预注浆及二次注浆工艺在岩溶区桩基施工中的应用

闫宁

摘 要：泰东高速黄河大桥47#主墩桩基础位于岩溶区，溶洞分布三至四层不等，最大溶洞高度14米。溶洞内充填有裂隙粘土或粉质粘土，多为半充填，充填裂隙粘土一般为硬塑状态，并夹杂有碎石或块状及柱状岩芯，局部溶洞内无充填物。为了保证成桩质量，在对较大溶洞处理时，采用了预注浆及桩底二次注浆的施工工艺。

关键词：岩溶区桩基；预注浆；二次注浆

1 工程简介

泰东高速公路黄河大桥路线，是国高青兰线山东境内的组成部分，大桥路线总长4.146公里。其中，主桥采用（180+430+180米）三跨、双塔单索面组合梁斜拉桥。中下塔柱采用单箱单室空心箱形截面，上塔柱采用单箱双室空心箱形截面，桥塔（含塔座）总高140米。

47#主墩桩基础位于岩溶区，桩基直径Φ2.2m，单根桩长95m，桩基按10×5（横桥向×顺桥向）布置，桩基础采用旋挖钻+冲击钻相结合的成孔工艺。

2 溶洞分布概况及特征

（1）根据勘察设计及逐桩钻探结果显示，47#主墩桥位处石灰岩岩溶裂隙发育严重，溶洞大小不一，溶洞高度1.0～12.7m，溶洞内充填有裂隙粘土或粉质粘土，多为半充填，充填度为50%～100%，充填裂隙粘土一般为硬塑状态，并夹杂有碎石或块状及柱状岩芯，局部溶洞内无充填物，钻探施工时有掉钻及严重漏浆现象，且成孔过程中易塌孔。

（2）溶洞分布深度多数在地表80m以下，溶洞高度多数大于5m，多数属于较大溶洞。

（3）多数桩孔存在多层溶洞的情况，上下层之间的距离在1-10m不等，施工时短距离内将出现多次溶洞处理情况，且上下层溶洞间的连通性不易探明，给溶洞处理增加较大风险和难度（见表1）。

3 桩基溶洞处理方案选择

3.1 溶洞类型判别标准

根据桩基溶洞的具体大小、形态进行归类，选择针对性的处理方案。溶洞分类（见表2）。

3.2 较大溶洞处理

较大溶洞（洞深大于5m）在47#墩桩基施工中广泛存在，由于各孔的溶洞尺寸和深度均较大，且不均匀，对工程的质量危害较多，处理起来有较大风险。处理溶洞前，保证护筒埋深不小于15m，以防塌孔。

对于该类溶洞采用下述的几种方法综合处理：

（1）对于洞内充填程度高、连通性差的溶洞，直接利用旋挖钻钻孔，待钻到距离溶洞顶板5m以上时换冲击钻继续钻进。待冲击钻击穿溶洞顶板时，立即提钻，同时向桩孔内快速补水补浆，提钻后迅速向孔内抛掷粘土、碎石混合料，厚度大于洞高3-5m，待漏浆停止后重新冲孔。

（2）对于洞深大于5m，且洞内充填程度差、连通性较好的溶洞，先进行预注浆处理。使溶洞底部得到一定程度的充填，封堵溶洞底部漏浆通道，然后再利用旋挖钻和冲击钻接力成孔。

（3）对溶洞为半充填类或充填层含水量较大的，在灌注桩基砼时容易引起失浆过多或遇水离析等现象。为保证施工质量，采用二次注浆工艺进行处理，避免出现桩基缺陷、断桩等质量事故。

4 预注浆施工工艺

4.1 预注浆施工

在贴近桩基外径圆周上钻孔（孔径D≥108mm），利用φ=108mm的钢管做套管，然后灌注套壳料，安装袖阀管，待套壳料凝固后从袖阀管内穿注浆管，自下而上在溶洞位置处注浆，注浆压力2～3Mpa左右，当注浆量明显变小时，将注浆管提升50cm后再进行注浆，直至将桩基施工范围内的溶洞全部填满。

4.2 施工要点

（1）布孔 根据桥墩桩基布置和溶洞分布，注浆孔沿桩周均匀布置3个，孔底深度根据地质资料确定。采用优质稀泥浆护壁，为了防止塌孔，钻进过程中应在上部砂层或塌孔位置设置跟进套管，用φ108mm套管护孔。

（2）安装袖阀管、浇注套壳料。钻孔至设计深度并采用清水洗孔后，立即将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止。依次下入按注浆段配备的袖阀花管和芯管，下管时及时向管内加入清水，克服孔内浮力，顺畅下入至孔底。

灌入套壳料，套壳料一般以膨润土为主，水泥为辅组成，主要用于封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液到处流窜，在橡胶套和止浆塞的作用下，迫使在灌浆段范围内挤破套壳料（即开环）而进入地层。

套壳料采用粘土和水泥配制，配比为水泥：粘土：水=1：1.5：1.88，浆液比重约为1.5，粘度24-26s。套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在2-5d内可灌漿。套壳料浇注方法：成孔后，将钻杆下到孔底，用泥浆泵将拌好的套壳料经钻杆注入孔内注浆段。

（3）开环注浆。要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆，待凝时间控制在2-5天以内。灌浆的前期阶段，使用稀浆（或清水）加压开环。在加压过程中，一旦出现压力突降，进浆量剧增，表示已经“开环”。开环后采用双栓塞芯管，从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个灌浆段（溶洞出现位置），其段长为50cm。注浆液采用P.C32.5水泥和水按比例的混合液，二者的比重在满足灌注和强度要求的前提下进行现场配置，注浆压力控制在2.0MPa以内。当注浆压力≥2.0Mpa，吸浆量<2.5L/min，稳定时间25 min；或发生窜浆或浆液漏失严重时，立即停止注浆。

5 二次注浆施工工艺

5.1 注浆管设置

二次注浆利用钢筋笼上绑扎注浆管，采用压浆工艺将溶洞处混凝土不密实的位置进行注浆充填，起到弥补桩基局部混凝土缺陷的作用。

注浆管采用桩基声测管同规格钢管，沿钢筋笼周圈设置四根。注浆管下口定位在最下层溶洞底标高处，每层溶洞处设置注浆专用管件既能防止灌注水下混凝土时水泥浆串入注浆管，又能在压浆时保证浆体顺利压出注浆管。

5.2 水泥浆要求

注浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.8，并适量掺入速凝剂，掺量根据现场试验确定，以缩短混凝土水下凝固时间。

5.3 注浆压力

在已经浇筑的混凝土层中注浆需要较大压力，在3～5MPa之间。控制浆液的注入量，并且记录浆液压力的变化。当压力发生突变时，应停止注浆及时检查是否发生异常情况。

5.4 注浆施工控制

二次注浆在桩基灌注后10-48小时完成。桩基砼灌注后，受溶洞影响失浆或离析都会引起砼固化缓慢，在浇筑10小时后，混凝土基本已经初凝，此时灌浆对溶洞处进行带压力充填，及时给溶洞处未能完全初凝的砼补充同等水灰比水泥浆，填补粗骨料之间缝隙，使其密实。

参考文献：

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