橋梁施工中喀斯特溶洞的處理技術(shù)探討

文/王長偉、劉銘磐 山東省路橋集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250021

1、喀斯特溶洞處理原則

于喀斯特地貌區(qū)域進(jìn)行作業(yè)時，為有效降低溶洞對橋梁樁基質(zhì)量造成的不良影響，應(yīng)首先在施工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行細(xì)致的地質(zhì)勘探作業(yè)，通過前期的地質(zhì)勘測加強(qiáng)對溶洞地區(qū)地質(zhì)及溶洞情況的掌握，從而有效判斷溶洞的類型及范圍，并對溶洞的具體情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便為后期進(jìn)行施工方案的制訂提供依據(jù)，并為溶洞處理時的注漿作業(yè)提供參考。此外，在完成溶洞處理后，還應(yīng)及時對處理結(jié)果進(jìn)行檢測及驗收，確保處理后的溶洞能夠滿足橋梁樁基的施工需求。

2、喀斯特溶洞處理技術(shù)

在進(jìn)行喀斯特溶洞處理時，較為常見的方法有拋填片石、注漿固結(jié)及護(hù)筒跟進(jìn)等，而在實際處理時，通常依據(jù)溶洞的實際高度及填充物的具體狀況等進(jìn)行處理方法的選擇。

2.1 拋填片石與黏土法

對于洞高＜3m 的單層溶洞，宜選擇拋填片石和黏土法。應(yīng)用此種方法施工時，為避免護(hù)筒發(fā)生下沉，鋼護(hù)筒長度應(yīng)略大于普通地區(qū)，且必須≥3m，并且還應(yīng)視樁基的復(fù)雜情況確定是否需要加長穿過易塌土層。

施工前，應(yīng)將回填用材料準(zhǔn)備妥當(dāng)。其中，石料通常為20 ～40MPa 的硬質(zhì)巖石，節(jié)理裂隙不發(fā)育，尺寸小于40cm 的自然級配。黏土含砂率不超過5%，塑性指數(shù)為17%～25%的優(yōu)質(zhì)黏土，并用編織袋裝好備用。

施工時，按照普通鉆孔樁方法進(jìn)行作業(yè)，在鉆頭穿過護(hù)筒前，將小碎石填入護(hù)筒內(nèi)口，然后在鉆頭的沖擊作用下將小石子擠壓至護(hù)筒底口進(jìn)行加固。鉆進(jìn)時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料中喀斯特溶洞的實際位置，在鉆頭鉆進(jìn)至接近溶洞頂板高程時，應(yīng)及時調(diào)整減小沖程，避免出現(xiàn)沖程過大導(dǎo)致頂板破裂而出現(xiàn)卡鉆、塌孔等事故。當(dāng)擊穿頂板出現(xiàn)漏漿或孔內(nèi)水位下降時，應(yīng)及時組織相關(guān)人員進(jìn)行回填，將體積比為0.5 ∶1 ～1 ∶1 的土石材料填入孔內(nèi)，回填至頂板以上1 ～2m；與此同時，為確?？變?nèi)水位高，應(yīng)及時向孔內(nèi)補(bǔ)水，并用小沖程鉆進(jìn)擠壓片石及黏土至溶洞內(nèi)，鉆頭每鉆進(jìn)0.5m 就要進(jìn)行一次回填，直至孔內(nèi)水位不再下降。如若發(fā)生漏漿時伴隨著塌孔，則應(yīng)立即拋填片石和黏土，下部位置主要拋填片石，上部位置則應(yīng)拋填一定比例的片石和黏土，直至回填至塌方位置以上1.0 ～1.5m。然后重復(fù)上述步驟直至成孔。

2.2 注漿固結(jié)法

對于多層溶洞及串珠型溶洞，常采用注漿固結(jié)的方法進(jìn)行施工，注漿材料主要以純水泥漿為主。注漿前，應(yīng)對地質(zhì)柱狀圖進(jìn)行細(xì)致研讀，熟悉每層溶洞所在的高程、溶洞間巖層高度以及填充物等，然后判斷注漿鉆孔的具體深度，實際鉆孔深度應(yīng)穿過最深層溶洞底板，并鉆進(jìn)至底板下0.5m。

根據(jù)測量所放出的注漿樁位進(jìn)行鉆孔作業(yè)，完成鉆孔后將壓漿所用的PVC 管插入孔內(nèi)，PVC 管為φ50 的多孔花管，從而使由上至下每個高程的溶洞均能完成注漿。在PVC 管與壓漿泵之間的輸送軟管上設(shè)置壓力表，精確控制注漿壓力，不得超過0.5MPa，以0.2 ～0.4MPa 為宜，終注壓力為0.5MPa。

在制備水泥漿時，應(yīng)先加入水然后啟動制漿機(jī)，最后加入水泥，制漿速度應(yīng)能夠滿足壓漿泵作業(yè)所需。完成水泥漿攪拌后，為避免發(fā)生堵管，應(yīng)在放入存漿池前對水泥進(jìn)行過篩處理。注漿時，應(yīng)制定完善的防堵管策略，定時進(jìn)行管道清理，防止發(fā)生堵管。同時，設(shè)置一定的時間間隔停止壓漿，為水泥漿凝固提供保障，或加入速凝劑以減少停頓時間。

對于大溶洞，可將一定量的粉煤灰或粉土加入水泥漿內(nèi)，但需要注意的是，摻入粉土量不能超過10%水泥重量，粉煤灰量約為20%～50%的水泥重量。在終注壓力下，持續(xù)進(jìn)行注漿10min 后，注入率＜5L/min 時即可停止注漿。完成注漿作業(yè)后，在水泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，即可按照正常樁基進(jìn)行沖孔作業(yè)，施工時可能會發(fā)生漏漿的情況，采取拋填片石和黏土法，然后鉆進(jìn)成孔即可。

2.3 護(hù)筒跟進(jìn)法

針對樁基鉆進(jìn)過程中多次出現(xiàn)漏漿，且拋填片石、回填黏土處理效果不明顯的情況，或是遭遇大型、超大型溶洞（單層溶洞洞深＞8m）的情況，可采取護(hù)筒跟進(jìn)法予以妥善處理，該方法又細(xì)分為單護(hù)筒與多護(hù)筒兩種。

在應(yīng)用單護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行作業(yè)前，需提前將所用鋼制護(hù)筒準(zhǔn)備妥當(dāng)，確保所用護(hù)筒數(shù)量、規(guī)格（板厚0.8 ～1.4cm，且直徑＞樁徑）滿足要求，采取振動下沉的方式及時進(jìn)行護(hù)筒的跟進(jìn)。在護(hù)筒下沉的全程須嚴(yán)格把控其傾斜度，確保垂直度達(dá)標(biāo)，且需避免護(hù)筒底部與巖石接觸處出現(xiàn)變形卷口，從而對孔徑等產(chǎn)生直接影響。待溶洞頂部被錘頭成功沖穿后，需換用略大直徑的錘頭進(jìn)行多次掃孔，然后將護(hù)筒緩緩沉至溶洞底，沖孔成樁。

多護(hù)筒跟進(jìn)法常應(yīng)用于串珠式或多層超大型溶洞的鉆孔作業(yè)，在進(jìn)行作業(yè)前需對地勘結(jié)果進(jìn)行細(xì)致分析，明確溶洞深度、疊加層數(shù)等參數(shù)，計算出所需的各規(guī)格護(hù)筒數(shù)量，將其準(zhǔn)備妥當(dāng)。首層護(hù)筒為防塌護(hù)筒，在首層溶洞的頂板被沖穿后起防止大規(guī)模塌孔用，需選用比樁徑大500mm 以上的護(hù)筒首先沉入至首層溶洞頂部巖面，在沉入過程中需嚴(yán)格把控其傾斜度，以確保后續(xù)沉入的護(hù)筒垂直度達(dá)標(biāo)。待首層護(hù)筒沉入完成后，利用直徑大過樁徑的錘頭將首層溶洞頂部錘穿，然后進(jìn)行第二層護(hù)筒的沉入。該層護(hù)筒的直徑尺寸應(yīng)較首層護(hù)筒小100 ～200mm，待沉至首層溶洞底后依據(jù)地勘結(jié)果，選擇進(jìn)行正常沖孔成樁或進(jìn)行第三層護(hù)筒的跟進(jìn)。

結(jié)語：

雖然喀斯特溶洞的處理工藝相較復(fù)雜、處理難度也相對較大，但在實際作業(yè)過程中，只要做好前期的地質(zhì)勘探，熟悉掌握施工區(qū)域內(nèi)溶洞的實際情況，依據(jù)相關(guān)條件參數(shù)等綜合制定出具有針對性、合理性的處理解決方案，并在具體作業(yè)過程中嚴(yán)格、謹(jǐn)慎的組織施工，便能夠?qū)⒖λ固厝芏刺幚硗桩?dāng)，為橋梁樁基的施工進(jìn)度與質(zhì)量提供切實保障。