溶巖地質(zhì)橋梁鉆孔樁溶洞處理施工技術(shù)

吳凱強(qiáng)

摘要：當(dāng)橋位處巖溶極區(qū)，且溶洞串珠狀發(fā)育，鉆孔樁施工難度大，鉆孔過(guò)程中溶洞的處理至關(guān)重要。根據(jù)施工位置的實(shí)際情況，選擇合理且經(jīng)濟(jì)的方法處理溶洞。目前對(duì)樁基溶洞的處理方法有：壓注雙液漿、填充粘土和片石、灌低標(biāo)號(hào)混凝土、鋼護(hù)筒跟進(jìn)。根據(jù)溶洞大小及填充情況等，選定經(jīng)濟(jì)可行的處理方案。

關(guān)鍵詞：樁基;溶洞;施工工法

1 工程簡(jiǎn)介

武漢市江夏區(qū)金龍大街2#橋（K7+889.0～K8+875.0）共計(jì)144根樁基，其中1.2m的樁（適用于0#、31#橋臺(tái)和25#、26#鋼箱梁主墩）共計(jì)32根，1.8m的樁基共計(jì)112根，1.2m樁基均適用于承臺(tái)樁基，1.8m樁基適用于柱式墩，一樁一柱。橋位處巖溶極其發(fā)育，大部分溶洞呈串珠狀發(fā)育。溶洞處理的成敗關(guān)系到樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量、工期和成本。

2 溶洞的分類(lèi)

根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和溶洞的情況及發(fā)育情況，溶洞可分為以下幾種類(lèi)型：

2.1 按溶洞的大小分

①大溶洞：溶洞高度>3m;②小溶洞：溶洞高度<3m.

2.2 按溶洞填充狀態(tài)分

①全填充溶洞：洞內(nèi)完全充填亞粘土、亞砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、軟塑、流塑狀;②半填充溶洞：洞內(nèi)約一半有填充物，頂部為空腔;③無(wú)填充溶洞：洞內(nèi)無(wú)填充物即空洞。

2.3 按是否漏水分

①全漏水溶洞：嚴(yán)重漏水并與其它溶洞或地下河連通;②半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有滲漏水現(xiàn)象;③不漏水溶洞：溶洞完整，無(wú)滲漏水現(xiàn)象。

2.4 按溶洞垂向個(gè)數(shù)分

①單個(gè)溶洞：樁基范圍內(nèi)僅有一層溶洞;②多層溶洞：樁基范圍內(nèi)有多層溶洞。

3 方案選定

根據(jù)溶洞大小及填充情況等，選定經(jīng)濟(jì)可行的處理方案

4 溶洞處理方法

4.1 壓注雙液漿法 注雙液漿一般適用于10m以下半填充或全填充溶洞的處理

（1）目的：溶洞內(nèi)注雙液漿預(yù)處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間，并達(dá)到一定的強(qiáng)度（20MPa以上），防止鉆孔樁施工時(shí)泥漿流失、流砂及坍孔等情況的發(fā)生，保障成孔及水下混凝土澆注等施工工序的順利完成。

（2）加固原理：注雙液漿加固的特點(diǎn)是注漿材料可在十幾秒或幾十秒內(nèi)瞬間凝固，可控制漿液灌注在一定范圍內(nèi)且不流失，材料的利用率高，比較經(jīng)濟(jì)。漿材的結(jié)石率為100%，即1m3體積的漿材可得1m3的結(jié)石體。對(duì)溶洞中的砂、礫等土體，漿液是通過(guò)滲透作用板結(jié)砂和礫的;對(duì)于溶洞中的稀泥等土體，漿液是通過(guò)劈裂、擠密作用加固土體的;對(duì)于無(wú)填充物和半填充的溶洞，漿液是通過(guò)充填填滿溶洞的。

（3）工藝 壓漿材料采用普硅32.5R水泥與化學(xué)劑（水玻璃）。a布孔 根據(jù)橋墩臺(tái)樁基布置和溶洞分布，每個(gè)墩臺(tái)布置6～8個(gè)壓漿孔。b鉆孔 用地質(zhì)鉆機(jī)鉆80mm～110mm的注漿孔，孔深達(dá)到最深溶洞的底部。注漿管插入溶洞下部。c壓漿 采用雙液壓漿系統(tǒng)進(jìn)行全孔壓漿，要少量多次、反復(fù)壓漿。雙液漿配制時(shí)，控制漿液比例，反復(fù)試驗(yàn)，掌握漿液的最佳凝固時(shí)間，凝固時(shí)間太快，不利于注漿施工，凝固時(shí)間太慢，漿液流動(dòng)性大，用量大，不經(jīng)濟(jì)。

4.2 填充粘土和片石法

粘土和片石填充適用于高度6m以下全填充、半填充和無(wú)填充的溶洞處理，其方便、快捷，節(jié)省費(fèi)用。

當(dāng)鉆孔至溶洞層時(shí)，一般護(hù)筒內(nèi)泥漿會(huì)全部或部分流失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成塌孔，這時(shí)可采用片石加粘土（按1：1體積比）回填，溶洞較大時(shí)可加入部分水泥，回填一層、采用鉆頭沖擊一遍，盡量使片石和粘土保持密實(shí)，直至回填至溶洞頂部1～2m.溶洞回填完成后，向鉆孔內(nèi)注入稠度較大的泥漿，使其自然浸入片石縫隙內(nèi)，然后采用鉆頭沖擊，使片石和粘土擠入溶洞內(nèi)，形成泥石護(hù)壁。若溶洞內(nèi)泥石護(hù)壁出現(xiàn)漏漿時(shí)，應(yīng)再次回填，反復(fù)回填、反復(fù)沖擊，直至不再漏漿為止。

采用回填片石、粘土處理溶洞時(shí)，鋼護(hù)筒須穿透砂礫等透水層、坐在不透水層上，尤其是多層溶洞，以防止出現(xiàn)溶洞后孔內(nèi)水頭急劇下降而造成坍孔。

4.3 灌低標(biāo)號(hào)混凝土法

對(duì)于較大的溶洞，尤其是半填充或無(wú)填充溶洞，有時(shí)采用填粘土和片石的方法難以成孔，或者成孔后灌注水下混凝土?xí)r孔壁被擠垮，這時(shí)用灌低標(biāo)號(hào)混凝土的方法處理。

施工準(zhǔn)備和開(kāi)孔方法同填粘土塊和片石方法，當(dāng)擊穿溶洞頂板時(shí)，為節(jié)約混凝土灌注量，可先填粘土塊和片石，反復(fù)沖擠，待溶洞填注基本飽滿時(shí)，再灌低標(biāo)號(hào)混凝土至溶洞頂1m 以上，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再繼續(xù)鉆孔。

4.4 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

在溶洞較大，洞內(nèi)無(wú)填充或有流塑充填物，漏水嚴(yán)重或與暗河連通時(shí)，采取上述方法無(wú)效時(shí)，可采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)法施工。就是一面沖孔、一面接高護(hù)筒，并將其振動(dòng)下沉至已鉆成的孔內(nèi)或溶洞內(nèi)，用以阻斷溶洞內(nèi)流塑充填物或水的流動(dòng)，便于鉆孔施工。①內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑的確定 現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)樁孔穿過(guò)大溶洞的數(shù)量，確定內(nèi)護(hù)筒級(jí)數(shù)，每增加一級(jí)，內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑增加0.2m，最小一級(jí)內(nèi)護(hù)筒直徑大于樁徑0.2m.為保證內(nèi)護(hù)筒的剛度，防止受壓變形，鋼護(hù)筒采用10mm 鋼板卷制。下沉內(nèi)護(hù)筒時(shí)，由大到小，分級(jí)逐次下沉進(jìn)行。先鉆大孔，下沉大護(hù)筒，再鉆小孔、下沉小護(hù)筒。如果穿過(guò)1層溶洞，就采用1級(jí)內(nèi)護(hù)筒，每增加1層溶洞，就增加1級(jí)內(nèi)護(hù)筒。護(hù)筒跟進(jìn)法施工順序見(jiàn)下圖1.②內(nèi)護(hù)筒長(zhǎng)度的確定內(nèi)護(hù)筒長(zhǎng)度的確定，護(hù)筒長(zhǎng)度L=h+3（m）（h為地質(zhì)超前鉆確定的溶洞高度），如果內(nèi)護(hù)筒太長(zhǎng)可分節(jié)下沉，在孔口焊接連接。

5 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法

5.1 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工工藝流程

由于鉆孔樁施工是個(gè)比較成熟的施工工藝，本文就不再敘述。

5.2 在巖溶地區(qū)鉆孔樁施工中特別應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）施工準(zhǔn)備，根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測(cè)施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，制定施工方案，并向鉆機(jī)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底。樁孔附近要備足回填材料和挖掘機(jī)、鏟車(chē)、水泵等機(jī)械。

（2）鉆孔 鉆機(jī)時(shí)泥漿要稍稠，現(xiàn)場(chǎng)泥漿池內(nèi)盡量多備些泥漿，在溶洞穿孔后及時(shí)補(bǔ)漿。施工中要加強(qiáng)鉆孔地質(zhì)檢查、復(fù)核，并密切注意觀察鉆機(jī)工作情況、周?chē)乇沓两岛妥o(hù)筒內(nèi)水位變化，防止不正常情況發(fā)生。根據(jù)地質(zhì)柱狀圖，在接近溶洞時(shí)勤觀察、勤檢查，鉆頭沖擊巖層的響聲、抽取的巖樣判斷是否接近巖溶地層。接近巖溶時(shí)主繩放長(zhǎng)量控制為1～2cm，防止擊穿溶洞頂板時(shí)造成掉鉆、卡鉆現(xiàn)象發(fā)生。鉆穿溶洞頂板時(shí)一旦漏漿，及時(shí)投放粘土塊、片石并補(bǔ)水補(bǔ)漿，保持孔內(nèi)水位高度。漏水嚴(yán)重時(shí)，可填充稻草和水泥等混合物，每次填滿后補(bǔ)漿補(bǔ)水，再重新沖擊鉆進(jìn)，擠壓填充物填充溶洞或堵塞溶洞，最終至不漏漿為止。通過(guò)溶洞層后，繼續(xù)鉆孔，直至設(shè)計(jì)深度。

（3）灌注混凝土 灌注中導(dǎo)管提升時(shí)，要根據(jù)溶洞情況確定導(dǎo)管埋深，避免灌注過(guò)程中擠破溶洞混凝土面突然下降，造成斷樁事故發(fā)生。樁頂灌注標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高超灌1m以上，灌注完成后觀察30分鐘左右，如果混凝土面沒(méi)有變化才拔出導(dǎo)管。

（作者單位：中鐵大橋局第七工程有限公司）