串通溶洞地质下钻孔桩施工技术

串通溶洞地质下钻孔桩施工技术

【摘要】武广客专线流溪河特大桥部分地段串通溶洞、砂层、流塑状黏土共存，且因溶洞串通，施工时极易大量漏浆且部分溶洞连通既有河流导致地下水位随潮汐变化而变化。本文介绍了武广客专线流溪河特大桥串通溶洞地质条件下钻孔桩施工的处理方法和施工要点。

【关键词】钻孔桩；串通溶洞；砂层；流塑状黏土层

0.工程概况

本文以A地段为例， **#承台的地质情况是A地段具有代表性的地质，详见图1**#承台地质展示及承台桩位图。

图1 ***#承台地质展示及承台桩位图 单位：cm

原骏威客车厂地段的地质从上而下可归纳为以下几个地质层：

1）人工填土层，有杂填土、素填土、填筑土。

2）海陆交互相冲洪积层，有淤泥、黏土、粉土、粉砂、中砂、粗砂、砾砂等。

3）基岩为石炭系灰岩，溶洞分布广而多，岩层面溶沟、溶槽及裂隙发育，连通性极强，岩面起伏较大，上部残积碎石土覆盖层较松散，偶有土洞。

1.溶洞分类及施工时溶洞种类的判断

溶洞按有无水可分为有水溶洞和无水溶洞；溶洞按规模，即溶洞高度及溶腔体积可分为溶槽、溶沟、小裂隙、小型溶洞、串珠状溶洞、大型溶洞。有水溶洞在钻孔过程中一般不漏浆或缓慢漏浆，泥浆比重下降导致泥浆内砂子下沉，冲孔时桩锤落锤无力进尺极慢。无水或填充少的溶洞施工时情况较为复杂，描述如下：

1.1溶槽、溶沟、小裂隙表现为不稳定漏浆，漏浆缓慢且浆液面下降较小高度后孔底裂隙处压力减小浆液面变稳定不再下降。

1.2小型溶洞、串珠状溶洞

一般小溶洞及串珠状溶洞在钻孔穿越溶洞时漏浆较快且浆液面下降高度视溶腔的容积大小而定，施工时很难判断漏浆会何时停止，此时需及时反循环泥浆并回填粘土以控制漏浆。

1.3大型溶洞

大型溶洞在击穿溶洞顶时钻孔桩泥浆会在瞬间流空，若土层内有较厚砂层及流塑状黏土层时将极有可能导致钻孔桩附近地面塌陷，危及机械、人员安全。

2.串通溶洞地区各类溶洞钻孔桩施工处理方法

若土层内无砂层及流塑状淤泥层时，串通溶洞地区钻孔时漏浆一般不伴随塌孔等危及施工安全的地质灾害。若土层内含有砂层及流塑状淤泥层时，钻孔时护壁泥浆的漏失将会导致孔位附近砂层和流塑状黏土的流失，极易导致塌孔等地质灾害。

2.1有水溶洞的处理方法

钻孔桩施工时难以察觉到漏浆现象，若溶洞较小时在进尺上也很难发现，此时每两小时测定泥浆比重非常关键。当钻孔桩进入岩层后泥浆比重明显下降时，需要及时回填膨润黏土在孔内造浆，以保证泥浆比重达到施工要求。

2.2溶槽、溶沟、小裂隙的处理

对于一些溶槽、溶沟、小裂隙地段，岩层在同一水平面上强度差异大，可能造成斜孔、卡钻等问题，冲孔时可采取投放片石小冲程纠偏处理。

若有轻微漏浆可回填碎石夹黏土，甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用，保证泥浆不流失，使钻孔顺利通过岩溶区。

2.3小型溶洞、串珠状溶洞的处理方法

对于地质钻探时确定的比较小的溶洞和串珠状溶洞，采取压力注浆措施，使之达到填实之目的，提供成孔条件穿过溶洞。若洞内无填充物或填充物不满，则采取先填充碎石或干砂，然后注浆或直接灌注砼;若充填物呈松散或软塑状态时，直接注浆固结即可；若充填物已固结呈硬塑状态时，则可以直接冲孔，但需加强泥浆护壁。

用注浆泵注浆，注浆压力控制在0.5～1.0MPa范围，注浆速度15～20Ｌ/min，渗透最小直径保证3.0m，以保证冲钻成孔时溶洞内有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据注浆速度确定，应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆，水泥浆配合比为水∶水泥=0.8∶1.0。若需用水泥砂浆，则配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8，需要用双液浆时，水玻璃的含量根据现场试验确定。

采用单花管注浆，管头花管段长度为100cm，孔眼直径和间距根据现场试孔后确定，注浆管外径为70mm，比钢套管内径要小。

为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，间歇时间≥6h时，使得

先注入的浆液与砂子(或碎石)初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。注浆工艺流程可参照下图：图2注浆工艺流程图。

图2注浆流程示意图

当地质钻探临近桩有溶洞而本桩无溶洞时，钻孔施工接近临近桩溶洞顶标高位置时，用小冲程钻进，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，冲程不大于0.5m，严密监视卡钻及护简内泥浆下沉等异常现象， 出现偏斜歪钻现象，及时抛填片石，然后钻进，复填复冲。若遇到未钻探到的溶洞，桩锤进入溶洞时一定要将入口冲扩好，不能贸然将钻头沉入溶洞内，防止掉卡钻。开溶洞顶板时，适当将钻头直径加大5～l0cm，待开孔完毕，则将钻头直径恢复到标准值。

在溶洞内钻进过程中无漏浆现象则采用钢筋笼外包钢板法施工，直接用加大5～10cm的钻头冲击至溶洞底2m处再换标准钻头冲击成孔，制作及安装钢筋笼时在桩身有溶洞部分上下2m的范围内的钢筋笼保护层外侧包裹3mm厚钢板同时在钢板外侧用Φ6mm的圆钢制作螺旋筋裹住钢板并点焊牢固以防止灌注混凝土时混凝土漏入溶洞难以成桩。详见下图：图3钢筋笼外包钢板断面图

图3钢筋笼外包钢板断面图

在溶洞内钻进过程中有漏浆时则需采取抛填碎石、袋装水泥及少量黏土，然后放桩锤将抛填物挤入溶洞，静置15～20小时以后再钻孔施工。若仍无效果则分层多次灌注混凝土，待强度足够时再钻孔施工。

串珠溶洞为有两层及以上的溶洞，存在互相之间串孔漏浆，极易造成卡钻、钢筋笼不易就位现象。同时由于成孔周期较长，上层溶洞已成型的孔壁易遭到损坏，故可采取灌注底标号混凝土填充的办法将上层溶洞填充满，待其凝固具备一定强度后，再接着钻进施工，这样就将串珠溶洞变成单层溶洞，然后按一般单层溶洞处理方案进行施工即可。

2.4大型溶洞的处理方法

在一排墩柱中， 应优先施工长桩后施工短桩，也就是要先施工地质条件差或有大溶洞的桩。先施工地质条件差或有大溶洞的桩有利于改善桩身周围地质条件也有利于临近的其他桩的成桩。

大型溶洞一般不采取注浆填充溶洞的处理措施，由于溶洞太大注浆填充的质量和效果难以达到预期。施工时可采用下导管分层多次灌注混凝土填充堆积法，每次灌注前须等上次混凝土已初凝，不会流淌，混凝土适当掺加促凝剂。这样多次灌注后，在大溶洞内桩位处形成一个混凝土柱， 然后再进行冲击成孔。若溶洞填充情况较好，钻孔时无漏浆情况时采用前文所述的钢筋笼外包钢板法施工防止灌注混凝土时混凝土漏入溶洞难以桩。

2.5地下水位不稳定时的施工方法

个别桩连通既有河流，孔内水位受潮汐影响而不稳定，退潮时孔内漏浆，涨潮时孔内浆液面上升。

此类钻孔桩施工时因为孔内泥浆比重难以控制，首先钢护筒跟进至岩面防止泥浆比重过低或漏浆导致孔壁坍塌，再采用对一般溶洞的处理方法施工即可。

3.控制措施及注意事项

3.1若土层内含有砂层和流塑状黏土层且地质钻探时已明确岩层内有溶洞则需将钢护筒跟进至岩层面以防止钻孔时漏浆导致塌孔等危及施工安全的地质灾害的发生。

为确保钢护筒震动下沉时的刚度和强度要在每节连接处四周加焊400mm×300mm×10mm的加强板，并在护筒底口处加设50cm高钢带制作的刃脚，焊接采用坡口双面焊。钢护筒跟进采用250Kw 振动锤震动下沉，下沉过称中挂垂球控制其倾斜度不超过1%。

3.2溶洞注浆填充法施工时须监控注浆施工中各个工序中的间隔时间、注浆量、配合比等关键控制点，否则注浆效果难以保证。

3.3防止漏浆、卡钻、掉钻及溶洞内已冲孔形成的护壁坍塌是安全把握方面的几个要点。一旦出现以上任何一方面的安全问题，将造成桩位的废除及工期拖延的巨大损失。

3.4施工中难免不出现意外， 因此必要的预防应急措施是要重视的。一是足够泥浆的储备，穿越溶洞施工的泥浆池容积要大，并至少备l台泥浆泵搅拌循环泥浆，保持泥浆浓度比重。二是准备一定数量的片石、膨润黏土及袋装水泥，随时对少量漏浆、斜孔现象进行处理。

4.结束语

由于施工前期对施工中可能出现的情况考虑周密，施工过程中对一些关键技术做到较好控制，同时在施工中组织严密，技术措施到位，施工方法得当，该工程取得了较好的效果。本工程施工的大量复杂地质情况下的钻孔桩均按工期要求施工完成且所有钻孔桩的第三方检测均符合设计要求，综上所述此施工方法可为同类工程施工提供借鉴。■

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