溶洞施工实例及处理措施

摘要：伴随着我国建设工程的极速发展，建筑行业也处速发展阶段。各类工程项目的设计与施工技术水平得到了长足的进步。但，这种高速发展的劲头往往给人以质量是否完全保障的顾虑和担忧。本文论述在岩溶发育地段施工冲孔灌注桩，根据溶洞情况（溶洞大小、有无充填物），采用溶洞预处理加钢护筒的施工技术。旨在促进基础灌浆施工技术的发展。

关键词：溶洞施工 实例 措施

中图分类号： TU74 文献标识码： A

引言：在建筑工程中，桩基工程是非常重要的一部分，做好桩基工程质量控制，对桩基工程有重要的作用。文章对桩基工程的溶洞特点进行了阐述，同时通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，从建筑工程施工的不同阶段对桩基工程质量控制的具体措施进行了探讨。

一、工程概况

浙江长兴琥珀嘉苑桩基工程位于长兴明珠北路与新民路交叉口，共有十二幢住宅商品房加一个商铺，其中1至8号楼为16层小高层，9至12号楼为28层高层住宅楼。

二、地质勘探资料大约如下（各勘察孔有所区别）：

1、杂填土：0～0.5m

2、耕植土：0.5～2.5m

3、淤泥质粉砂土：2.5～10.9m

4、粉质粘土：10.9～22.5m

5、粘土：22.5～36.0m

6、主要是砂砾层，上部主要是砂下部以圆砾为主含少量粘土：36.0～45.3m

7、含圆砾粉质粘土：局部分布，灰黄色，流塑状，以粉质粘土为主，大多是溶洞的充填物：高度从0～10m左右

8、夹层：也是局部分布，含碎石粘土，流塑～硬可塑，属溶洞填积物：厚度0～6.10m

9、全风化泥质砂岩：厚度1.9～6.10m，为极软岩。

10、强风化角砾岩，属白垩统岩溶堆积及崩积物:厚度0.2～3.7m

11、中风化角砾岩：属白垩统岩溶堆积及崩积物:厚度0.7～6.8m

12、强风化石灰岩：厚度0.4～4.2m

13、中风化石灰岩：揭落厚度0.3～10m

这只是对一个勘察孔的描述，各个勘察孔各有区别。总之该地块岩溶发育率约达29%，所探明的溶洞均有充填物，溶洞主要为水平向发育，主要分布在场地西北部、中部及南部，西部方向溶洞连通性较好。

三、设计要求及机械设备的选择

桩基设计为钻孔灌注桩，根据设计1～8号楼为16层，桩端进入砂砾层1.5米为施工控制标准，我单位用GPS-10型钻孔灌注桩钻机施工比较顺利；但9—12号楼由于要穿过砂砾层，设计要求桩端进入中风化基石1d为施工控制标准。

我单位首先选择GPS-18型及GPS-20型，施工时困难重重，后来用冲击钻机施工也遇到了各种各样的情况，以下就是我单位在施工中遇到的困难及解决方法作一个总结，以供大家参考。

四、GPS-18及20型钻机施工遇到的问题

该类机械首先在12号楼施工，由于该楼岩溶发育很少，施工时除了在砾石层施工比较困难外，施工进度较慢，施工还算正常，但当一台机械移至9号楼施工时，产生钻机旋转非常困难，阻力大的使钻机无法旋转，后来经我们分析可能遇到了溶槽，如果溶槽比孔径小，而钻头却是带牙状的锥型体，而产生的阻力非常大，迫使这类钻机退场，更换成冲击冲孔桩机施工。

五、冲击桩机遇到的问题及制定总施工方案

（一）、产生桩孔报费：9号楼91#桩，是4桩承台的第一根桩，施工至中风化经监理单位验收，下钢筋笼，下导管一切顺利，但在灌注混凝土时出现了问题，桩孔中的泥浆快速流失，产生了上部的坍塌，至使该桩报废。

处理措施：在孔坍塌的情况下，我们分析是下部溶洞而造成，当时还能灌注混凝土，我们采用低标号的混凝土继续灌注，至不能灌注为止，然后请设计单位变更设计对该承台的4根桩旋转90度处理，由于下部的溶洞已由混凝土堵塞，后施工时一切顺利。

经过该桩的事故，进行了补勘，对9～12号楼的溶洞发育情况进行了详细的勘察，对已完成的桩边全部进行勘察，察出有溶洞的桩设计单位均进行了补桩处理，对没打过的桩进行了一桩一勘。察明每根桩的具体情况，确定对其施工的针对措施，制定了总的施工措施：1、先外后里，就是先施工的桩，后施工里面的桩；2、先易后难，就是先施工溶洞发育少的（与周围溶洞连通差，层厚小的），后施工大溶洞及溶洞连通性好的桩。3、做好施工前的准备工作，准备好施工各种溶洞所需的材、物预先准备至施工现场。

（二）、对各种溶洞处理方案和应急措施

1、各种地层施工的钻进方法：

（1）、溶洞顶部冲击桩的施工：要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，钻头提升高度一般不超过40cm。所有卡扣及钢丝绳必须经检查，预防掉锤。

（2）、根据岩层的软、硬及岩溶的发育程度，采取相应的冲钻方法。

①对于上部的粘土和软硬相间的地层，为防止成孔过快，采用低冲程(h=0.5～1m)，轻锤(3 t左右)慢击（3～5次／m1n）的冲击钻进方法；

②对于完整而坚硬的岩石，为达到有效破碎岩石，加快成孔速度，主要采用高冲程(h=1.5～2.0m)，重锤(4～5t)稍快（6～7次／m1n）的冲击钻进方法；

③对于溶洞区域，为有效破碎岩石，又要防止成孔过快和斜孔，并且要防止塌孔、卡钻等事故发生，故采用中低冲程(h=l～1.5m)，重锤(3～5 t)，慢击(3～4次／m1n)的冲击钻进方法。

2、防止漏浆、塌孔、卡钻、斜钻等技术措施

（1）、对于地层的交界面倾斜比较大或由于岩溶造成同一层面地层软硬不一，为防止桩孔倾斜（施工时因经常检查吊锤的钢丝绳在不在桩中心），采取每钻进0.3～0.5m后，抛投片石的方法，填平孔底，再用小冲程重锤慢击的进行纠斜后，然后再正常钻进。

（2）、对于接近岩溶顶板和穿过轻度漏浆裂隙、溶洞层，采取按4：1的比例投入块石和硬粘土，再用小冲程重锤慢击的钻进方法，且每钻进1m左右，检查孔位有没有倾斜，要边施工边补浆，9号楼68#桩就是用这样的方法施工完成的；对于中度漏浆的溶洞，桩边上要堆积大量的含粘土量为20%的宕渣，其块石的粒径相应要大些，在施工至溶洞快穿时就提钻，投入大量的宕渣，再来穿越溶洞，如果还有漏浆现象，要及时从废浆池中补充泥浆，并再用挖机投入宕渣，边施工边堵漏，10号楼27#就是这样完成的。

（3）、对于孔位有高于3m 或有多层溶洞的区域，在钻进过程中漏浆严重，不能成孔的，采用边钻进边用振锤振入护筒的办法。直至护筒穿过易坍地层，再重新用慢速钻进成孔。10号楼凝30#桩，在施工时产生严重漏浆，致使桩孔坍塌，后来整个桩机周围地面均下沉，当时漏浆时我们也采取了补浆，但补浆来不及，最后是在粉土部位坍孔，而且由于地下水的原因，孔内的泥浆并不是全部流失，至13米左右达到了平衡。针对这一情况，这类桩的施工采取方法是：先采用比孔径大20cm的钻头进行开孔，施工至15米，下钢护筒，再用正常的钻头进行施工并不时的进行补浆，10号楼32#桩这样施工顺利完成。如果溶洞连通性很好且层厚比较高，假如附近桩数较少，为了不使混凝土浪费，可采用在溶洞位置的钢筋笼上焊接护筒，然后随钢筋笼一起放入，再浇筑水下混土。

六、多个溶洞地层工地施工经验的总结

经过这个工地的施工及其它一些工地的施工经验，溶洞地层施工的主要技术处理措施包括：

(一)、对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等，冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土，甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用，保证泥浆不流失，使钻孔顺利通过岩溶区。

(二)、溶洞范围小，溶洞层厚小，漏浆不是很严重的没有充填物或洞内注满水的，可采用抛填宕渣进行处理（宕渣含硬粘土20%左右），使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。

(三)、对于范围中等，溶洞层厚在1米以下，漏浆不是很严重的，可加大抛填宕渣的粒径，使其泥浆不再流失或可补给的情况，不使桩孔坍塌，使溶洞区域内可正常施工。

(四)、溶洞高在2～5m的多层溶洞，各层的层厚不是很大，而多层溶洞间的间距较小的，可采用下钢护筒穿越处理。先用冲击锤进行冲孔、扩孔，然后采用振锤把钢护筒振沉至溶洞底部，如溶洞区域不坍孔，下钢护筒可穿过坍孔地层1至2米即可。

(五)、静压化学灌浆法施工方法。溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度（20MPa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行。

1、在众多的灌浆法中，因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是静压化学灌浆法。同时也可兼用喷射灌浆法，促进填充物强度的加强。

2、静压化学灌浆的加固特点是浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。

对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作填满溶洞的。

3、主要施工机械设备：BW250泥浆泵，BW150泥浆泵，1 0 0型钻机，泥浆搅拌机和贮浆槽，高压灌浆管及其配件。

(六)、套多内层护筒施工方法：

对于多层溶洞，层间距较大时，采用抛填宕渣无效，且施工难度很大时，可采用多层护筒的填塞溶洞的方法，当然是在上部地层不坍，只是处理溶洞部位时使用，如果上部坍孔，先要处理好上部再处理溶洞部位：

1、内护筒长度的确定：护筒长度L=h+3（h为勘察单位提供的准确溶洞高度）。

2、内护筒内径的确定：内护筒内径应大于桩径10crn，同时外径应小于上部孔口外护筒内径5cm左右，如果只下一次内护筒（一层溶洞），内护筒内径应大于桩径l0cm，壁厚为lcm，当遇到第二层溶洞时，第二层溶洞的内护筒（即第三次护筒）选用内径大于桩径l0cm。总之先确定几层溶洞，再选择每节护筒的大小。

3、溶洞顶部冲孔：当钻孔施工接近溶洞顶部时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。

4、内护筒的沉放方法：当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或冲机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后，内护筒会靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。此时，钻机重新就位。

5、内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理：

在内护筒底部及顶部l00cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。用高压喷射灌浆法对回填体进行灌浆处理。灌桨后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30MPa，其抗渗系数可达10～7m/S 。灌浆处理后，即可重新冲孔。

6、对于需要处理多层溶洞的桩基，一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是为了增加溶洞底部（同时有可能是下层溶洞的顶部）附近填充物的密度和强度，并且增加内、外护筒间的胶合力。

7、重新冲钻，直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时，即可终孔，此桩即成孔。

（七）、灌注低标号素混凝土及灌注纯水泥浆方法：

这两种方法经常在岩溶地区施工时被采用，主要是效果好，但成本相对高。灌注纯水泥浆：

对于一些溶槽、溶沟、小裂隙或溶洞内有充填物时，可以用小钻机先钻一小孔，一般灌注孔Φ90～Φ110mm即可，直接用高压泵注入纯水泥浆，等达到一定强度后，即可用冲击钻机正常施工，如果溶洞层厚较大且连通性好的溶洞， 应采用压注双液浆法，一般适用于6～10m无填充溶洞或半充填溶洞的处理。

1、目的：溶洞内注双液浆预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间，并达到一定的强度（20MPa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等施工工序的顺利完成。

2、加固原理：注双液浆加固的特点是注浆原理主要是通过灌砂填塞溶洞空间，采用压注水泥浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，防止在钻孔过程中出现漏浆、塌孔等现象。灌砂压浆孔和注纯水泥浆钻孔施工方法相同，但孔径需大些，施工时插入灌砂管，如直接灌注易堵塞。灌砂采用干燥、洁净的中粗砂，并进行清筛，防止杂物堵管。一个溶洞空间内往注浆管内灌砂、注浆轮流进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约4～5m，然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆，如溶洞空间大，可多施工几个双注钻孔。同时进行灌砂注浆。

灌注低标号混凝土方法：对于溶洞层厚较大且连通性好的溶洞，可采用灌注低标号的素混凝土或砂浆，一般适用于6～10m无填充溶洞或半充填溶洞的处理。可防止泥浆流失、流砂等情况的发生 ，以便于施工，先解条件是上部地层不会坍孔的情况下进行。

该方法是预行钻一个Φ400～Φ500的钻孔，直接下Φ219或Φ250的导管至溶洞部位，用灌注水下砼的方法直接灌注低标号的素混凝土或砂浆。灌注时导管要上下插动，使灌注物向各方向流动，灌注物的坍落度要大，易流动，如果溶洞空间大，可多钻几个灌浆孔，灌注至溶洞填满为至，达到一定强度即可正常施工。

结束语：

尽管地下情况千变万化，但只要我们认真分析，采取有效的对策、措施和严格的现场质量管理，使整个桩基在施工过程中减少了塌方的事故、节约了工程开支。同时，通过本工程的实践，我们认为：采取注浆加固是对付溶洞最有效的施工技术措施，但由于溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响，带走部分填充的混凝土，使溶洞内仍然存在空洞。因此在冲孔桩施工中因添加了钢护筒，使砂层的侧压力作用于钢护筒上，令塌方事故减少，保证了工程桩施工过程中人员、机械设备等安全。总之以上是我多年在施工中总结的经验，给大家作个施工参考。