溶岩地区桥梁桩基施工探讨

摘要：溶岩地区的桩基施工因溶岩较发育，施工中大小溶洞、串柱型溶洞及大小空洞密集，经常出现漏浆、塌孔、地陷、埋锤等问题，本文结合五通义江特大桥桩基施工中的问题及采取的处理措施进行概述，总结了溶岩桩基施工中的典型问题――塌孔和漏浆的预防与治理，望对类似工程减少施工风险和投入有所帮助。

关键词：溶岩；桩基；施工；防治

在桩基成孔过程中，溶洞危害表现根据严重程度主要为漏浆、塌孔和地面塌陷等。主要成因是当桩基穿越溶洞时，桩位处隐伏有溶洞、灰岩裂隙极易导致漏浆。因溶洞上直接覆盖层为透水性强的粉细砂层及卵石层，当溶洞顶板或侧壁岩层被击穿时，导致容积过大，桩基孔内泥浆面将急剧下降，造成孔壁受力失衡，护壁泥浆卷带粉细砂层迅速流失，导致塌孔，严重时造成地面塌陷。根据溶洞大小及填充情况等，选定经济可行的处理方案。

一、五通义江特大桥桩基施工概况

五通义江双线特大桥位于贵广高速铁路广西桂林临桂县境内，桂林地区为世界上极为典型的喀斯特地貌（也叫岩溶地貌），全桥地势平坦，桥区不良地质为岩溶，岩溶较发育，地表较多为细圆砾土，桩基展示图显示全桥多处桩基有大小溶洞、串柱型溶洞及大小空洞。

二、施工中相关问题的处理过程与总结

（一）施工中相关问题的处理过程

1、塌孔处理

41#-5桩护筒标高182.646m，应钻孔深54.89m，桩基于2010 年3月24日开钻，于2010年4月3日下午钻至37.8m处遇溶洞突然漏浆，一漏到底，孔壁瞬间坍塌，钻机倾斜，现场及时调配机械抢险（见音像资料），分析为大溶洞或存在较发育裂隙，连夜抢险回填补浆后，等待处理方案。

41#-10桩护筒标高182.866m，应钻孔深54.91m，于2010 年3月29日开钻，于2010年4月3日下午钻至约20m处遇溶洞突然漏浆，一漏到底，孔壁瞬间坍塌，钢护筒沉入孔内，钻机倾斜，清水涌出，分析为大溶洞或存在较发育裂隙，江水涌入致平台越塌越大，连夜采用装载机、挖机及4台自卸车抢险回填后，等待处理方案。

41#-1桩护筒标高183.057m，应钻孔深55.301m，桩基于2010 年8月19日开钻，从2010年8月30日至9月3日在44米处溶洞4次漏浆，分别采用回填片石36 m3、28 m3黄土及采用40 m3砼封堵处理均无效，于2010年9月3日再次漏浆，造成卵石层孔壁大面积塌方，回填处理无效，分析可能为大溶洞或存在较发育裂隙，等待处理方案。

处理方案：

（1）对该处水中施工桩基，水流大，且洪水频繁，河道中卵石层沉积厚，溶洞多，地质复杂，对41#-1、41#-5桩基采用首先回填满孔位，再重新钻孔下双层钢套筒跟进处理施工后经检验全部为一类桩。

（2）根据现场的地质状况，对五通义江双线特大桥41号墩其余12根桩基根据实际情况设置双层钢套筒跟进处理措施，即先用直径2m护筒穿越卵石层，每桩平均约9～10.5m，而后结合两次塌孔埋锤位置均为37～46m，下1.8m钢护筒跟进至穿越最下层溶洞。

2、漏浆处理

五通义江双线特大桥48#-2、48#-5、48#-6桩设计桩长27m，桩径1.25m，桩底标高153.069m；48#-3、48#-7桩设计桩长23m，桩径1.25m，桩底标高157.069m；48#-4、48#-8桩设计桩长20m，桩径1.25m，桩底标高160.069m；48#墩位于岩溶不良地质地段，设计桩长范围粗圆砾土层较厚，桩基穿越多层溶洞、空洞及较大空洞，对较大空洞或填充物较差大溶洞采用钢套筒下底，对较小溶洞或填充物较好大溶洞采用充填黄泥夹片石处理。

（1）48#墩桩基从2010年9月开始施工，一直到12月中旬多次溶洞漏浆致粗圆砾土层塌方，未成孔。

（2）48#-6桩护筒标高184.6，应钻孔深为31.531m。于9月20日在钻至约17m处时遇溶洞突然漏浆，粗圆砾土层塌方，机锤被埋，停机等待处理方案。

（3）该处桩基施工因溶洞漏浆造成整个钻机平台严重的地陷。

处理方案：

（1）对48#-6桩基在粗圆砾土层钻进中下双层钢套筒逐步跟进穿越塌方严重的粗圆砾土层至土石分界。

（2）根据现场的地质状况，对五通义江双线特大桥48#墩其余6根桩基均设置直径1.5m钢套筒至土石分界；对48#-2先下设直径1.8m钢套筒至穿越粗圆砾土层，再下设直径1.5m钢套筒穿越多层较大溶洞。

（二）施工中相关问题的处理过程总结

1、塌孔的预防及处理

塌孔的防治：塌孔的防治预防在于“常看，常补“常看就是要求各地层地质情况做到心数有数，随时注意钻进情况，随时观察水位情况。“常补”就是当钻进松散粉砂土或者流砂中时，要及时补充较大的比重，粘度的泥浆，甚至可补充投入参有片石或卵石的粘土，此外，要有专人负责补水，以保证钻孔内必要的水头高度。

塌孔的处理：当孔壁局部坍塌，孔内水头无明显损失时，向孔内抛粘土，加大泥浆比重，下沉内护筒进行处理。另外溶洞内压力大导致充填物多次冲入桩孔内部。此类情况应采用砼封堵或加大钢护筒跟进措施。当遇溶洞、溶穴、溶槽，孔内水头突然损失造成塌孔时，如是小面积塌陷，且护筒无移位，除下沉内护筒外，可及时分层抛入片石、粘土块、袋装水泥、片石等，以填充和堵塞溶洞，回填至内护筒底部以上2～3m，然后采用中小冲程重新钻进。溶洞发育严重时，如连通特大型溶洞或连通地下河溶洞，上述处治措施均不能有效处理好，即使多次回填片石粘土等也不能成功组织漏浆；或者护筒变形，有较大横向位移，无法纠偏时，可拔出钢护筒，用粘土回填，并采用内护筒跟进穿过溶洞。内护筒跟进时应先采用孔径大于25cm的大钻头冲击到岩层，然后下放比孔径大20cm的长护筒到底，再换用正常钻头钻进。这样施工主要目的是防止在施工中继续漏浆造成土层再次塌孔。这种方法关键之处在于护筒的位置放样必须准确。

2、塌孔的预防及处理

塌孔的预防：（a）现场的应急：在成孔中，由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通，泥浆迅速流走，水头高度急剧下降，造成漏浆。在溶洞桩基施工中，要在孔边备足一定数量的片石和粘土，施工中挖机、装载机24h待命，一旦出现漏浆，要及时回填片石粘土；（b）方案的分析，塌孔的预防还要结合桩基展示图下部溶洞的分布分析漏浆的可能性，并结合上部地质构成及软弱程度做出初步的方案，从而降低塌孔的可能性；（c）加强试桩及工艺性试验，对方案的分析进行进一步论证，然后进行大面积施工，避免因方案不确定不成熟盲目施工导致单墩位大面积塌孔或大范围的塌孔埋锤情况，从而减少经济损失冲击造壁，并且马上补水，防止水头高度继续下降。

漏浆的防治：选择优质的黄泥，其次结合漏浆的深度结合桩基展示图进行分析，确定溶洞大小，轻微漏浆采用单纯回填黄泥，然后冲击封堵，3～6m漏浆需结合漏浆的快慢确定漏浆处溶洞与桩体连接点的大小，漏浆慢而多，说明漏浆口较小或狭窄，可填充黄泥夹片石，若漏浆快而多，说明为较大溶洞或空洞，需进一步分析防治措施，可采用水泥夹片石夹黄泥的综合处理，或砼灌注封堵甚至对穿越较大溶洞及空洞采用的钢套筒穿越。

三、溶岩桩基施工处理方案的选择

（一）填充粘土和片石法

粘土和片石填充适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理，其方便、快捷，节省费用。采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒须穿透砂砾等透水层、坐在不透水层上，尤其是多层溶洞，以防止出现溶洞后孔内水头急剧下降而造成坍孔。

（二）钢护筒跟进法

溶洞的厚度在110m～310m之间，且为空洞的，先利用超前钻孔向孔内灌注混凝土干料，填满溶洞，在固结体达到一定强度后（215MPa）即可进行冲孔施工。混凝土干料将采用425R普通硅酸盐水泥拌制，如溶洞空间容积大、导水性强，则在混凝土干料中添加一定量水玻璃，灌浆孔平面布置见图1。

图 1 图2

（4）溶洞高在310

图3

（5）溶洞高大于510m（多层），且溶洞间距较大时，拟采用套内护筒法施工，即用内护简穿过溶洞的方法进行施工。护简长度L=h+2m（h为多层溶洞高），内护简内径应比设计桩径大20 cm左右，外径应小于外护简内径5cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护简外径比上层内护简内径小35cm，见图3。

四、施工总结

溶岩桩基施工工艺不同于一般桩基施工，必须结合地质，选典型地方进行试桩后比选可行方案，过程中及时果断对特殊地质进行预防措施，一定程度上减少了处理漏浆、塌孔甚至埋锤的时间和大量的人力、物力投入，一定程度上减少了施工风险和投入，带来了经济效益。