软土地区溶洞桩施工技术

软土地区溶洞桩施工技术

杨才雄

中铁十七局集团第六工程有限公司 福建省福州市 350000

摘要：软土地区由于可溶岩层的存在，丰富的地下水活动，潮湿的气候，地质构成和地形构成导致溶洞形成。溶洞导致桩基成型困难。本文具体阐述了溶洞的形成，工法的选择，所选择工法施工工艺，施工过程中存在的问题及解决方案。

关键词：溶洞，桩基，钻孔灌注桩。

溶洞形成：

溶洞形成与发育的条件有：可溶岩层的存在，丰富的地下水活动，潮湿的气候，地质构成和地形等。

（1）可溶性岩层的存在

可溶性岩层受到地下水侵蚀是形成溶洞的物质基础。

（2）地下水活动

溶洞的发育必须在具有侵蚀性的地下水不间断流动状态下形成，这样水将大大增强溶解碳酸钙的能力，从而使溶洞发展得更快。当自然降水和富含二氧化碳的地表水渗入地下时，原有的地下水不断被替换，地下水侵蚀能力得以维持，溶洞的发育也在加速。

（3）潮湿气候

自然降水充沛，气候温热潮湿，地表水大量补充地下水，极大加速了溶洞的发育。

（4）地质构造，地形

倾斜的背斜顶部和倾斜的竖井，断层破裂带，岩层界面和结构裂隙分布。地下水沿着裂隙流动，这些区域促进了溶洞的发生和发展。

岩
溶形态剖面示意

1-石芽、石林；2-溶蚀洼地；3-漏斗；4-落水洞；5-溶沟、溶槽；6-溶洞；7-暗河；8-溶蚀裂隙；9-钟乳石

施工工法选择：

目前，钻孔灌注桩施工是溶洞区域中使用最广泛的，虽然它具有成本高，对现场环境影响大的缺点。但因其容许承载能力上下限范围广，且满足水平负载要求。针对不同的溶洞尺寸，地质条件等实际情况，钻孔灌注桩可以采用相应的施工方法。溶洞高度为0-30厘米，溶洞高度超过100厘米。在溶洞发育的基础上，有多个溶洞，每层屋顶的厚度不均匀时均可采用。

施工工艺：

1.每根桩检查设计单位所给出的地质数据，如果对没有地质数据或地质数据的桩有疑问，及时进行补充钻探，并根据取芯样品分析绘制地质柱状图后，报告现场地质监理工程师签字并向设计单位报告;设计单位根据补充钻探结果验证或修改原始设计桩长。

2.护筒埋设时，严格按照规范和验收标准控制护筒的垂直度和中心位置。

3.冲击钻孔过程

在钻进过程中，及时采集渣样进行分析和记录，并与设计单位提供的地质数据和地质钻探数据进行比较。如果存在很大差异，及时通知设计单位与地质监理工程师现场商讨;另一方面，经常检查孔的位置，孔的直径，以及孔的垂直度和底部高度，以确保孔的质量。当冲击钻入溶洞时，使用以下过程进行钻孔。

（1）钻进至距离溶洞80cm时，根据溶洞和溶洞的发育情况调整施工方案，并检查准备好的材料或器具。当施工方案和准备好的机器和材料能够满足溶洞处理时，以80~120cm的冲程钻进。

（2）对于填充物为粘土的溶洞，将直径约30厘米的片石填入孔中，每次回填量控制在超过顶板60cm处，然后采用小冲程继续钻进。当填充物为碎石时，孔中填入粘土或水泥，回填量控制在超过顶板40cm。

（3）对于无填充物且小于80厘米的溶洞时，填入水泥及片石并掺加速凝剂。

（4）对于无填充且规模超过80厘米的溶洞，将预先准备好的钢护筒将沉入钻孔中。护筒应穿过溶洞并嵌入下基岩面。冲击穿过溶洞和溶洞后，钻头正常进行，直至钻到设计高度。

4.钻孔检验

钻孔时，除按常规方法检查桩孔外，钻孔达到设计标高后，应根据渣样和现场钻孔记录绘制地质柱状图，并将其报告给设计单位和监理单位地质工程师。

5.混凝土浇筑与分析

应及时进行混凝土灌筑记录，特别是灌筑到溶洞部位时，及时分析混凝土用量。确定溶洞的处理是否完成，为桩基质量检测提供依据。在灌注混凝土之后，混凝土终凝之前及时拔出护筒。

6.桩基检测

桩基试验采用低应变和超声波检测方法，结合钻孔记录表及混凝土灌注记录分析具有可疑波形的位置并准确评估桩体的质量。

岩溶地区钻孔灌注桩施工工艺流程

钻进过程中存在的问题：

溶洞桩基施工过程中存在诸多问题：漏浆、塌孔、埋钻、偏孔、斜孔、卡钻、掉钻、沉渣超标、灌注混凝土超方等事故，容易造成施工成本增加、质量不合格、效率偏低、施工工期长等后果。

（1）漏浆、塌孔

在溶洞桩基础施工过程中，孔内泥浆迅速流失，孔内水头迅速下降的现象即为漏浆。漏浆后孔内护壁失去泥浆的侧向支撑作用往孔内塌陷的现象即为塌孔。

（2）埋钻

当溶洞区域的上覆盖层较厚时，在孔洞形成过程中，基岩覆盖的土壤多为疏松多孔土壤。地下水沿裂缝流入桩孔，形成洞壁坍塌，或溶洞桩基础应用于贯穿裂缝或溶洞时，在溶洞顶部意外地破裂或穿透裂缝通道后，洞中的泥浆头急剧下降。地下水渗入孔内，导致孔内护壁被破坏，上覆盖层由于护壁破坏失稳从而造成坍塌。在严重的情况下，孔口的大规模地面坍塌将导致埋钻现象。

（3）偏孔

部分孔是指溶洞桩基础钻孔过程中孔洞中心偏差值超过“标准”允许范围。当桩基础或桩基的侧面发育有溶洞，鹰嘴，半岩，溶洞裂隙，起伏的溶洞水平，倾斜岩层，石笋等溶洞形态时，由于桩基的横截面的不均匀的力，钻头易于滑动到较软的侧面。从而造成偏孔现象。

（4）斜孔、弯孔

钻进至溶洞时未及时抛填粘土、片石，或者溶洞位置测量不准确，导致钻头沿着松软部位下滑，造成斜孔现象；隔层相对的探头石或孤石，在钻进时形成相互扩孔，使钻成的孔型竖向成“S”型，造成弯孔现象。

（5）卡钻、掉钻

探头石或钻穿溶洞顶板形成的台阶，或溶洞内的孤石、落石，都会在钻进时卡住钻头。掉钻情况一般是在卡钻时强行提锤导致钢丝绳断裂造成或当溶洞较大时突然钻穿，因重力和惯性作用拉断钢绳造成。

6. 沉渣超标

在溶洞桩基冲孔施工中，为了保证孔内护壁的稳定性，常采用提高泥浆浓度的方法。然而，在清孔过程中不能轻易降低泥浆浓度，因此造成清孔困难，导致沉渣超标。

（7）灌注混凝土泄漏、超方

灌注至溶洞位置时由于孔内压力增大，护壁受到挤压，混凝土涌入溶洞造成超方。

处理方法：

（1）漏浆、塌孔的处理方法

当穿过多层溶洞时，钻孔灌注桩施工过程中极易发生泥浆泄漏和孔内坍塌的现象。鉴于这种情况，可采用钢护筒全程跟进或内护筒处理。当不能使用整个护筒时，泥浆池应尽可能大，并保证60 m3以上的泥浆量。同时，准备足够的粘土和片石，并将泥浆管和清水管连接到孔口。一旦泥浆泄漏，泥浆和清水迅速泵入孔中，同时大量回填粘土和石头。对于覆盖土壤的上层松散层，可以跟进钢护筒（距粘土层约7-8米），以防止上部反复坍塌。发生少量泥浆泄漏时，可抛填袋装水泥，并用小冲程反复冲捣。

（2）埋钻的处理方法

当埋钻覆盖的土壤总量较小时，可用钻机自身强行提钻，或与其他辅助设施配合强行提钻;当强行提钻无法解决问题时，可以使用高压水或空气压缩机冲刷覆盖物，钻具上的覆盖物通过导管从桩孔中冲出，然后拉出钻具。当覆盖物基本清除后仍然无法拉动钻头时，钻头可能被石头卡住，考虑采用小包炸药炸散钻具周边后拔出钻具。如果问题仍未解决，请在孔放置钢护筒进行人工挖掘。

（3）偏孔的处理方法

首先，孔内填入大量的片石、泥块。填充完成后，采用小冲程钻孔方法继续冲孔施工;如果在多次填充片石，泥块后校正效果不明显，则使用混凝土浇筑方法来校正偏差。

（4）斜孔、弯孔的处理方法

回填片石、粘土并冲击钻进；若多次回填并未取得效果，则采取灌注水下素混凝土的方式进行处理。

（5）卡钻、掉钻的处理方法

冲击钻应布置打捞环。打捞方法可以采用偏心钩、钢绳套、潜水员打捞及“振动爆破法”等方法。

（6）沉碴超标的处理方法

第一次清孔采用正循环清孔，第二次采用气举反循环清孔，第三次清孔在钢筋笼安装完成后，在混凝土灌注前进行。

（7）灌注混凝土超方的处理方法

对于容量可预测的溶洞，少量超方属于正常现象;当无法估算溶洞容量时，为了防止灌注过程中出现严重超方或事故，应准确计算溶洞高程，并在钢筋笼相应位置采取薄铁板包裹处理或钢护筒持续跟进的方法。

结论：溶洞桩在施工过程中存在许多的不定因素，以上列举的问题及对应问题所采用的解决方法经过现场施工的检验均能达到预期的效果。

参考文献：

1. 《浅析岩溶地区钻孔桩基施工病害类型与处理措施》，学术期刊《建筑工程技术与设计》2015年32期。

2. 《浅谈高速铁路溶岩地区桩基施工关键技术研究分析》，学术期刊《建筑工程技术与设计》2017年13期。

3. 《浅谈岩溶地质桥梁基础的施工处理 》，学术期刊《城市建设理论研究（电子版）》2014年31期。