大直径冲孔灌注桩填充性溶洞处理问题及分析

大直径冲孔灌注桩填充性溶洞处理问题及分析

郭仕俊

广州市第二市政工程有限公司，广东省广州市510000   

摘要：国内桥梁桩基施工中，大直径冲孔灌注桩遇到多发性、复杂填充性溶洞时的情况时通常采用水泥注浆或片石填充等常规方法，本施工技术主要采用特定配合比的片石、粘土、水泥混合筑壁法配合钢护筒跟进法以及注浆法的施工处理技术，在溶洞的处理上得到了更加高效、经济、安全的效应。

关键词：大直径冲孔灌注桩  填充性溶洞

1  引言

随着科学技术的发展，桥梁施工遇到的问题越来越多，桥梁施工质量要求越来越高，而桩基础作为桥梁施工的最基础最基本的一个工序，合格优秀的桩基础质量是保证桥梁施工成功的关键。而填充性溶洞上方进行大直径冲孔灌注桩的施工是各种不同地质情况下进行桩基础施工的一个特殊情况，本人就是针对这种特殊情况下的施工问题进行分析和处理，并进行总结，希望对以后的类似施工提供经验。

2 工程概况

怀化市鸭嘴岩大桥工程，桥梁总体布置为3.5m桥台（40+36）m预应力混凝土连续梁+（200+74+45）m独塔斜拉桥+3.5m桥台，桥梁总长402m。其中3#墩柱为桥梁主塔，其基础采用22根2.5m的大直径桩。且根据根据工程地质调查，场地下伏基岩为灰岩、白云质灰岩属可溶性岩，区域岩溶发育，勘察在多个钻孔中均揭露到溶槽（洞），溶槽高度0.30-26.70m，溶槽(洞)中均见褐黄色粘性土或卵石全充填，顶底板溶蚀痕迹明显，表现出场地岩溶中等发育，为桥位区不良地质作用。根据钻探资料，在3#桥墩的左侧墩台，发育有大型溶洞，洞高25-30m，为充填溶洞，有可能引发岩溶地面塌陷。其次因墩柱位于河边，进行冲孔施工，必须进行现场围堰施工，后期进行承台开挖，必须开挖深为10m左右的基坑，引下部下伏为填充性溶洞以及裂隙断裂带，后期承台基坑的漏水问题是影响承台基坑安全稳定性的一个重要因素。

图1 桩位平面图

图2 3#墩柱地质剖面图

3 采用的施工工艺及措施

针对溶洞对冲孔桩机影响，技术上，钻孔施工时，护筒底部打入不透水层，选用合适的泥浆的密度，并加强对钻进施工过程和孔内泥浆面高程的检测，避免发生漏浆、坍塌埋钻等事故，同时根据地勘资料，对溶洞处理依照以下措施，可按照步奏、循序渐进采取以下措施：

第一步——常规成孔

前期勘探发现桩基区域不存在溶洞，或着里面已经有了可塑或软塑的粘土或类似充填物，并且经过观测发现溶洞无漏水情况，可不考虑溶洞的处理，而按照正常的地质情况施工。

第二步——片石*粘土*水泥混合物筑壁

鸭嘴岩大桥勘探资料显示3#主塔左半福桩基存在溶洞，同时溶洞内大部分无充填或半充填，溶洞高度在3m上下不等，存在多处多溶洞连接的情况，预估很可能出现严重漏水进而导致漏浆。同时发现护筒内水头高度不稳定或难以保持高度，在项目实践中发现1m³片石、3 m³粘土和0．75 t水泥的比例混合最为合适，水泥可采用更加经济的矿渣水泥，回填是采用慢速的50～80c m小幅冲程，可选用先下水泥，后下混合粘土与片石入桩孔的方式，配合原有泥浆同时停止泥浆循环，施打到冲击锤有实质冲击粘土的感觉，这样使回填的混合物物充分密实，再打开泥浆循环把钢护筒内水头重新提高到安全高度。混合物初凝后具有一定强度和可塑性，能够将桩孔和溶洞交接漏浆处堵住、形成混合物壁垒后，即可以再次正常施工。当然也可以选择在地面使用机具提前拌好粘土、水泥，再灌入已填充好片石的桩孔内，这样可以避免混合物被泥浆稀释导致不能成型或强度变低。

项目施工曾出现再次漏浆的情况，采用反复多次的且适量增加粘土水泥的比例的混合物回填，冲击形成泥石护壁，直到不再漏浆。

混合物筑壁施工是还有一点必须要注意，钢护筒的低高程必须穿透原状地质的地面、砂砾、卵石层等透水层，直接穿透在不透水的粘土层100mm~300mm深度，这可预防桩孔洞漏水和泥浆外渗，保持孔内水头高度和泥浆粘稠度，从而降低塌孔事故的可能性。对于可能存在的一些溶槽、溶沟、小裂隙等等，可以提前就进行片石*粘土*水泥混合物筑壁，可以避免因突然出现的漏浆，导致工期延误，使钻孔施工顺利、如期的通过岩溶区。

第三步——钢护筒跟进

 施工中因钢护筒短，没能形成有效的止水层造成塌孔，导致钻头被埋，护筒埋置应采用钢护筒跟进法。

溶洞大于3m的情况，单层或多层溶洞存在不同程度连接、成垂直串珠状，采取随施工深度增加、接长单层或多层钢护筒直至打入粘土层，即在冲孔施工中有序接高、接长钢护筒，将钢护筒下沉到现场已钻成的桩孔中。

当桩孔穿过溶洞层并且第二步的片石*粘土*水泥混合物筑壁已确实完成，但是在后续冲孔时发现上部已形成的混合物护壁无法阻止漏水、漏浆并且无法解决时，就只能选择钢护筒跟进到该溶洞的位置形成保护来堵漏了。

1、钢护筒的选择。

护筒长度和内径的由护筒长度L=(h+H)m数式确定(h为勘探确定的溶洞高度，H为溶洞顶至地面加30cm)。

鸭嘴岩大桥项目大部分桩基施工选用单层护筒，护筒的内径大于桩直径100mm，但24#桩由于溶洞高度大于4m，使用第二步的片石*粘土*水泥混合物筑壁根本无法形成有效的护壁，且经过多长填充后仍无法控制漏浆，本人怀疑可能溶洞已连接至河床，因此经过高程计算将多层护筒最大程度的接长至溶洞层的上下，做到完全覆盖，确保最内层护筒内径大于桩直径100mm，每向外一层护筒内径大于其内一层护筒的外径100mm，并以此类推。在过程中钢护筒内外径的计算和施工要准确，连接要顺直且具有足够保护桩孔的刚度，板厚可适当减少至8mm。单个的溶洞用单层护筒，双溶洞用双层护筒，多溶洞或溶洞存在大高差或连接至河床水域的情况，也要视情况再次加多层数。

2、内护筒的下放。

鸭嘴岩大桥穿过24#桩大型溶洞顶时，保守采用最小幅度提升冲击锤，在溶洞顶部范围慢放轻提，安排施工管理人员全程站岗，当得到报告冲击锤无明显受阻感、说明溶洞顶已成孔且圆滑垂直的时候，即指挥工人接长钢护筒并下放，千万不能中断施工，否则会出现严重的漏浆。钢护筒下放用钢丝绳活扣扣牢钢护筒，用适宜的起重吊机把内护筒延外护筒内壁、接长下沉至孔底，穿过溶洞为止。

冲击钻成孔具有扩孔性，施工中利用这个特写可以帮助钢护筒顺利下沉。所以在实际施工是钻头一开始稍大于钢护筒外径30~50mm，在冲击到钢护筒的标高后更换为成孔要求的直径大小。

冲击钻要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈，因此在坚硬的岩石中扩孔能力不足，满足不了钢护筒的下沉孔径大小的要求，项目中采用回填粘土、更换直径稍大的钻头，二次冲孔扩大孔径以保证钢护筒成功下沉。

第四步——注水泥砂浆

鸭嘴岩大桥工程所处位置溶洞层数较多，且各桩之间存在高程、平面上的不同位置连接的情况。

首先应保障前期勘察准确，尽量确认溶洞位置，溶洞洞高大于0.5米且小于3米，土层为较厚的沉积河砂，泥浆孔遇溶洞漏浆，极有可能会引起连锁塌方的情况，在鸭嘴岩大桥项目的现场施工中预先压注了水泥砂浆，压注完成一日后恢复钻进（日均气温低于5摄氏度下顺延工期）。

压注压力小于0.4Mpa，稳定2秒后再进行后续的注浆，或临桩泥浆溶洞孔冒浆。

4 技术工程应用后的效果

在本工程大直径群桩施工桩机进行冲孔的过程中，合理的选用了文中四种工艺，其中主要的采用的片石、粘土、水泥混合筑壁法以及钢护筒跟进法，最终效果也是非常满意，现场桩基施工进度达到了业主提到的要求，现场安全质量可控，更重要的是，后期承台基坑开挖后，止水效果也是非常理想，基本没有河水渗入基坑，片石回填以及部分注浆，完全能在投入较少的情况下达到堵塞复杂发育溶洞的效果。

图3 基坑开挖后止水效果图

5 结论

1）在填充性岩溶地区进行大直径桩冲孔施工，钢护筒跟进以及片石黏土回填能够解决桩机冲孔进度问题。

2）填充性岩溶地区进行大直径桩冲孔施工，在后期基坑开挖施工中，能得到良好的止水效果。

参考文献

【1】刘纪录.桥梁桩基施工中溶洞偏孔处理技术

【2】李务鑫.钻(挖)孔灌注桩事故分析、防治-以周田浈江大桥钻孔灌注桩施工为例.广东科技.2010.1.总第229期

【3】赵尊文.钻孔灌注桩成孔过程中孤石处理方法.广东建材2019年第12期

【4】龙季凯.钻孔灌注桩施工过程中遇到问题分析与处理.江西建材.施工技术.2014年第9期（总第138期）

【5】马振国.钻孔灌注桩桩位偏差的原因分析及控制措施.甘肃科技纵横.建筑设计.2019年（第48卷）第5期