水下灌注桩溶洞施工技术

刘向荣

(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)

在我国南方地区分布有大量的岩溶地区，随着高速公路的飞速建设，越来越多的高速公路桥梁需穿越岩溶地区，由于岩溶地区地质情况复杂，对桩基施工造成极大的危害。通过具体的工程实践，对岩溶地区的桩基施工进行小结，为以后岩溶地区桩基施工提供借鉴。

1 工程概况

广东省江肇高速公路高明河特大桥全长1 664 m，共66个墩台。该桥桥址位于珠江三角洲西南部丘间冲积盆地，地势平坦开阔，根据地质资料揭示，该桥地层岩性复杂，地层有特殊性软土分部，岩性为淤泥或淤泥质土、粉质粘土、细砂、粗砂、粉砂层叠相交，地下水丰富，粉质粘土遇水较容易软化、泥化，下伏石炭系灰岩层中有隐伏状岩溶存在，岩溶较为发育，有溶洞、土洞分部，局部以溶蚀沟槽为主。

2 工程实例

由于该桥桥址位于岩溶发育地区，为确保施工安全和质量，故采用逐桩超前地质钻探，以摸清每个桩基的地质情况。以Y26-2为例，根据地质勘察报告显示，该桩地层由上至下依次为:素填土、淤泥、粗砂、粉质粘土、中风化灰岩、溶洞、中风化灰岩、溶洞、中风化灰岩、溶洞、中风化灰岩、溶洞、中风化灰岩。该桩有四层溶洞呈串珠状分布，上面三个溶洞较小，分别为1.2 m，0.8 m，2.1 m，第四个溶洞较大为5.3 m。四个溶洞总高度为9.4 m，且四个溶洞全部为无填充状。该桩设计桩径为1.5 m，桩长38 m，桩基类型为嵌岩桩，且桩基南侧30 m为一正在生产的厂房。

3 施工方案的确定

针对该桩溶洞较大且呈串珠状分布，施工难度较大，为确保工程质量和进度，初步拟定了三个施工方案进行比选。方案一:采用钢护筒法，即采用比桩径大20 cm的钢护筒，利用振动锤预先下放穿过易坍塌地层，然后进行钻进，遇到溶洞时，反复回填片石、粘土筑壁成孔[1]。方案二:采用注浆固结法，即在桩位周围预先布设4个～6个注浆孔，然后采用注浆泵对溶洞注水泥浆(双液浆)或砂浆，预先处理溶洞，然后成孔[1]。方案三:采用内外双钢护筒法，即先沉放外护筒，外护筒直径为桩径+30 cm，然后冲进击穿溶洞，接着沉放内护筒，利用高压喷射法对回填体进行注浆处理后，冲进成孔[1]。对于上述初步拟定的三个方案，组织技术人员进行了认真学习和分析，进行了经济比选以及结合项目工期等综合因素，最后决定采用方案一进行施工。

4 施工准备工作

根据选定的施工方案，首先组织相关技术人员进行学习，并对施工班组进行详细的技术交底。其次成立了溶洞处理专职技术小组，现场派驻4名技术人员进行24 h轮流值班，一旦出现险情及时上报和应急处理。然后现场准备好充足的应急材料，即备好片石100 m3，粘土50 m3，水泥10 t，备用泥浆池1个约100 m3，2台备用泥浆泵，装载机1台。

5 施工方案的实施

1)场地平整后用20 t压路机进行碾压以加固原地面，然后进行测量放样，并设置护桩和下放钢护筒的导向桩。钢护筒采用1 cm厚的钢板利用卷板机自行加工，钢护筒直径为 170 cm，每6 m分段运送至施工现场。钢护筒运送到现场后，利用布设的导向桩精确就位后，采用90 t的振动锤和25 t吊车进行下沉，分节吊装焊接后下沉到基岩面。在下放钢护筒的过程中，现场技术人员随时观察和检查钢护筒的垂直度，确保钢护筒垂直不倾斜。钢护筒共下放14.6 m。

2)钻机就位，按照规范要求进行冲进，冲程控制在2 m左右。由于上部14.6 m为软土层，钻进速度较快，泥浆颜色为灰黑色，且伴有臭味。在14.6 m以下进入岩层，冲进速度较慢，在冲进到21 m时，根据地质资料显示距溶洞顶面约60 cm，为防止钻头在击穿溶洞时产生偏位，停止冲进，回填约50 cm片石后，改用小冲程80 cm继续冲进。在击穿第一层溶洞后，泥浆面急剧下降，现场立即启动两台备用泥浆泵进行补浆，同时回填片石和粘土后，改用60 cm小冲程反复冲击以固壁。仔细观察钢丝绳无摆动，说明孔位无偏斜，继续进行钻进。为保证固壁的效果良好，再次回填片石和粘土约1 m后进行钻进，钻进过程无异常。在进入第二层溶洞时，泥浆面发生缓慢下降，启用两台备用泥浆泵进行补浆后，经过24 h的观察，泥浆面趋于稳定，但为了保证固壁效果，再次投放了约1 m的片石和粘土，进行钻进，钻进过程无异常。

3)在进入第三层溶洞后，泥浆面发生急剧下降，启用两台备用泥浆泵进行补浆后，泥浆面在20 min仍然下降了约10 m，于是停止补浆，进行回填片石和粘土约3 m高，观察泥浆面仍有气泡泛冒，停机观察24 h后，泥浆面稳定，无气泡泛冒。用60 cm小冲程进行钻进，在钻进到溶洞后，仍有漏浆发生，经过5次反复回填片石和粘土后，方穿过该层溶洞。

4)在进入第四层溶洞后，由于该层溶洞较大，在击穿溶洞后，泥浆面瞬间下降约10 m，补浆已经来不及，紧急投放片石和粘土回填3 m，经24 h观察后无异常，用60 cm小冲程进行钻进。在钻进过程中，多次出现漏浆现象，多次采用投放片石、粘土和水泥，反复进行冲砸。在该桩施工过程中，泥浆比重始终保持在1.4[2]，并且制备泥浆的粘土采用了优质粘土。该桩自开工到成孔历时35 d，灌注混凝土方量超设计方量50%。在成桩28 d后，经小应变检测和声测该桩质量良好，达到Ⅰ类桩标准。

6 结语

1)对于岩溶地区的桩基，在施工前，应逐桩进行地质超前钻探，如条件允许，每个桩基宜钻探3个孔，呈等边三角形布设，以摸清桩基范围内溶洞的大小和分布情况，为桩基施工制定合理的方案提供基础资料。

2)在工期紧，周边有重要建筑物的条件下，采用下放钢护筒的方法是比较经济、快速的一种处理方法，采用钢护筒对溶洞上部软弱地层进行预先护壁，是避免冲进溶洞后漏浆引起上部软弱地层坍塌，进而引发地表下陷危害建筑物的一种有效方法[3]。

3)在有溶洞的桩基施工前，一定要做好应急准备工作，备好充足的泥浆、片石、粘土和水泥，在进入溶洞漏浆时或到达溶洞位置但不漏浆，要及时进行回填片石、粘土或水泥进行固壁，以避免混凝土灌注超量，保证成桩质量。

4)在采用冲进钻进行钻进成孔过程中，在溶洞顶面60 cm～100 cm和进入溶洞后，必须采用小冲程，即不大于80 cm进行钻进，切不得采用大冲程盲目冲进，避免危害事故的发生。

[1] 杨文渊，徐 犇.桥梁施工工程师手册[M].第2版.北京:人民交通出版社，2003:6.

[2] JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].

[3] 陈秋活，张勃蓬.广州华南路三期A3标桩基础溶洞处理[J].山西交通科技，2005(3):63-65.