復雜巖溶區(qū)公路橋梁樁基溶洞處理技術研究

黎家龍

（佛山市建盈發(fā)展有限公司，廣東 佛山528300）

1 工程概況

佛山市高明大橋至富龍大橋公路工程下六村中橋及K20+910人行天橋施工（NHS-05）段，項目位于高明大道東路段，主要施工范圍包括下六村舊橋及舊箱涵的拆除、下六村中橋及附屬工程的重建及新建K20+910人行天橋等工程。全標段結(jié)構(gòu)物共計2處：拆除舊橋涵后新建橋梁1座，人行天橋1座。施工區(qū)域范圍內(nèi)巖面以上覆蓋層厚，有大量的淤泥粉砂層存在，軟弱且不穩(wěn)定，巖層溶洞發(fā)育率高，裂隙極其發(fā)育，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為松散，基本為巖溶結(jié)構(gòu)，由于巖溶區(qū)域的地下條件較為復雜，因此前期的勘測存在一定的不足，未能對施工區(qū)域的地下情況進行全面、精準的檢測。

2 溶洞處理技術

2.1 溶洞類型

在建筑工程當中，溶洞類型的劃分需要根據(jù)樁基礎施工環(huán)境進行，根據(jù)溶洞的高度以及層數(shù)的區(qū)別，巖溶區(qū)域的溶洞可分為如下幾個基本類型：

2.1.1 小溶洞

一般為單層溶洞，溶洞的高度不大于3m，在溶洞內(nèi)部空間較小或能夠準確確定的情況下，對建筑施工的影響較小。

2.1.2 中溶洞

單個溶洞：高度在3～5m范圍內(nèi)。多層溶洞：多個溶洞在垂直面上處于疊加狀態(tài)，一般均為小溶洞疊加。

2.1.3 大溶洞

整體高度超過5m的溶洞。

2.2 處理工法

巖溶地質(zhì)環(huán)境，溶洞的空洞對樁基礎的施工產(chǎn)生影響，這類地質(zhì)環(huán)境中包括淤泥、粉質(zhì)黏土、砂土等，易碎并且穩(wěn)定性較低，不適于直接施工。此外，這類地質(zhì)環(huán)境中，溶洞內(nèi)部是否存在填充物質(zhì)，同樣影響施工技術選擇。針對不同類型的施工環(huán)境，一般采用如下措施：

處理大規(guī)模的溶洞時，需要使用大型鋼護筒對溶洞進行支撐，同時使用較小型號的工程錘，快速小幅度沖擊，破壞溶洞的巖體部分。溶洞達到樁基礎施工要求后，必須使用大量片石以及黏土等材料對其進行填充，維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

若施工區(qū)域的溶洞呈現(xiàn)串珠狀，需要采用雙層護筒進行施工。要求外側(cè)的護筒直徑比樁徑大40cm左右，溶洞處理技術方面與大溶洞的處理基本一致，需要注意的是，距離下方溶洞50cm左右時，應對頂面進行破壞，使內(nèi)測護筒進入上方溶洞10cm左右。

河灘等外層結(jié)構(gòu)更為松散的環(huán)境中，先使用注漿技術提高溶洞外側(cè)的緊密程度以及硬度，避免粉碎溶洞巖體時出現(xiàn)坍塌等情況，溶洞外部處理完成后，使用鋼護筒的溶洞處理技術，完成樁基礎施工。

2.3 處理流程

巖溶地質(zhì)區(qū)域，工程施工前必須對該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進行準確的勘測，目前普遍采用的勘測方法是使用超前鉆對樁基礎施工位置進行勘測，確定該位置的地下環(huán)境。為保證勘測的全面性以及準確性，一般該類型區(qū)域單一樁基礎需要匹配3個超前鉆勘測點。超前鉆能夠?qū)υ擖c位地下的巖層情況、溶洞的層數(shù)、高度、內(nèi)部填充物等進行精準的勘測。通過超前鉆的勘測，能夠獲得該點位的地質(zhì)柱狀圖，作為樁基礎施工作業(yè)的參考。實際施工過程中，該位置對應的幾個地質(zhì)柱狀圖需要懸掛在易于查看的位置，便于施工中時刻關注。若樁基礎施工對應的地質(zhì)層存在斷裂的情況，則必須先進行注漿填充。

溶洞處理的具體流程為：

第一，使用超前鉆對樁基礎計劃施工位置進行勘測，確定資料信息；

第二，對施工位置附近的環(huán)境情況進行徹底調(diào)查，確定其中對樁基礎施工造成影響的因素；

第三，根據(jù)該位置的地質(zhì)情況，確定樁的長度以及樁是否需要根據(jù)本地環(huán)境進行調(diào)整；

第四，確定場內(nèi)所有樁基礎的施工方法，形成完整的施工方案；

第五，完成與施工單位的技術交底；

第六，施工準備；

第七，樁基礎施工作業(yè)；

第八，施工質(zhì)量檢測并完成后續(xù)的交接。

3 問題應對

施工過程中，針對可能對施工造成影響的問題，需要進行如下處理：

第一，施工范圍內(nèi)的溶洞中存在流速較快的地下水時，為避免地下水對樁基的澆筑造成影響，需要使用鋼護筒進行整體性的保護，即存在地下水系的溶洞中，鋼護筒必須插入溶洞下部的巖石層中，且保持與地面的貫通，方能進行下一階段的施工作業(yè)。

第二，施工經(jīng)過溶洞頂板時，由于溶洞頂板破損可能造成溶洞內(nèi)部的積水外溢，不得使用沖擊過大的設備對頂板造成破壞。鉆頭等設備接近頂板部分時，應當改用沖鉆的技術，避免沖擊對頂板造成破壞。

第三，鉆孔作業(yè)時，部分溶洞內(nèi)部可能同時與溶槽或溶溝貫通相連，在處理該種類型的溶洞時，必須充分考慮溶槽以及溶溝造成的影響，采用注漿技術對溶洞連通的溶槽以及溶溝進行處理，避免后續(xù)施工作業(yè)過程中，水通過溶洞中的溶槽或者溶溝流失，或在施壓條件下，由于溶槽以及溶溝的存在導致破碎更顯著、結(jié)構(gòu)受到破壞。

第四，樁基礎的孔口發(fā)生漏漿時，需要使用黏土以及片石等及時進行拋填處理。為避免溶洞上部的護壁在壓力的影響下出現(xiàn)泥漿的滲透、甚至塌孔，應在泥漿中加入一定的沉渣或提升泥漿的濃度，對溶洞的裂隙進行封堵，避免塌孔的出現(xiàn)。

4 片石黏土填充

4.1 施工流程

此處工程涉及的溶洞為大、中、小溶洞，對中小溶洞的施工基本流程為：按照樁的位置設定預埋護筒；安裝打樁設備，確保其位置的準確；配置片石以及黏土等作為溶洞回填的材料；沖進至距離溶洞頂板約1m左右；采用低沖程（小于1m），對溶洞的巖體進行慢速的沖擊；穿透頂板，檢查孔內(nèi)水頭高度，確保達到施工要求；使用回填材料進行回填，回填至溶洞頂板以上1～1.5m的高度；繼續(xù)鉆入，使用填充材料填充擠壓，替換原本的低密度填充物，擠壓封閉孔洞裂隙，防止出現(xiàn)漏漿，完成成孔與成樁的作業(yè)。

4.2 材料使用

填充溶洞時，需要使用穩(wěn)定性強且能夠提供強度的材料，目前主要使用的材料為黏土以及片石。這兩種材料能夠滿足溶洞填充的一般需求，而且更接近自然結(jié)構(gòu)，對環(huán)境的負面影響較小。另外，填充材料中加入水泥以及鋸末等，能在很大程度上提高填充材料的黏性，進而提高其穩(wěn)定性。該項目使用的填充材料構(gòu)成如表1所示。

表1 回填材料投放使用

黏土的凝聚性較低，直接使用可能出現(xiàn)整體松散變形的問題。因此使用黏土作為填充材料時，一般選擇使用袋裝黏土，填充過程中，黏土以及片石作為填充的主要材料，以分層間隔形式進行填充。使用袋裝黏土填充時，在黏土袋中加入水泥以及鋸末等輔助材料，水泥除配合黏土使用外，還能夠使用袋裝水泥直接填充。水泥和鋸末的填充量與是否填充應視實際情況而定。

4.3 注意事項

第一，鉆孔時需要實時檢查鉆孔附近是否出現(xiàn)地面沉降，一旦地面出現(xiàn)明顯沉降，意味填充可能出現(xiàn)漏漿，需要及時處理。

第二，施工場地內(nèi)應備足黏土、片石、袋裝水泥等應急物資。

第三，相對非巖溶區(qū)域，施工過程中需要避免對溶洞的巖體造成損傷，如已經(jīng)由于施工造成溶洞漏漿，必須人工進行補漿。

第四，鉆孔施工過程中需要保證孔內(nèi)的水頭穩(wěn)定，一旦孔內(nèi)的水頭明顯下降，必須及時填充土石、提高孔內(nèi)水位。

第五，鉆孔方向未出現(xiàn)偏差，但鉆孔速度顯著加快，同時孔內(nèi)泥漿面高度發(fā)生改變，代表鉆孔已經(jīng)鉆開頂板，需要加快補漿速度，應保證水頭高度，提出鉆孔錘，使用填充材料進行填充。填充完成后距離頂板的高度必須控制在1～1.5m范圍內(nèi)，每鉆入0.5m必須同步進行填充。

第六，一旦鉆孔過程中出現(xiàn)塌陷等情況，必須快速填補。

第七，溶洞填充完成后，需要進行沖擊等作業(yè)，保證填充完整、均勻。

第八，既往施工中曾經(jīng)出現(xiàn)塌陷的溶洞，需要考慮到塌陷部位原有填充物的強度存在一定不足，需要使用強度更高的材料進行填充，如水泥混凝土。

5 鋼護筒跟進

使用鋼護筒的優(yōu)勢在于能夠?qū)︺@孔進行保護，避免漏漿及塌孔等情況出現(xiàn)，該技術的主要問題在于成本較高。該項目為高明大道城區(qū)段上的節(jié)點改造項目，由于處理溶洞造成施工拖延，橋址覆蓋層的粉砂、淤泥層厚，鉆孔漏漿引發(fā)的塌孔、地面塌陷風險較大，因此需要采用效果更好的鋼護筒技術，鋼護筒的使用如圖1所示。

圖1 溶洞樁基鋼護筒下放施工

外護筒處理：樁基鉆進過程中，遇到裂隙或溶洞等引發(fā)漏漿，孔內(nèi)水頭下降，導致孔內(nèi)水壓過小，孔壁有可能發(fā)生局部脫落、塌孔甚至引發(fā)塌陷，特別是在覆蓋層薄弱的情況下。通過下放外護筒可以有效避免因漏漿導致孔壁失穩(wěn)，起到很好的護壁成樁的作用，外護筒一般比樁徑大30cm，壁厚視下放深度確定，在護筒底部設置1～2m的加頸圈，可以有效提高護筒的剛度，避免下放過程中出現(xiàn)內(nèi)卷現(xiàn)象。外護筒一般下放至嵌入黏土層1m或基巖面，無需探入溶洞內(nèi)部，鉆孔至溶洞后直接填充片石、黏土等材料即可。

內(nèi)護筒處理：鉆孔至外護筒下方的溶洞時，如反復回填封閉仍出現(xiàn)明顯漏漿，或溶洞過大不適宜采用回填處理、難以成孔成樁時，應考慮下放內(nèi)護筒進行溶洞處理，內(nèi)護筒下放至溶洞底，護筒下放到位后采用混凝土進行護腳，防止護筒腳漏漿。

使用鋼護筒時，溶洞頂板未穿透時需要控制鉆入的速度，縮小沖擊的影響范圍，緩速完成上部的作業(yè)。穿透頂板時需要避免溶洞漏漿，及時完成補漿作業(yè)，保證溶洞內(nèi)部的液面位置達到要求。鉆入溶洞后，可以加快鉆孔速度，同時完成對溶洞的填充，填充振蕩作業(yè)時，需要避免設備與鋼護筒直接接觸，造成護筒損壞。

6 事故處理

第一，外護筒作用范圍為接近地表的土洞，施工期間必須保證被填充溶洞內(nèi)部的水位達到要求，對漏漿等情況必須及時完成補充。

第二，施工過程中一旦出現(xiàn)偏孔，必須提出開孔設備，使用塊石等填補偏離部分，填補緊密后方能按照預計方向繼續(xù)施工。

第三，鉆孔出現(xiàn)反水等情況代表孔內(nèi)出現(xiàn)地下水滲漏，繼續(xù)施工可能導致樁體的斷裂，必須確定地下水滲漏的位置，及時進行填補。溶洞內(nèi)部漿液過多或漿液存在顯著外滲時，需要通過壓漿穩(wěn)定漿液的狀態(tài)，同時降低沖程，避免對頂板的鉆孔造成漿液滲漏。

第四，土質(zhì)環(huán)境較差的區(qū)域，孔內(nèi)的液面高度需要比正常土質(zhì)高0.5m。

第五，使用護筒時，要保證首節(jié)護筒的垂直以及位置的準確，不準確時必須重新安裝。多節(jié)護筒，必須保證連接處不漏水。

第六，溶洞頂板打穿后，如孔內(nèi)液面以及護筒均快速下降，代表這一區(qū)域沉降嚴重，必須盡快撤離，施工人員與設備均應當遠離施工位置。

7 結(jié)語

復雜巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)在很多城市中均存在，部分城市受到復雜巖溶結(jié)構(gòu)的影響，甚至無法完成城市交通系統(tǒng)的建設。限制復雜巖溶結(jié)構(gòu)使用的主要因素為溶洞的處理，如何在控制成本的基礎上有效處理溶洞，很大程度上限制了這部分地區(qū)的使用。近些年來雖然溶洞處理技術已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，但是如何更為有效地控制施工成本、縮短使用周期，依然是未來研究的重點。