆孔樁施工是個比較成熟的施工工藝，本文就不再敘述。

5.2 在巖溶地區鉆孔樁施工中特別應注意以下幾個問題：

（1）施工準備，根據地質資料預測施工中可能出現的問題，制定施工方案，并向鉆機操作人員進行技術交底。樁孔附近要備足回填材料和挖掘機、鏟車、水泵等機械。

（2）鉆孔 鉆機時泥漿要稍稠，現場泥漿池內盡量多備些泥漿，在溶洞穿孔后及時補漿。施工中要加強鉆孔地質檢查、復核，并密切注意觀察鉆機工作情況、周圍地表沉降和護筒內水位變化，防止不正常情況發生。根據地質柱狀圖，在接近溶洞時勤觀察、勤檢查，鉆頭沖擊巖層的響聲、抽取的巖樣判斷是否接近巖溶地層。接近巖溶時主繩放長量控制為1～2cm，防止擊穿溶洞頂板時造成掉鉆、卡鉆現象發生。鉆穿溶洞頂板時一旦漏漿，及時投放粘土塊、片石并補水補漿，保持孔內水位高度。漏水嚴重時，可填充稻草和水泥等混合物，每次填滿后補漿補水，再重新沖擊鉆進，擠壓填充物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。

（3）灌注混凝土 灌注中導管提升時，要根據溶洞情況確定導管埋深，避免灌注過程中擠破溶洞混凝土面突然下降，造成斷樁事故發生。樁頂灌注標高應比設計標高超灌1m以上，灌注完成后觀察30分鐘左右，如果混凝土面沒有變化才拔出導管。

（作者單位：中鐵大橋局第七工程有限公司）