巖溶地區高速鐵路橋梁樁基施工中溶洞處理技術

摘要 為了解決巖溶地區城市高速鐵路橋梁樁基施工中的溶洞問題，文章以濟棗鐵路某標段橋梁樁基工程為例，根據工程特點和現場實際情況，闡述了橋梁樁基工程在巖溶區域的重難點，并深入探討了橋梁樁基溶洞施工的核心技術要點，旨在為后續類似工程提供參考借鑒。

關鍵詞 巖溶地區；軌道交通；橋梁樁基；溶洞處理技術

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0126-03

0 引言

在巖溶地區，復雜的地質條件給橋梁樁基施工帶來了顯著挑戰，尤其是溶洞的存在，若未經妥善處理，將嚴重威脅橋梁工程的整體性能和安全性。為防止因溶洞坍塌造成安全事故，造成人員、機械不可逆轉的傷害及對工期的不利影響[1]，該文結合實際案例，根據逐樁勘察情況，針對每個樁基具體的巖溶情況選用不同方案對溶洞進行處理，以確保樁基成孔質量及工程的順利進行。

1 工程概況

1.1 工程介紹

該標段共設3座特大型橋梁，總長6.4 km，總計有193個墩臺，墩臺基礎運用的是鉆孔灌注樁設計，設計了1.0 m、1.25 m、1.8 m三種不同直徑的樁徑規格，以滿足復雜地質條件下的穩固需求。

樁型主要為端承樁，樁長7～64 m。

根據當前既有設計情況統計，該標段樁基總共1 575根，其中有溶洞樁基總共594根，占比為37.7%。該標段橋梁地處巖溶發育地區，除目前已有樁基溶洞處理外，其余樁基也可能存在溶洞情況。

1.2 自然條件

橋址區位于沖積平原區，地處山前傾斜平原與底山的過渡地帶；地面高程為42～103 m，高差61 m；地面較為平緩，坡度為2°～10°。橋址區上覆多種第四系全新統土層及全新統坡殘積層粉質黏土，下伏包括多組基巖及斷層相關物質。

橋址區地表水主要為嶧城大沙河及齊村支流，流量受季節影響明顯，雨季水量較大，旱季相對較小或干涸，地表水主要為大氣降水補給。

地下水的主要類型包括第四系孔隙潛水、基巖裂隙水及巖溶水。地下水主要通過大氣降水補給，且其埋藏深度相對較淺?？辈炱陂g橋址區的地下水位為0.1～9.8 m，季節性變化較大。

1.3 不良地質及特殊巖土

1.3.1 巖溶

（1）巖溶形態及分布規律

測區主要存在的地層為碳酸鹽巖，屬寒武系灰巖，巖溶嚴重，地下巖發育，鉆孔揭露洞直徑一般為0.1～5.1 m，溶洞多為半充填，少部分無充填，充填物為黃褐色硬塑黏性土和灰巖碎塊。橋址區巖溶中等～強烈發育。巖溶對橋梁工程影響較大。

（2）巖溶區的主要工程地質問題

橋址區的上覆地層是黏土和粉質黏土，在巖溶發育的地段，其與基巖面的接觸部分大多為黏性土。由于地下水位較高，第四系地層多受地下水影響，強度較低且溶洞埋深較淺，頂板較薄或局部被溶蝕無頂板，在施工過程中可能會引起地面塌陷。

1.3.2 地震液化

沿線的地震動峰值加速度為0.10 g，橋址范圍內分布著lt;4-6-1gt;粉、細砂，lt;4-6-2gt;粉、細砂松散～稍密，飽和，為液化土層，抗液化指數Fi=0.79～0.99，會對工程造成一定影響，在設計時需要加以考慮。

1.3.3 特殊巖土

橋址區域的特殊巖土主要包含人工填土、淤泥質粉質黏土、膨脹土及季節性凍土。

2 工程重難點分析

該橋樁基工程重難點在于巖溶樁基數量多、工程量大、施工組織難度大、巖溶地質復雜成孔難度高。根據地勘報告，有三分之一樁基存在巖溶地質，巖溶地質樁基施工復雜。鉆孔樁施工過程中易產生塌孔、沉沙過大等情況，措施投入大，混凝土超耗控制難，成樁質量控制難度高。

3 溶洞處理技術

3.1 施工準備

根據該工程地質特點，巖溶地質地段選用360E型、400型旋挖鉆及沖擊鉆成孔方法，按實際情況采用黃泥夾片石和素混凝土回填、鋼護筒跟進成孔。

在施工中應采用旋挖鉆和整套沖擊鉆機設備，應在鄰孔混凝土強度達到2.5 MPa以上時方可開鉆，以有效避免出現臨孔壁坍塌問題，或避免影響鄰孔已澆筑的混凝土強度。

3.2 施工技術

3.2.1 拋填黃泥片石+旋挖鉆成孔施工

拋填黃泥片石+旋挖鉆成孔的施工方法，適用于溶洞高度為1～2 m的單個小溶洞施工。

在旋挖鉆成孔施工中，首先采用旋挖鉆以正常的成孔方法施工，在鉆孔到洞頂之前降低鉆進速度；對于無填充、半填充溶洞應準備好新鮮泥漿隨時準備補充，當鉆穿溶洞漏漿時或遇到溶洞掉鉆時應暫停鉆進，提出鉆具，測量孔深并記錄，在孔內拋填黃泥片石回填[2]。

拋填黃泥片石施工時，需要裝載機及大型挖掘機相互配合，將準備好的片石及黏土按照一定比例少量多次投入，直至投入量超過溶洞豎向高度的3 m以上，回填應與斜巖面的頂面平齊。對于溶洞處，拋填黃泥片石回填后，應下鉆具反復旋轉擠壓密實，回填后采用測繩測量孔深，保證回填后的頂面高于溶洞頂面2 m以上。

當回填溶洞范圍擠壓密實后，應重新補充新鮮的泥漿，并采用旋挖鉆低速鉆進通過溶洞至設計的樁底高程。

3.2.2 回填素混凝土+旋挖鉆成孔施工

回填素混凝土+旋挖鉆成孔的施工方法（如圖1所示），適用于溶洞高度在2～3 m范圍內且自穩性能較差的單個小溶洞。

在旋挖鉆成孔施工中，首先采用旋挖鉆以正常的成孔方法施工，在鉆孔到洞頂之前降低鉆進速度。對于無填充、半填充溶洞應準備好新鮮泥漿隨時準備補充，當鉆穿溶洞漏漿時或遇到溶洞掉鉆時暫停鉆進，提出鉆具，觀察并核對渣樣是否為溶洞地質渣樣。同時，采用掏渣法將溶洞底部沉渣清理干凈后，在孔內填入低強度等級的素混凝土（C15、C20）。

回填素混凝土施工時，首先采用測繩對溶洞底部深度進行測量并記錄，按照設計圖紙計算溶洞底部至高于溶洞頂部2 m所需回填的素混凝土方量（考慮溶洞及擴孔系數）?；靥钏鼗炷習r應采用水下混凝土的灌注方法，在導管底部至溶洞底預留0.3～0.5 m的空間，并在導管上口設置儲料漏斗。在樁基施工過程中，采用罐車運輸與導管灌注相結合的方式。一旦開始灌注，必須保持操作流程緊湊且連續，中間嚴禁停頓。在灌注的整個過程中，應避免混凝土混合物從漏斗頂部溢出或從漏斗外部落入孔底，以防泥漿因混入水泥而變稠凝固，影響測探結果的準確性。同時，須密切關注導管內混凝土的下降情況及孔內水位的變化，及時測量并記錄混凝土面在孔內的高度，以精確指導導管的提升與拆卸工作。導管在混凝土中的埋置深度應控制在2～6 m的范圍內，并經常檢測孔內混凝土面的位置，以便根據實際情況及時調整導管的埋深。在灌注過程中應采用測繩隨時測量，以保證回填頂面高于溶洞頂口2 m以上。

3.2.3 拋填黃泥片石+沖擊鉆成孔施工

拋填黃泥片石+沖擊鉆成孔的施工方法（如圖2所示），適用于溶洞高度在2 m以內單個小溶洞，且溶洞上覆蓋層（土層）地質情況較差的地段。

為提高樁基成孔質量，降低混凝土超耗，在成孔過程中根據地質條件，經過預處理的溶洞在鉆探至洞頂約1 m處時，應改為使用小沖程緩慢穿透洞頂。對于小溶洞采取拋填黃泥夾片石等混合物進行堵塞，并利用沖擊鉆填充溶腔至密實，泥漿護壁成孔。

拋填黃泥片石施工時，對于溶溝、溶槽、小溶洞宜采取拋填黃泥夾片石等混合物進行堵塞；對于高度不超過2 m的小型溶洞，采用填充法進行處理。當溶洞的尺寸小于鉆頭直徑時，可以直接使用常規鉆進方法進行作業。然而，如果溶洞直徑大于鉆頭直徑，則容易出現鉆頭被夾、卡住或傾斜等問題[3]。針對此類情況，應采取以下回填處理策略：在沖擊鉆穿透溶洞頂板后，首先將鉆頭提出孔外；然后逐層向孔內投放黏土和直徑約為10～20 cm的片石，拋填時需嚴格按照1∶1的比例進行，即先投入片石再投入黏土，如此循環往復，直到填充物高出溶洞頂部1～2 m位置為止；完成拋填后，重新將鉆頭放入孔中，采用小沖程和高頻率的沖擊方式穿過空洞區域，應避免盲目追求鉆進深度，確保黏土和片石能夠有效擠入孔壁，以形成人工護壁。在沖擊作業過程中，應密切留意孔內水位的變化情況，一旦發現泥漿水位出現快速下降的現象，應立即補充泥漿。當鉆孔深度接近溶洞頂部且距離小于50 cm時，應暫停沖擊作業。此時，需再次向孔內拋填片石與黏土，以進一步加固孔壁。隨后繼續鉆孔，此過程需重復進行，直至完全穿越溶洞，之后逐步增加沖程，以恢復到正常的鉆進速度。

3.2.4 鋼護筒跟進+旋挖鉆成孔施工

當溶洞較大且內部無充填物，或為半填充溶洞，以及其他處理方法反復嘗試均無效時，應采用鋼護筒跟進+旋挖鉆成孔的施工方法進行處理。

依據設計圖紙和地質鉆探資料所提供的溶洞分布狀況，根據先長后短、先難后易、先外后內的原則，確定各樁的施工順序。地質條件差的巖溶樁基應采用沖擊鉆成孔。

鋼護筒跟進施工：

（1）提前加工好鋼護筒。樁徑為1 m、1.25 m的樁基鋼護筒采用12 mm厚鋼板加工；樁徑為1.5 m、1.8 m的樁基在15 m以下的部分，采用14 mm厚鋼板加工，每節長度在5 m左右。內護筒內徑比設計樁徑大10～15 cm，外護筒內徑比設計樁徑大20～40 cm，則鋼護筒的長度一般為4～6 m。鋼護筒的加工尺寸一定要嚴格把控，護筒上下節的連接縫除了進行焊接外，還應在接縫處焊接5 cm寬的加強鋼帶，護筒水平接縫形成的平面應和護筒豎向垂直，以確保整個鋼護筒的垂直度滿足要求，振動錘應和護筒頂面焊接穩固，無松動；各節下沉的護筒必須嚴格控制垂直度[4]。

（2）護筒跟進。采用與樁徑相同的鉆頭鉆孔至巖層頂面，同時采用膨潤土護壁。當溶洞深度過大或鋼護筒采用常規方法不能下至溶洞位置時，應采用打拔機施工，用DZ-90型振動錘輔助下沉內護筒至巖面。當鋼護筒到達巖面后，即開始對覆蓋層和頂板進行鉆進，其鉆孔方法與常規鉆孔一致。在巖層中鉆進時，泥漿比重應控制在1.3～1.5之間。

每穿過一層溶洞后，護筒應立即跟進。護筒的跟進應采用振動錘進行施打，直至護筒完全穿過最下層溶洞的底部。

3.3 沖擊鉆穿越溶洞施工

3.3.1 穿越溶洞頂板鉆孔施工

在樁基鉆孔作業中，當鉆孔逐漸接近頂板時，由于巖面可能存在傾斜，常常會出現鉆頭擺動、撞擊護筒或孔壁，以及沖擊聲音減弱等現象，這些情況均表明鉆頭已臨近頂板。在樁基鉆孔過程中，當鉆到距離溶洞頂部約1 m的位置時，由于地質條件的復雜性，鉆頭有可能突然在某一側或固定方位穿透溶洞頂板，從而引發卡鉆事故。為了有效應對這一問題，每當鉆頭即將穿越溶洞頂板之前，無論當前是否出現漏漿現象、溶洞是否為充填狀態，都應預先向孔中投入適量的黏土與片石混合物，其比例為3∶7。隨后，在1～1.5 m的范圍內靈活調整沖程，優先采用0.5 m的小沖程沖擊已投入的混合物，使其能夠充分擠入裂隙和溶洞內部，起到加固孔壁的作用。這一過程需要反復進行，應多次將混合物擠入溶洞通道，逐步穩固洞頂，直至最終成功擊穿溶洞頂板。

3.3.2 穿越溶洞空穴施工

當溶洞內部沒有填充物時，鉆孔作業推進至溶洞頂板巖層的過程中，可能會遭遇泥漿迅速下降的情況。面對這種情況，必須立即采取回填措施，向孔內投入片石、黏土或混凝土等材料，以在溶洞空洞內部形成一個自然的圓錐體，作為后續鉆孔作業的支撐結構。在圓錐體內部進行鉆孔時，需在孔的周圍形成具有一定厚度和強度的護壁，以確保泥漿能夠回升至孔口并形成良好的流動循環。

針對溶洞內部空洞無支撐、頂板巖層上方土質疏松易于垮塌的復雜地質條件，必須采用護筒護壁的方法確保樁孔的穩定性。鉆孔時，首先利用鉆孔設備將溶洞頂板的巖層逐步沖掉，直至達到溶洞底部，并平整溶洞底部的巖層。然后，在溶洞底部的鉆孔周圍，進行回填作業，回填材料選用黏性較強的土壤，回填高度約為1 m。將護筒垂直且穩固地插入該黏土堆中，確保其位置準確且垂直度滿足要求，并嚴格檢查護筒的密封性能，確保護筒不會漏漿。當泥漿成功回升至孔口并恢復循環流動后，方可繼續推進鉆孔作業。

4 結論

在巖溶地區，復雜地質狀況給橋梁樁基施工帶來顯著挑戰，尤其是溶洞，若處置不當會嚴重影響橋梁工程的整體性能和安全性。以濟棗鐵路某標段橋梁樁基施工為例，通過深入的分析與實踐，得出了以下結論：

（1）當天然地基的承載力無法滿足建筑承載力的要求時，需要根據具體的地質情況選擇合適的樁基施工方案。在成孔過程中，對溶溝、溶槽、溶洞進行分類并按照不同的巖溶情況采取針對性的施工方案進行處理。小溶洞應采取拋填袋裝水泥、黃泥夾片石等混合物進行堵塞，泥漿護壁；溶洞較大的樁基應采用旋挖鉆成孔+鋼護筒跟進施工方案。

（2）溶洞的處理技術對橋梁樁基的施工質量具有影響。由該文案例可知，此項目針對處于不同區域、不同情況的溶洞（如溶洞的大小、形狀、深度、填充物等），實施了有效的處理技術，同時嚴格依照規范加以處理，確保溶洞處理質量和樁基挖孔的順利開展。

（3）該工程在竣工并投入使用后，經檢測，其最大沉降量完全滿足設計規范與安全標準的要求，表明橋梁樁下溶洞的處理措施科學合理，并且在經濟性和工程實際效果上均表現出色。

參考文獻

[1]何前江.橋梁人工挖孔樁樁基施工中的溶洞處理技術研究[J].交通世界， 2022（31）：99-101.

[2]崔志軍.公路橋梁樁基施工中溶洞處理技術[J].交通世界， 2021（23）：149-150.

[3]湯欣，周致開.巖溶復雜地質環境中公路橋梁樁基施工技術[J].運輸經理世界， 2021（29）：112-114.

[4]侯錫標.溶洞處理工法在巖溶地區橋梁樁基施工中的應用[J].交通世界， 2020（Z1）：186-188