樁基溶洞處理方案及施工措施分析

林錦加（福建省閩西交通工程有限公司，龍巖364000）

樁基溶洞處理方案及施工措施分析

林錦加
（福建省閩西交通工程有限公司，龍巖364000）

本文結(jié)合龍巖城區(qū)至高新園區(qū)城際快速通道A1合同段紅坊中橋的地質(zhì)資料與樁基溶洞處理的實(shí)際情況，采用回填片石（或粘土）和鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法，對溶洞處理方案進(jìn)行分析及驗(yàn)證，并詳細(xì)闡明了溶洞處理施工措施，為以后的施工取得一些經(jīng)驗(yàn)。

樁基溶洞處理回填片石粘土鋼護(hù)筒跟進(jìn)分析

1 工程概況

龍巖城區(qū)至高新園區(qū)城際快速通道A1合同段，紅坊中橋上部采用（4×20）m預(yù)應(yīng)力砼空心板梁，下部結(jié)構(gòu)采用雙圓墩柱接蓋梁，樁基礎(chǔ)，橋臺樁基12根，樁徑1.2m，橋墩樁基8根，樁徑1.5m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及野外鉆探結(jié)果，該路段分布有二疊系棲霞組石灰?guī)r及溶洞，溶洞大小不一，部分鉆孔中在灰?guī)r頂面以上見有高度1.7～23.3m的土洞，全充填或半充填流塑至軟塑狀粉質(zhì)粘土，部分鉆孔灰?guī)r中巖溶發(fā)育，揭露無充填空洞高度0.6～12m，也有部分鉆孔灰?guī)r中巖溶發(fā)育，揭露串珠狀溶洞，工程地質(zhì)復(fù)雜，對橋位穩(wěn)定性有較大影響。

本工程采用沖孔樁施工，施工過程中有18根樁基出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，其中有些在30秒內(nèi)孔內(nèi)泥漿全部流失，有些孔內(nèi)泥漿流失速度較緩慢。

2 溶洞處理方案

根據(jù)溶洞的高度，將溶洞分為小型、中型和大型溶洞。針對不同溶洞類型，有不同的處理方案。

2.1 小型溶洞（溶洞高度小于5m）的處治方案

對于高度小于5m的小型溶洞，采用回填片石法進(jìn)行處理，即按體積1∶1的比例回填粘土和片石（直徑10～20cm），泥漿相對密度應(yīng)不小于1.3。

首先需要根據(jù)孔內(nèi)泥漿的變化來判斷溶洞是否存在地下水流。地下水流的判別：如孔內(nèi)泥漿突然下沉，反復(fù)加漿能保持孔內(nèi)泥漿和水位穩(wěn)定，說明此處溶洞沒有地下水流。如孔內(nèi)泥漿無法灌滿，且泥漿稠度不斷變化，說明此處溶洞有地下水流。

對于無地下水流的小型溶洞，當(dāng)孔深接近溶洞頂部50cm時(shí)，應(yīng)該由大沖程轉(zhuǎn)向小沖程施工，逐漸將洞頂擊穿。一旦發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿流失，應(yīng)迅速提錘補(bǔ)漿，然后按體積1∶1的比例回填粘土和片石（直徑10～20cm），至泥漿面不再下降后，采用小沖程輕砸，讓粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)壁。這樣反復(fù)回填片石粘土沖擠，使片石往樁孔四周的溶洞區(qū)內(nèi)排擠，直至樁孔外溶洞區(qū)內(nèi)擠滿片石，形成護(hù)壁。

對于有地下水流的小型溶洞，如果地下水流較緩，孔內(nèi)水位較穩(wěn)定，則仍可采用回填片石進(jìn)行處理，但必要時(shí)可摻入適量的碎石和水泥，以增強(qiáng)溶洞區(qū)內(nèi)樁孔四周擠填片石的密實(shí)度和強(qiáng)度，減小地下水流速度或阻隔地下水流。如果反復(fù)漏漿，則可考慮參照下列中型溶洞處理方法處理。

2.2 中型溶洞（溶洞高度5～10m）的處治方案

對于高度在5～10m的中型溶洞，當(dāng)充填物為軟弱粘性土或淤泥時(shí)，采用回填片石粘土和鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法進(jìn)行處理，回填片石粘土處理方法參照小型溶洞（溶洞高度小于5m）的鉆孔處理。當(dāng)為砂層、卵石層時(shí)還應(yīng)提高泥漿的粘度和相對密度，泥漿相對密度應(yīng)不小于1.4。只有當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

鋼護(hù)筒長度的確定：L=H+2.5m（H為溶洞高度），采用8mm厚鋼板卷制而成，如果內(nèi)護(hù)筒太長可分節(jié)下沉，在孔口焊接連接。

在內(nèi)護(hù)筒底部1m范圍內(nèi)導(dǎo)管灌入小碎石C10素水泥混凝土，待固結(jié)后即可重新沖孔至終孔標(biāo)高。

2.3 大型溶洞（溶洞高度大于10m）的處治方案

對于高度在大于10m的大型溶洞，當(dāng)充填物為軟弱粘性土或淤泥時(shí)，采用回填片石和鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法進(jìn)行處理。必要時(shí)可摻入適量的碎石和水泥，以增強(qiáng)溶洞區(qū)內(nèi)樁孔四周擠填片石的密實(shí)度和強(qiáng)度。當(dāng)為砂層、卵石層時(shí)應(yīng)提高泥漿的粘度和相對密度，泥漿相對密度應(yīng)不小于1.6。

鋼護(hù)筒厚度確定：當(dāng)溶洞高度10～15m時(shí)，鋼護(hù)筒采用10mm厚鋼板卷制而成；當(dāng)溶洞高度15～20m時(shí)，鋼護(hù)筒采用12mm厚鋼板卷制而成；當(dāng)溶洞高度大于20m時(shí)，鋼護(hù)筒采用14mm厚鋼板卷制而成。如果內(nèi)護(hù)筒太長可分節(jié)下沉，在孔口焊接連接。

3 施工處理實(shí)例

3.1 小型溶洞處理實(shí)例

3.1.1 工程地質(zhì)概況

本工程4-2#樁基，樁徑1.2m，為端承樁，以中風(fēng)化灰?guī)r為樁端持力層。其地質(zhì)資料顯示：第1層為2.1m厚素填土層，紫紅色，松散，稍濕，主要由土狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖組成；第2層為4.9m厚的中風(fēng)化灰?guī)r，灰-深灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，裂隙間方解石充填，偶見溶蝕現(xiàn)象；第3層為9.5m厚卵石層，褐黃色，中密，飽和，卵石含量約占75%；第4層為5.6m厚中風(fēng)化灰?guī)r，灰-深灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，裂隙間方解石充填，偶見溶蝕現(xiàn)象；第5層為串珠狀溶洞，層厚9.7m，巖芯采取率低，灰?guī)r溶蝕呈碎塊狀，全充填；第6層為11.7m厚的中風(fēng)化灰?guī)r，深灰色、灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖芯呈柱狀，節(jié)長10～25cm，最長約40cm，局部夾碎塊狀。

3.1.2 施工過程控制

首先，根據(jù)地質(zhì)資料，該樁基溶洞處理采用小型溶洞處理方法。因?yàn)榭咨?～16.5m段為卵石層，在溶洞施工發(fā)生嚴(yán)重漏漿，護(hù)筒內(nèi)水頭高度保持不住，容易引起孔壁坍塌，為防止貫通溶洞時(shí)漏漿而造成卵石層（孔深7～16.5m段）的塌孔，采用下置內(nèi)護(hù)筒18.5m（至穿過卵石層以下2m）。選用1.5m的鉆錘（加大鉆頭直徑，使成孔直徑不小于1.5m，為下放鋼護(hù)筒做準(zhǔn)備），沖孔至穿過卵石層2m后，采用25t汽車吊輔助20t振動(dòng)錘，下放內(nèi)護(hù)筒（鋼護(hù)筒直徑1.48m），每下一節(jié)接高一節(jié)，下放內(nèi)護(hù)筒的過程中，要保證振動(dòng)錘與護(hù)筒頂面焊接牢固，無松動(dòng)，并且要求振動(dòng)錘的位置居護(hù)筒頂面中，使下沉的整個(gè)鋼護(hù)筒的垂直度符合要求。

然后，選用1.2m的鉆錘繼續(xù)沖孔施工，接近溶洞頂部0.6m（孔深29.5m）時(shí)，改用輕錘慢打，使孔壁圓滑堅(jiān)固，沖程一般不超過50cm，并先檢查所有卡扣及鋼絲繩是否有損壞，并及時(shí)更換。再按體積1∶1的比例回填粘土和片石（直徑10～20cm），采用小沖程輕砸，以平衡鉆頭，防止穿破溶洞時(shí)出現(xiàn)孔斜，保持孔內(nèi)泥漿相對密度不小于1.4。

當(dāng)孔深達(dá)到30.6m時(shí)，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿開始迅速流失，孔壁未坍塌。第一時(shí)間提起鉆錘，從備用泥漿池往孔內(nèi)泵送泥漿，同時(shí)用鉤機(jī)配合鏟車按體積1∶1的比例回填片石粘土，直至孔內(nèi)泥漿不再下沉。然后采用0.5m小沖程輕錘慢打，讓粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)壁。當(dāng)進(jìn)尺再次到達(dá)30.6m時(shí)，為保證孔壁穩(wěn)固，向孔內(nèi)投放片石1m，以0.5m的小沖程鉆進(jìn)，鉆進(jìn)1.5m后，再次投放片石1m，其中夾雜投入粘土，保持孔內(nèi)泥漿相對密度不小于1.4。同時(shí)能夠判斷出該處無地下水流，若鉆進(jìn)過程中再次出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，只需采用回填片石粘土方法處理即可。

最后，該樁基溶洞處理共耗時(shí)12天，溶洞處理回填片石51m3，粘土63m3，鋼護(hù)筒18.5m。我部采用回填片石及粘土的方法，成孔質(zhì)量良好。鉆進(jìn)過程中無塌孔、吸鉆、埋鉆及卡鉆現(xiàn)象，鉆頭上下自如，無孔斜、縮孔現(xiàn)象。

3.2 大型溶洞處理實(shí)例

3.2.1 工程地質(zhì)概況

本工程2-1#樁基，樁徑1.5m，為端承樁，以中風(fēng)化灰?guī)r為樁端持力層。其地質(zhì)資料顯示：第1層為2.4m厚素填土，褐黃色，松散，稍濕；第2層為12.6m厚卵石層，褐黃色，中密，飽和，卵石含量約占60%；第3層為5m厚粉質(zhì)粘土層，褐黃色，可塑，成分以粉粘粒為主，含少量砂粒及15%角礫；第4層為35.75m厚含礫粉質(zhì)粘土，棕黃色、褐黃色，可塑-硬塑，成份以粉粘粒為主，含約30%角礫，成份為強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、硅質(zhì)；第5層為11.97m的空洞，無充填；第6層為層厚3.2m的中風(fēng)化灰?guī)r，灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，溶蝕嚴(yán)重；第7層為層厚7.94m的中風(fēng)化灰?guī)r，灰-灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，偶見溶蝕現(xiàn)象。

3.2.2 施工過程控制

根據(jù)地質(zhì)資料，該樁基溶洞處理采用大型溶洞處理方法。選用2m直徑的鉆錘，鉆孔至卵石層以下3m，采用靜壓和振動(dòng)錘法，分節(jié)下放內(nèi)徑為1.9m，厚度為14mm，長度為18m的內(nèi)鋼護(hù)筒1，再改用直徑1.8m的鉆錘沖孔。在第3、4層粘土層沖孔時(shí)，鉆孔進(jìn)度比較快，要及時(shí)用探孔器驗(yàn)孔，防止出現(xiàn)梅花孔、縮孔現(xiàn)象，必要時(shí)回填片石粘土處理。距離空洞頂1.5m（孔深54.2m）時(shí)，按體積1∶1比例回填片石粘土1.5m，以0.5m的小沖程鉆進(jìn)，鉆進(jìn)1m后，再次投放片石粘土1.5m，如此重復(fù)幾次，以保證孔壁穩(wěn)固。在穿過溶洞頂部（孔深55.7m）時(shí)，反復(fù)提升沖錘，確定鋼絲繩沒有明顯左右擺動(dòng)，沖錘提升與下放過程不明顯受阻礙，說明頂部已成孔并且沒有發(fā)生縮孔、傾斜孔、梅花孔等現(xiàn)象。此時(shí)用吊車分節(jié)下放內(nèi)鋼護(hù)筒2（內(nèi)徑1.7m，厚度14mm）至孔底，然后水下灌注C10砼封底。待砼強(qiáng)度達(dá)到后再采用直徑為1.5m的鉆錘繼續(xù)施工，當(dāng)孔深達(dá)到58m時(shí)，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿在半分鐘內(nèi)流失完，孔壁未坍塌，迅速提起鉆錘后，往孔內(nèi)泵送備用泥漿，同時(shí)按體積1∶1的比例往孔內(nèi)回填片石粘土，直至泥漿停止流失?？咨钤俅蔚竭_(dá)漏漿位置時(shí)，重復(fù)幾次回填片石粘土方法，以保證孔壁穩(wěn)固，同時(shí)保證鉆進(jìn)過程中，孔內(nèi)泥漿相對密度不小于1.6。

最后，該樁溶洞處理共耗時(shí)20天，溶洞處理回填片石共計(jì)102m3，粘土共計(jì)120m3，鋼護(hù)筒共計(jì)73m。采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)和回填片石粘土的方法，成孔質(zhì)量良好。無塌孔、吸鉆、埋鉆及卡鉆現(xiàn)象、無孔斜、縮孔現(xiàn)象。

4 施工要點(diǎn)

在施工過程中要注意以下幾點(diǎn)：

（1）對于處于溶洞發(fā)育的地區(qū)的橋梁樁基施工，地質(zhì)勘察應(yīng)該逐孔勘察，施工單位應(yīng)聘請有經(jīng)驗(yàn)的巖土工程師進(jìn)行地質(zhì)和持力層鑒定，并根據(jù)地質(zhì)勘察資料，在施工過程中密切注意鉆進(jìn)過程，認(rèn)真做好記錄，發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)根據(jù)不同的情況分清原因，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，以保證鉆孔質(zhì)量。

（2）根據(jù)地質(zhì)勘探資料，在鉆孔孔深接近溶洞頂0.5m時(shí)，為防止由于溶洞頂板巖層厚度、硬度不均而出現(xiàn)斜孔、縮孔、梅花孔等現(xiàn)象，可采用提前回填片石粘土，輕錘慢打，重復(fù)幾次。

（3）本工程樁基在入巖時(shí)，都會有不同程度的漏漿現(xiàn)象，因此根據(jù)地質(zhì)資料，在快要入巖時(shí)，要回填少量片石粘土，可以重復(fù)幾次，穩(wěn)固孔壁，同時(shí)保證孔內(nèi)泥漿相對密度不小于1.4～1.6。

（4）當(dāng)達(dá)到溶洞位置時(shí)，不管是否漏漿，也應(yīng)向孔內(nèi)回填片石及粘土，采用小沖程輕錘慢打，可使孔壁穩(wěn)固的同時(shí)也可避免混凝土超灌量過大，保證成樁質(zhì)量。

（5）溶洞回填片石粘土的方法處理是可行的，但為了避免發(fā)生卡鉆，一定要嚴(yán)格控制片石的直接為10～20cm。

（6）如孔內(nèi)泥漿不是大量流失，可在回填片石粘土前先回填一些袋裝的水泥，然后停滯一段時(shí)間，能夠更好的堵塞溶洞裂隙。

5 結(jié)語

針對本工程地質(zhì)資料揭示的不同地質(zhì)情況，采取不同的處理方案，片石粘土筑壁法、鋼護(hù)筒法及與其他相結(jié)合均取得了良好效果。所成孔樁灌注后技術(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求，本工程全部樁基質(zhì)量符合技術(shù)及規(guī)范要求。只要對施工過程中嚴(yán)格把關(guān)，提前做好準(zhǔn)備，就可以有效縮短工期，保證巖溶地段施工鉆孔灌注樁的工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

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[3]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.JTG/T.F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京∶人民交通出版社，2011.