岩溶地区桩基施工探讨
2016-10-17
一、工程概况
广乐高速第T30合同段位于广州花都区，本工程共计有桥梁桩基998根，桥梁基础均采用钻孔灌注桩，大部分桥址所处地区岩溶较发育，有溶洞、土洞分布，局部以溶蚀沟槽为主，为不良地质现象，对桥梁施工有较大影响。
考虑所处地区为岩溶地区，在进行桩基施工前逐桩进行地质勘探。勘探结果显示本工程地质结构以砂层为主，溶洞见洞率达到40%，地下溶洞高度在0.2米~15.5米之间，并且多处多孔位出现串洞。
二、溶洞处理原则
1、在岩溶地区必须逐桩钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型。
2、对填充物进行土工试验，分析其物理力学特性，检测容重、含水量、孔隙率等。
3、根据地质钻探资料和填充物情况，对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。
4、遇到特大（超过8m）溶洞时，必须请监理工程师和设计单位核查，明确处理方案，指导施工。
三、溶洞处理方法
根据溶洞的大小、充填状态、是否漏水及溶洞垂直个数采取相应的处理方法。
（一）施工准备
1、对地质资料中出现溶洞的桩基础，应加大泥浆制备量，以应付随时出现的失浆现象，同时根据需要加大泥浆稠度。
2、钻空口附近作管线探测，对重要管线以及临近建筑物提前做好保护措施。
3、在钻孔口位置储备一定数量的粘土，并用纤维袋装好。同时储备一定数量片石，储备量大小依据溶洞大小而定并确保及时调运。
4、钻机安装时，尽量加大触地面积，安放足够枕木，在桩基后侧用缆绳拉住稳定。
5、在钻孔附近，储备一定数量钢护筒，以应突发事故。
（二）施工方法概述
1、常规成孔法
当溶洞有充填物，是全充填可塑或软塑的粘性土，且溶洞不漏水，则基本上可以不考虑溶洞的存在，而按正常地质情况施工。只是在成孔施工时应注意提高泥浆的性能，加强泥浆护壁的作用，并保持孔内泥浆水头高度。
适用于小溶洞（溶洞高度小于3米）或大溶洞（溶洞高度3~8m），溶洞内全充填粘性土，且在成孔过程中溶洞基本不漏水，不漏浆。
2、片石粘土回填法
采用正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入黄土和片石，利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，还可掺入水泥、烧碱和锯末，以增大孔壁的自稳能力。
施工方法：为有效利用片石，片石与粘土的比例约为1:1；掺加水泥时，掺加比例为每米2包；掺加锯末时，掺加比例为粘土的10%。其中片石采用强度30~60MPa花岗岩或石灰岩，石块粒径以15~50cm为宜。掺加粘土是采用水泥袋包装后投放效果更佳。水泥投放方法为以整袋投放为佳。掺加方法为：片石、粘土袋（可选择添加水泥、锯末，也可不添加）分层间隔掺加，回填高度为溶洞顶板以上1~2米处。
主要适用范围：
（1）本方法适用范围很广，除可单独适用外，还可以与其它溶洞处理方法结合使用。
（2）特别适用于小溶洞（溶洞高度小于3m），溶洞内全充填中粗砂，钻头穿过溶洞时发生漏浆。
（2）适用于小溶洞，无充填物或半充填。对于溶洞高度1.5m~3m的无充填物的溶洞，采取本方法时要谨慎，要综合考虑溶洞的体积、溶洞顶部岩层和覆盖层的厚度、覆盖层的土质、周边构筑物环境及管线情况。对于存在钻孔冲破溶洞顶板时，泥浆瞬间流失或急剧水位降低而可能造成地面塌陷及影响周边构筑物或管线安全，最好能提前采取一些预防措施。
（3）适用于大溶洞（溶洞高度3~8m），溶洞全充填物，溶洞漏浆情况不严重，上部覆盖层土质较好，一般不会因短时漏浆而造成大的塌孔的情况。
（4）对于大溶洞，半充填或无充填物的情况，要针对每个桩孔认真研究对照，预估溶洞的大小，预估溶洞漏浆对桩孔的破坏程度，需谨慎采用此方法，宜做一些辅助和预防措施。
3、素混凝土灌入法
这种方法是采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时往孔内灌入低标号混凝土（也按水下砼灌注方法），间隔一定时间后采用冲击钻成孔。
施工方法：混凝土可采用C20（C15、C10也可）素混凝土，为尽快提高混凝土强度，节约施工时间，应在混凝土中掺加一定早强剂，提高素混凝土的早期强度。
对于倾斜岩面，为校正孔位，回填素混凝土应与斜岩面顶面平齐；对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm。
灌入48h后，灌入混凝土强度达到70%，且应在桩基范围取芯检验充填效果，待溶洞完全充填后，方可进行桩基施工。
主要适用范围：
（1）适用于无充填或半充填的大、小溶洞。
（2）因造价等原因，实际上直接采用此方法的较少，一般是在采用方案B失败后，才不得于改用此方法。或者是岩层严重倾斜，为调整偏孔而采用此方法。
4、洞内填充预处理法
溶洞预处理的目的是加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度(10MPa以上)，防止钻孔桩施工时发生泥浆流失、流砂及坍孔等，保障成孔及水下混凝土浇筑等一系列施工工序顺利完成。且应在桩基范围取芯检验填充效果，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。
洞内填充加固预处理法又可分为灌浆法、灌砂注浆法等等。以灌浆法居多。对于无填充物的较大溶洞，可考虑采用灌砂注浆法(或灌砂浆法)。
施工方法：根据溶洞大小及充填情况，在有溶洞的桩位中间和四周均布1~4个灌浆孔。其中孔径80mm，孔深要求达到最深溶洞的底部。采用单液或双液灌浆系统进行溶洞指定位置的全孔灌浆，要求少量多次，反复灌浆。为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入浆液与沙子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的注浆量和注浆压力控制值为止。注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆压力必须调高，最后封孔。
主要适用范围：多适用于无充填物的小溶洞或多层溶洞（多层串珠状小溶洞），也可用于各种有充填物的溶洞挤密加固。
5、钢护筒保护法
钢护筒保护法分为：钢护筒预先保护法和钢护筒跟进保护法。对于钢护筒跟进保护法，又可分为单层钢护筒跟进保护、双层或多层钢护筒跟进保护。
施工方法：钢护筒分为开孔护筒（或叫普通护筒）和跟进护筒，有时开孔护筒就作为第1级的跟进护筒。开孔护筒在最外层（内径最大），仅跟着是第1级跟进护筒（第2层），依次类推，最后一级护筒在最内层（内径最小，比设计桩径D大10cm）。钢护筒采用优质钢板制成，厚度为12~14mm，钻进时每钻进2m焊接一节外护筒，至溶洞后再焊接4m长护洞，钢护筒顶固定槽钢，用振动锤打人，打入时严格控制中心位置及垂直度。内护筒分节焊接，自由下落至孔底。两层护筒之间填砂状物使两层护筒同时受力。
主要适用范围：
（1）适用于特大溶洞(溶洞高度大于8米)
（2）适用于大溶洞(溶洞高度3~8米)的无充填（或半充填）溶洞，并且溶洞上方的覆盖层为易塌孔的中粗砂层。
（3）采用其它方案处理溶洞不成功，经常漏浆塌孔，成孔异常困难时，可改采用本方法。
四、钻孔施工注意事项
1．根据《工程地质勘察报告》资料随时检查孔内水头高度和泥浆稠度、钻头负荷是否正常，排碴时及时往孔内补水并认真分析渣样，看渣样是否与地质资料相符，昕钻头冲击岩层的响声，判断是否接近岩溶地层。准确测量数据，做好详细的钻孔记录，发现问题及时处理。
2．在松软地层采用中小冲程钻进；在较硬岩层部分采用大冲程钻进，但要注意岩缝裂隙的存在防止卡钻。当钻到溶洞顶板上lm时减小冲程，采用小冲程钻进，由于顶板地层软硬不均，防止出现斜孔，或由于泥浆流失塌孔埋钻；在溶洞内钻进时小冲程造浆固壁，加大泥浆稠度，确保固壁良好。
3．基岩面的裂隙、溶槽往往与溶洞串通，地下水通过溶洞内的透水充填物形成暗流。在钻孔过程中，孔内泥浆比重较大，当其压力大于暗流水压时就会发生漏浆。当钻头穿透溶洞顶板时，孔内泥浆就会下泻造成孔内压力骤然下降，孔内外压力差骤然加大，或溶洞顶层地层薄弱，由于孔内泥浆骤然下降，压力差加大均会引起护壁坍塌。
4．要求施钻人员随时量测钻孔深度，一旦到达溶洞位置，立即向孔洞内加入黄泥、片石或水泥，并采用小冲程钻进。通过溶洞，同时注意孔内水位的变化，一旦发现漏水或有坍陷的前兆，应立即采取措施向孔内加黄泥、水泥和片石，必要时提前向商品砼站预订水泥砂浆灌入溶洞内。
5．若回填粘土、片石无法纠偏时，采用在溶洞内灌注水下砼，待砼达到设计强度后，再冲击钻进至设计深度。
五、结论
在实际施工中由于地质条件复杂导致无法采用统一的溶洞处理方法，需要根据溶洞大小及周边地质条件选择及经济又合理的施工方案。在广乐高速桩基施工中，针对溶洞处理采取了多种有效施工方法，通过声测及抽芯对已完桩基进行检测，一类桩比例达到了85%以上。
参考文献
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