巖溶地段樁基施工溶洞決策表法處理研究及應(yīng)用

顏 波，盧 輝

（1、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500；2、廣東建科交通工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司 廣州510500；3、廣州市高速公路有限公司 廣州510288）

0 引言

巖溶地段樁基施工風(fēng)險(xiǎn)大，一是成孔過(guò)程中容易出現(xiàn)漏漿、塌孔、卡鉆等事故，二是影響成樁之后樁基質(zhì)量［1］。因此巖溶地段樁基處理對(duì)保證施工質(zhì)量安全尤為重要。

巖溶地段樁基施工，巖溶處理已經(jīng)有較多的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，徐軍［2］針對(duì)肇花高速公路北江特大橋巖溶樁基施工，提出鋼護(hù)筒及化學(xué)改性泥漿方法進(jìn)行樁基成孔；朱哲鋒等人［3］詳細(xì)介紹了鋼套管的成樁處理技術(shù)；翟曉靜等人［4］對(duì)廣樂(lè)高速巖溶地段樁基施工確定了以預(yù)處理為主、沖孔過(guò)程處理相結(jié)合的樁基施工技術(shù)方案，取得了較好的處理效果；畢樹峰［5］對(duì)杭長(zhǎng)鐵路客運(yùn)專線（江西段）進(jìn)賢特大橋巖溶樁基施工為例，有針對(duì)性地提出了常規(guī)回填、混凝土灌注、鋼護(hù)筒跟進(jìn)等組合處理方式，同時(shí)采取引孔爆破輔助措施，保證了樁基施工的安全質(zhì)量。

總結(jié)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)于巖溶地段的樁基施工，一般有回填、注漿、鋼護(hù)筒跟進(jìn)等處理方式［6］，處理方案的選用應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地溶洞發(fā)育的特征，綜合考慮項(xiàng)目巖溶特征、環(huán)境、危害性大小、經(jīng)濟(jì)成本、處理時(shí)間等優(yōu)化選取。以往的處理方法，一般是對(duì)于發(fā)現(xiàn)的溶洞單個(gè)研究處理方法方案，而對(duì)于見洞率較高的巖溶場(chǎng)地，為保證場(chǎng)地穩(wěn)定，溶洞處理需要及時(shí)性與快速性，單個(gè)處理必將影響決策處理效率。

因此，本文在前人的研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合某高速公路巖溶段發(fā)育特點(diǎn)，提出橋梁樁基溶洞決策表處理方法，最大程度保證了溶洞處理方案的及時(shí)決策和全面考慮，在實(shí)施過(guò)程中，便于操作執(zhí)行，也利于管控，同時(shí)對(duì)處治措施費(fèi)用也可進(jìn)行事先預(yù)算，取得了較好的工程實(shí)踐效果。

1 巖溶特征分析

某高速公路項(xiàng)目位于廣東省廣州市境內(nèi)，路線起于廣州機(jī)場(chǎng)高速太成立交互通，最終接入現(xiàn)有的增莞深高速。項(xiàng)目位于珠江三角洲東北部，沿線的地貌單元可劃分為低緩丘陵和平原，平原主要為東江三角洲平原及廣花沖積平原，項(xiàng)目某標(biāo)段處于廣花盆地的腹地，巖溶發(fā)育，同時(shí)緊靠既有運(yùn)營(yíng)的立交高架。

該段場(chǎng)地大部分地區(qū)石灰?guī)r巖溶發(fā)育，但未見暗河、落水洞、石芽、孤峰等典型的地面巖溶現(xiàn)象，但受上覆蓋層巖性厚度、斷裂構(gòu)造以及地下水埋藏運(yùn)移條件影響，石灰?guī)r中巖溶發(fā)育程度不均勻。

根據(jù)鉆孔資料，本工程的樁基遇單層溶洞的最大高度為12.8 m；遇串珠式溶洞的最多層數(shù)為4 層，單根樁基遇串珠式溶洞的累計(jì)高度最大為13.7 m，最大的無(wú)充填的溶洞高度為8.3 m，最大的無(wú)充填的土洞高度為8.40 m。

經(jīng)對(duì)巖溶資料的綜合分析總結(jié)，本工程的樁基溶洞情況有以下的特點(diǎn)：

⑴ 溶洞在本工程中普遍存在，溶洞遇見率約30%；

⑵ 溶洞有1～4 層，以單個(gè)溶洞居多，單個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)及以上溶洞的比例大約為70%∶20%∶10%。單個(gè)溶洞的高度為0.3～12.8 m，多層串狀溶洞高度規(guī)模最大為13.5 m；

⑶ 按溶洞高度可分為三個(gè)大小類型劃分，溶洞高度3 m 以下的為小溶洞，高度在3～10 m 之間的為中溶洞，高度10 m 以上的劃分為大溶洞，各類型溶洞數(shù)量比例為小溶洞50%，中溶洞48%，大溶洞2%；

⑷ 溶洞內(nèi)充填物的情況，從揭露的鉆孔來(lái)看，多為無(wú)充填或半充填的溶洞；

⑸ 溶洞或土洞的埋置深度（溶洞頂離地面的高度）為15～50 m，大部分溶洞（含土洞）的埋置深度為20～30 m。

因工程場(chǎng)地?zé)o大河大湖，溶洞存在暗河、流動(dòng)水、連通水、承壓水等的可能性比較小。

2 決策表處理方案

現(xiàn)有的巖溶地段樁基施工，對(duì)大型溶洞特別是空腔型溶洞，應(yīng)采用灌漿填充法，可以在鉆孔樁正式施工前預(yù)先對(duì)溶洞進(jìn)行充填處理，但造價(jià)較高；對(duì)于小溶洞特別是溶隙、溶槽等，通常采用片石黏土回填法也叫片石黏土堵洞筑壁法，進(jìn)行填充，這也是最常用的處理方法；對(duì)于稍微大的溶洞，或漏漿、滲水嚴(yán)重的，可采用素混凝土代替片石黏土回填；對(duì)于大型易坍塌的溶洞，可以采用打入鋼護(hù)筒強(qiáng)勁加固，鋼護(hù)筒對(duì)孔壁的硬性支撐作用，基本可以保證大型溶洞的不失穩(wěn)，處理方式最為可靠，但是處理成本也是最高的。

因此，對(duì)于樁基溶洞處理，應(yīng)根據(jù)溶洞大小產(chǎn)生可能的風(fēng)險(xiǎn)程度，采取多種方式綜合處理的原則［7］，特別是見洞率高的場(chǎng)地，應(yīng)該有一套決策處理方式，以保證現(xiàn)場(chǎng)施工決策處理的及時(shí)性和應(yīng)急性。

本項(xiàng)目根據(jù)一樁一孔地質(zhì)勘察揭露的情況，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)分析了溶洞的數(shù)量、大小、位置埋深及填充情況，研判溶洞失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)等，提前編制了處理決策表，供現(xiàn)場(chǎng)使用。決策表方案覆蓋了各種揭露的巖溶處理方案，同時(shí)能加快決策處理機(jī)制，另外對(duì)于整個(gè)場(chǎng)地的處理措施費(fèi)用，可進(jìn)行事前預(yù)算。

2.1 場(chǎng)地溶洞分類

2.1.1 按溶洞的大小分類

溶洞的大小是巖溶重要特征之一，直接關(guān)系到溶洞的處理方法和風(fēng)險(xiǎn)大小，通常對(duì)溶洞大小進(jìn)行以下劃分［8］：

⑴ 小型溶洞：?jiǎn)蝹€(gè)高度小于3 m 的溶洞，或多個(gè)溶洞，且間隔距離大于3 m。

⑵ 中型溶洞：?jiǎn)蝹€(gè)高度大于3 m 且小于10 m 的溶洞；或過(guò)個(gè)溶洞間距較?。▽?shí)際沖孔過(guò)程中將會(huì)被擊穿形成一體溶洞），其累加溶洞達(dá)到3 m 以上。

⑶ 大型溶洞：?jiǎn)蝹€(gè)溶洞高度大于10 m 的溶洞，或多個(gè)間距較小的溶洞，累加高度達(dá)到10 m 以上。

同時(shí)應(yīng)要引起特別注意的是，在某一樁的超前地質(zhì)鉆中未揭露溶洞，但是在相鄰樁位鉆探發(fā)現(xiàn)有中型溶洞以上的溶洞，該種情況認(rèn)為疑有溶洞，因?yàn)樵跇痘┕ぶ?，鉆頭很有可能將周邊的溶洞擊穿，而引起本樁位塌孔、漏漿。

2.1.2 按溶洞充填狀態(tài)

溶洞空腔可能存在填充物的情況，造成其坍塌風(fēng)險(xiǎn)也不同，坍塌風(fēng)險(xiǎn)較大的是無(wú)填充溶洞，按有無(wú)填充物可以分類［9］：

⑴ 無(wú)充填溶洞：洞內(nèi)無(wú)充填物；

⑵ 半充填溶洞：洞內(nèi)空腔有一半充填；

⑶ 充填溶洞：洞內(nèi)溶洞空腔被完全充填。

按地質(zhì)勘察資料，該出的溶洞填充主要為地表揭示的粉質(zhì)粘土，中粗砂、細(xì)砂，偶見淤泥及卵石，礫石。

2.1.3 按是否漏水

由于地下水存在，溶洞可能通過(guò)巖溶裂隙與地下水連通，使得溶洞在地質(zhì)鉆探或樁基施工中產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，漏水溶洞往往會(huì)加大巖溶風(fēng)險(xiǎn)。

⑴ 不漏水溶洞：無(wú)滲漏水現(xiàn)象［9］；

⑵ 半漏水溶洞：有少量滲漏水［9］；

⑶ 全漏水溶洞：漏水量大，甚至與豐富的地下水連通［9］。

2.1.4 按溶洞垂向個(gè)數(shù)

⑴ 單層溶洞：樁基或鉆孔揭示有一個(gè)溶洞［5］；

⑵ 多層溶洞：樁基或鉆孔揭示內(nèi)有多個(gè)溶洞，溶洞相距較近，又可稱為“串珠狀溶洞”［5］。

2.2 樁基溶洞處理方法匯總表

在進(jìn)行決策表法應(yīng)用時(shí)，首先應(yīng)對(duì)場(chǎng)地巖溶勘察資料的分析，根據(jù)不同溶洞的風(fēng)險(xiǎn)大小，對(duì)溶洞進(jìn)行一定的分類，根據(jù)不同類型的溶洞，選擇不同的處理方案。

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，擬設(shè)計(jì)的溶洞預(yù)處理方法有灌漿填充法和樁周加固預(yù)處理法［10］；溶洞處理方法包括片石粘土回填法、素混凝土灌入法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等，編制以下處理決策表，如表1 所示。

處理方案目標(biāo)位保證樁基施工過(guò)程中不塌孔，不影響沖孔質(zhì)量，不影響成樁質(zhì)量。

表1 樁基溶洞處理方法匯總表Tab.1 Summary Table of Pile Foundation Karst Treatment Methods

2.3 樁基溶洞處理方法決策表

對(duì)于復(fù)雜溶洞地區(qū)，考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素，對(duì)于同一條樁，可能同時(shí)采用幾種溶洞處理方法的綜合使用，以達(dá)到即經(jīng)濟(jì)又安全。本項(xiàng)目溶洞的處理決策如表2、表3 所示。

2.4 處理施工工藝

為發(fā)揮鋼護(hù)筒的支撐效率，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)成本，對(duì)護(hù)筒壁厚進(jìn)行事先決策，決策表如表4 所示。

巖溶地區(qū)樁基施工，由于可能會(huì)出現(xiàn)局部漏漿現(xiàn)象，建議采取較大的泥漿比重，泥漿比重可控制在1.5～1.6；進(jìn)入灰?guī)r地段后用小沖程進(jìn)行進(jìn)尺，以防止大沖力造成偏孔和卡錘。進(jìn)入溶洞后；進(jìn)行片石黏土回填時(shí)，建議分次回填，多次沖擊夯實(shí)，使得拋填片石回填物能充分?jǐn)D入孔壁，填塞空隙，盡量將溶洞內(nèi)的孔壁沖擊堅(jiān)實(shí)，為了避免發(fā)生縮孔，建議采用大塊片石；一般成孔直徑應(yīng)比護(hù)筒外徑大0.1～0.15 m，下放護(hù)筒應(yīng)穿過(guò)整個(gè)溶洞部分。

3 結(jié)語(yǔ)

本文研究總結(jié)了樁基施工巖溶處理方法，對(duì)之前單個(gè)溶洞、單一處理的方式進(jìn)行了改進(jìn)。結(jié)合廣州某巖溶地段高速公路橋梁樁基施工遇到的溶洞處理問(wèn)題，對(duì)整個(gè)場(chǎng)地的樁基溶洞勘察數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各類型溶洞進(jìn)行分類，針對(duì)不同的巖溶大小、埋深、填充情況、易坍塌風(fēng)險(xiǎn)等巖溶特征，其次在經(jīng)濟(jì)適用的原則下，提出了不同處理方式的匯總決策表，同時(shí)本文考慮到巖溶樁基施工臨近周邊重要構(gòu)筑物的安全距離，適當(dāng)加強(qiáng)了處理方案。

通過(guò)該決策表處理機(jī)制，在該場(chǎng)地的樁基施工巖溶處理方案中，起到全面考慮，簡(jiǎn)化決策，及時(shí)處理的目的效果，同時(shí)通過(guò)分類、統(tǒng)計(jì)、處理方案決策，可以對(duì)溶洞處理措施費(fèi)用進(jìn)行事前預(yù)算。

表2 小溶洞的處理方法決策表Tab.2 Treatment Method for Small Caves

表3 中、大溶洞的處理方法決策表Tab.3 Large Karst Cave Treatment Method Decision Table

表4 鋼護(hù)筒壁厚選取決策表Tab.4 Steel Casing Wall Thickness Selection Decision Table

通過(guò)樁基施工監(jiān)控及成樁質(zhì)量檢測(cè)，周邊構(gòu)筑物影響程度均在可接受范圍，未影響周邊既有構(gòu)筑物的運(yùn)營(yíng)，成樁質(zhì)量也符合規(guī)范要求，取得了較好的實(shí)踐效果。