溶洞区桩基施工方法

摘要：在桥梁桩基础施工中，我们经常会遇到桩孔出现溶洞的情况，作为地下隐蔽工程，给施工带来很大困难，如处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生，导致桥梁工期的拖后，影响工程进度，如桩基处理不好甚至影响桥梁使用寿命及安全。因此我们在施工中必须充分了解桥梁区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等，采取稳妥的措施，保证施工的顺利进行。

关键词：公路桥梁；溶洞处理；桩基施工；

0、工程概况

在我们项目部施工的湖南株洲互通式立交桥工程中就出现了各种各样形式的溶洞，根据设计院首批提供地质资料进行钻孔，在施工过程中经常发生坍孔、卡钻、斜孔、埋钻等情况，经各方多次研究讨论发现地质资料不准确。经业主、设计院、监理及施工单位等研究决定对桩位地质进行补充勘察，由设计院向勘察院发出工程地质施工补充勘察要求，通过地质补钻

发现岩溶强烈发育区分布在K线主线桥K42+097.3~K42+865、L主线桥L0+700~L0+900、F匝道桥F0+300~ F0+800、G0+080~ F0+280桩号范围，该范围勘探钻孔均发现有溶洞，且溶洞发育强烈，溶洞在纵深方向一般呈串珠状分布，分布密度较大，岩体连续性差，洞径规模大小不一 ，洞内连通地下阴河，充填物强度低、洞穴顶板岩体厚度较薄，在附加荷载或振动荷载 作用下洞顶板易产生坍塌、造成漏水等情况。

根据溶洞补充钻探资料，针对本工程溶洞分布的具体情况，我们拟采用以下施工方案进行施工，具体方法如下：首先①采用冲击钻成孔，其次②根据具体情况采用投放抛填物的方法处理溶洞，然后③考虑采用下钢护筒的方案，如果其他方法还有困难，最后④采用挑桩方法。

我们确定施工方法前，应根据溶洞补充钻探资料对溶洞进行分类。

1、溶洞的分类

a、按溶洞大小分为：①大溶洞，洞高大于3m；②小溶洞，洞高小于3m。

b、按洞内有无充填物分为：①有充填、包括亚砂土充填和亚粘土充填，有可塑、软塑和流塑之分；②半充填、有一半左右充填；③无充填物为空洞。

c、按是否漏水分为：①全漏水，严重漏水（与其他溶洞或地下地下暗河连通）；②半漏水；③不漏水。

d、按溶洞垂向数量分为：①单个溶洞，②多个溶洞。

2、溶洞地质条件桩基的施工方法

在溶洞地区进行桥梁桩基施工非常困难，事故多、进度慢、成本高，因此，施工前应熟悉地质报告、弄清溶洞所在位置、溶洞大小、有无充填物、是否漏水等情况，据此确定每根桩的施工方案。在施工中还要注意观察装的地质变化，以便采取相应的技术措施。

2.1 常规成孔法（按无溶洞地质考虑）

当溶洞内有可塑或软塑的亚粘土填充物且溶洞不漏水时，不管溶洞垂向数量多少，都可以不考虑溶洞的存在，按照正常的地质情况施工采用人工挖空或冲击钻孔。

2.2 片石粘土筑壁法

在溶洞内无充填或半充填、溶洞不太大（一般在3m以内）。在存在半漏水、严重漏水溶洞，护筒内水头高度不能保持时，可采用片石加粘土（按1 m3：1~3 m3体积比）回填冲击使其形成泥石护壁，严重漏水溶洞还可采用片石、粘土和整包水泥（1 m3：1~3m3：0.5~1t比例，顺序为袋装水泥、袋装粘土、片石）回填冲击，用0.5~0.8m小冲程，1次不行回填冲击2次，2次不行回填冲击3次，反复回填片石粘土，反复冲击，直到形成泥石护壁，不再漏浆为止，这是一种比较成熟的施工方法（有溶洞大多采用此种方法）。

2.3钢护筒跟进法（见图1）

图1

在溶洞极大（大于3m），洞内无充填物或有流塑充填物，漏水很严重，采取片石加粘土反复打密仍无法形成泥石护壁时，可采取钢护筒跟进法施工，这种方法是一面冲孔一面接高护筒并将其振动下沉至已钻的孔内，用以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。

钢护筒跟进有两种方法：一是冲击钻成孔钢护筒跟进法，二是人工挖孔结合冲击钻成孔钢护筒跟进法。

a、钻前准备工作

①详细掌握地质勘探资料中溶洞出现的位置，并推断其范围大小。

②每个孔位的地质柱状图和施工方案都单独列出，发给有关人员，让具体操作者、技术人员、作业队长都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方案。

③备足成孔用水、粘土、片石、等必备材料，确保溶洞钻穿时迅速补水、补浆，防止坍孔，并及时抛填粘土、片石，以恢复正常钻孔作业。

④要有处理施工故障的备用机具设备及75KW振动锤振动和相应的钢护筒、相应的钻头。

b、钢护筒的选择及制作

内护筒长度和内径的确定。护筒长度L=（H+h）m（h为地质超前钻确定的溶洞高度，H为溶洞定到地面加30cm的高度）。单层护筒内径大于桩直径10cm，多层护筒最内层护筒内径大于直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，并以此类推。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢要有一定的刚度，钢板厚为10mm为宜，单个溶洞用单层护筒，两个溶洞用双层护筒，并以此类推。总之，有几个溶洞用几层护筒。

c、施工方法的选用

①、当地下水很小且容易控制时，应优先采用人工挖空，砼护壁方法施工。这种方法的优点是速度快、质量好、成本低，人工挖孔桩所有桩孔可以同时开工、进展快，砼护壁的中心、垂直度及孔径大小易于控制，使钢护筒和护壁有较小的间隙，利用钢护筒下沉，为一层护筒到底创造条件。

②、在地下水丰富、桩孔内水不易抽干，人工无法挖孔作业时，可采用冲击钻成孔，钢护筒跟进法施工。施工中应充分利用冲击钻的打孔性能使钢护筒顺利下沉，一般钻头外径和钢护筒内径空隙控制在3~5cm，保证冲击钻在护筒内顺利提升或下沉。

③、为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔垂直，无歪斜无缩径，钢护筒跟进要准确、连接要顺直，要用卷板机成型，钢护筒要有一定的刚度，钢板厚以8~10cm为宜。由于钢护筒外缘与人工挖孔桩护壁或冲击钻孔护壁有一定的空隙，桩径在水平力作用下可能产生一定水平位移，在施工中应予以解决。

1）可将钢护筒的上端4~5m割掉（人工挖孔桩），浇筑桩身砼并与护壁浇筑在一起，5m以下部分可掺入一些砂浆，使钢护筒周围与孔壁连在一起，这样既可保证桩的质量，还可以节约一部分钢板。

2）在孔口浇筑厚30cm砼封盖，在封盖上钢护筒和井壁间预留2个孔，一个用作注浆，另一个用作排气，用灰浆泵（5~6kg压力）将水泥浆压入护筒与护壁间的孔隙中，将灌注桩与井壁连在一起。

2.4挑桩施工法

如果使用前面各种施工方法还不能成孔时，这就需要各方协商，是否更改设计方案，在我们项目里通过业主、设计、监理及施工各方协商决定，采用挑桩方案，也就是在废掉原桩，并在前后方向一定距离另设两根桩，跳过原桩孔，在两根桩上增设承台，再在承台上设墩桩（图附后）。

3、施工中出现的问题及处理

3.1坍孔

钢护筒短的只有1~2m，坐落在砂砾和卵石层上，当冲击到溶洞后，突然漏浆造成水头高度急剧下降，砂砾和卵石层失稳，形成漏斗状坍孔。

1）预防坍孔的方法：

①在地下水可以控制的情况下，可优先考虑人工挖孔桩砼护壁，穿过透水层坐落在不透水的土层上。

②采用冲击钻孔时，可将钢护筒坐落在亚粘土层上，再继续冲击成孔。

③发现漏浆及时补水。

2）坍孔的处理方法：

①当成孔深度不大时，可全孔回填粘土，暂停一段时间后再深埋钢护筒不透水层，凡客重新钻孔。

②当成孔深度较大时，可将钢护筒坐落在坍孔的喇叭口下缘的亚粘土层上，护筒周围回填粘土，挤实，再重新钻孔。

③注浆法：溶洞层数较多，为串珠状，溶洞位置勘察准确，洞高大于0.5m小于3m，土层中有极厚的砂层，溶洞漏浆会引起坍方的情况，采用预先压注水泥浆，待水泥浆压注工作完成24小时后开始钻进，压注时压力控制不大于0.4mpa，并直到稳定2秒后再进行下一个孔的注浆或相邻孔冒浆为止，待达到一定强度后，再重新钻孔。

3.2卡钻

卡钻的原因和处理方法：

①冲击钻冲击过程中，容易发生磨损，使仁脚磨钝，孔径变小，造成卡钻，所以应经常对冲击钻进行补刃，保证一定的桩径。

②孔不圆，形成梅花桩，最好用六刃和四刃钻头打圆孔，不用一字钻头。

③钻头在冲击填充的片石时，拼起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住，钻头不能上下，可放小炮震活钻头，也可用小冲击钻冲动或用冲吸的方法将卡在钻头上的石渣松动后再提出。

④钻头冲破溶洞顶板掉入溶洞钻头倾斜，提不出来，应放小炮炸掉顶板岩，一般用药量为300~500g，一次不行可反复几次，在冲击到岩洞顶板时因采用小冲程打紧绳打圆孔。

⑤卡钻时不宜强提，免得拉坏机械，拉断钢丝绳，掉钻头。

3.3斜孔

由于岩石表面倾斜或出现探头石，致使钻头沿软的低的部位下滑造成斜孔，解决办法是回填片石，也可灌注水下砼，待强度形成后用水冲程打紧绳反复冲击，直至调整过来为止，但过大的冲程会导致成孔不圆，造成斜孔，一般以2~4m为宜。

3.4漏浆

在冲击成孔中，由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通，泥浆迅速流失，水头高度急剧下降，造成漏浆。施工时要在孔边备足一定数量的片石和粘土，一旦出现漏浆要及时回填片石、粘土冲击造壁，并马上补水，防止水头高度继续下降。

3.5埋钻

埋钻是由坍孔造成的，施工中发生漏浆应立即将钻头提到孔外，如果未及时提钻，漏浆后坍孔，钻头便被埋在孔中。

处理方法：

①人工挖孔钢护筒跟进法，桩孔进尺10m以内，地下水易于控制，没有大的承压力，人可以下到桩孔中去边挖坍落的泥石边护筒跟进，一直挖到钻头的位置，护筒也跟进到钻头的位置。

②真空吸渣法，将导管置于坍孔的底部，用9m3的空压机通过50~66mm钢管压入空气吸出沉渣，这种方法用于坍孔石头的粒径不大于25mm的情况。

3.6掉锤

遇到较大的土洞、空洞时，或连体落成，深洞迅速垮塌，出现掉锤现象，

处理方法：

在快到溶洞顶板2m距离位置时，应低锤轻冲击，慢冲击，减少溶洞大面积垮塌掉锤现象。

4、其他注意事项

钻机正常钻进时，应注意以下事项：

①泥浆的调制和使用

实践证明泥浆是钻孔灌注桩施工质量好坏的重要环节，必须从严控制。泥浆一般采用水、粘土（或膨润土）和添加剂按适当比例配置而成。在施工中应注意检测泥浆的各项指标，不合要求时，应随时改正，尤其是比重和粘度这两项最直观、最重要的指标。泥浆的比重过大既影响钻进速度，也使孔壁泥皮增厚；泥浆的比重过小则护壁性能差，容易坍孔。

开孔及整个钻进过程中，应始终保持泥浆的正常循环，可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸，使孔壁坚实不坍不漏，掏渣后根据泥浆浓度及时补水。

②冲程确定

应根据土层情况分别确定：一般在坚硬密实碎石层时采用高冲程（100~120），在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层高液限过粘土、含砂低液限粘土时宜采用中冲程（50~80）。冲程过高，对孔底振动大，宜引起坍孔。在易坍塌或流沙地段宜用小冲程（小于50），并应提高泥浆的粘度和相对密度；因故停钻或处理事故必须将钻头提出孔外。

③钢丝绳的松放长度

一般在通过松软土层每次可松绳2m～3m，在密实坚硬土层可松绳3m～5m。应注意防止松绳过少，形成“打空锤”，使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载，遭受损坏。松绳过多，则会减少冲程，降低钻进速度，严重时使钢丝绳纠缠发生事故。

④掏渣

在钻孔过程中，应根据钻进速度及时捞取渣样。一般在密实坚硬土层钻进小于20～50、松软地层每小时纯钻进小于50～100时，应进行循环泥浆捞渣。捞至泥浆内含渣显著减少、无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。当钻渣太厚时，泥浆不能将钻渣全部悬浮上来，钻锤冲击不到新土（岩）层上，还会使泥浆逐渐变稠，吸收大量冲击能，并妨碍钻锤转动，使冲击进尺显著下降，或冲击成梅花孔、扁孔的危险，故必须及时掏渣。

在开孔阶段，为使钻渣挤入孔壁，可待钻进4m～5m后再掏渣。正常钻进每班至少应掏渣一次。捞渣后应及时向孔内添加泥浆或清水维护水头高度。投放粘土自行造浆的，一次不可投入过多，以免粘锤、卡锤。

⑤验孔

为准确提升钻锤的冲程，宜在钢丝绳上做上标志。每钻进4～5m深度验孔并取样一次，在更换钻头前或容易缩孔处，均应验孔；

要经常测定钻孔的垂直度，并做好记录，且以免偏孔。

⑥钻孔的安全要求

冲击锤起吊应平稳，防止冲撞护筒和孔壁；进出孔口时，严禁孔口附近站人，防止发生钻锤撞击人身事故；因故停钻时，孔口应加盖保护，严禁钻锤留在孔内，以防埋钻，应经常注意地层变化，做好记录。