岩溶地区钻孔桩溶洞处理综合技术
2016-12-05
1 概述
溶洞发育地貌称为喀纳斯地貌，在此类地貌环境下施工由于地质复杂、施工难度和风险大，容易出现卡钻、掉钻、塌孔、地面沉降、断桩，甚至出现涌水涌泥和危机施工机具人员、周围建筑物等安全事件的发生。
2 溶洞处理总体方案
①在施工前需对溶洞进行分析，实地考察溶洞的地貌特征，针对不同类型的溶洞采取不同的处理方式，避免出现一刀切的施工模式，造成各种浪费现象。②一般溶洞及大型溶洞在进行施工前应该预前将空洞以及缝隙进行注浆作业，同时在钻孔作业时要利用填土等形式提高钻孔效率。③特大型溶洞采用护筒跟进法施工。如果溶洞属于单层架构应该采取单层护筒进度施工模式；如果溶洞属于多层结构那么就根据具体溶洞结构采取不同的护筒跟进作业，具体施工案例中多采用2～3层护筒。之所以采取护筒跟进作业模式就是为了提高钻孔的成功率。
3 溶洞地质桩基的施工方法
在属于溶洞地质区域进行施工前，需要了解当地的地质特点，尤其是溶洞的具体情况要了解重复，包括溶洞的大小、溶洞结构、有无漏水现象等，在确定施工方案前要充分考虑这些因素，在施工的过程中要随时观察溶洞的地质变化，及时根据溶洞地质等对施工的影响采取相应的改进方法。在进行溶洞钻孔作业时，一般采取具有卷扬机带冲击锥的冲击钻成孔，采取此种工具可以及时发现钻孔过程中遇到溶洞，进而有效监测溶洞的变化，同时其具有钻孔速度快、破坏面积小的特点，而采取勘察孔不能全面反映地质，当其他钻孔作业过程可能会因为遇到溶洞而发生施工事故，造成人员伤亡、机械损害的情况发生。
4 岩溶地区溶洞类型判断
进行溶洞施工作业首先要明确溶洞的规模以及类型，根据类型的情况分析具体的施工作业模式，因此对于溶洞的类型特征我们一般划分为以下四类（见表一）。
5 溶洞处理
对于溶洞的施工处理要采取科学的手段，选择差别化施工，因为这样可以提高施工效率，降低施工成本支出等。
5.1 小型溶洞的处理 对于小型溶洞，如11#墩1#桩基础，桩长14m，桩基范围内存在5个小溶洞，最大溶洞高度1.5m，最小30cm，为空洞或空洞充填粘土。
11-1#桩在溶洞处理过程中采用抛填片石、粘土互层（或碎石粘土团）反复用重锤小冲程钻进方式，进行桩孔的填塞和桩壁挤密。
当使用上述施工填充模式进行钻孔时，尤其是在钻孔在形成前，注入的泥浆等要维持高强度和强粘度的特点，而不能反复注入泥浆。当然此种作业模式是建立在添加的物质强度要与需要钻孔部位的地质强度相同或者高于溶洞岩石强度的0.5到1.0个等级。因为如果添加的填充物强度低就会造成在钻孔的时候填充物被破坏，达不到填充的效果，实现不了溶洞钻孔施工的目的。
5.2 一般溶洞及大型溶洞的处理 ①超前注浆预处理。通常情况下一般溶洞都存在漏水或者半漏水的情况，因此为了防止漏水原因导致在钻孔过程中出现钻孔泥浆流失现象的发生，需要在钻孔前对其进行注浆。对于施工难度大、护筒跟进难度大的桩建设，需要使用超前注浆处理模式，首先要使用水泥对钻孔进行封堵，在压力的影响下，实现泥浆的流动，通过流动将泥浆填满整个溶洞缝隙。在注浆的过程中要使用注浆泵进行施工，在使用注浆泵的过程中严格按照施工流程操作，防止因为操作不规范导致注浆效果失败。②间歇式注浆预处理。间歇式注浆就是在施工过程中采用间断式注浆，一般间断的时间要大于6个小时，保证先前注入的泥桨与沙子等达到融合与凝固，减少注浆过程中的浪费，实现注入最小浆体达到最大压力值的效果。间接式注浆模式主要是针对特大溶洞而言的，它是为了降低浆体流失，造成浪费而使用的一种施工工艺。钻孔桩一般比较小，以此注浆厚度一般只需要达到1～2m即可，因此间歇式注浆是此种施工的主要手段。但是其会延长施工周期，如果既要保障工期又要使用间歇式注浆就要在注浆原料上入手，适当掺入水玻璃等快凝材料，以加快施工进度。③冲击钻孔过程中溶洞的处理。施工人员要全面掌握溶洞地貌，并且要将钻孔位置标出给予相关钻孔人员，让他们了解钻孔位置的地质地貌，在进行到一定程度时要注意填充足够的小片石或狗头石（直径20～40cm）和粘土，对于半充填和无充填物的溶洞要组织足够的水源。钻至离溶洞顶部1m左右时，在1～1.5m范围内变换冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。④特大型溶洞的处理。特大型溶洞由于其规模比较大，地质复杂等原因，在对其进行施工时为了防止出现溶洞因为钻孔而出现泥浆流失结果出现溶洞发生倒塌等灾害，应该对特大型溶洞施工采取护筒跟进的方法，以此保障溶洞钻孔施工的顺利进行与安全生产。
护筒跟进工艺具有投入高成本的缺点，因此在对中小型或有充填的大型溶洞要尽量减少护筒跟进的使用次数。
①护筒跟进施工工艺。护筒跟进施工时首先要选定地点填满钢护筒，然后进行钻孔作业、放入辅助护筒，通过振动护筒实现穿越溶洞的目的，进而钻到溶洞的顶部，通过护筒注入泥浆，完成钻孔。对不同结构的溶洞需要采取不同的护筒施工方式，比如单层溶洞需要一层钢护筒就可以；对于多层的溶洞，可以使用2-3层的护筒。具体操作步骤：在第一层护筒完成后，要对护筒的底部进行封闭，防止注浆时因为外力出现漏浆。第二层护筒施工时要在护筒外侧焊耳筋固定护筒，严格控制护筒的长度，护筒的长度不能超过第一层护筒底部的深度。②内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理。使用护筒跟进施工，需要利用泥浆对两层护筒进行加固保障其具有抗击力的目的，具体的施工方法是在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂，然后用高压喷射灌浆法（施喷法）对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30MPa，其抗渗系数可达10-7m/s。灌浆处理后，即可重新冲孔。③护筒跟进施工控制。对于特大型溶洞的处理，要时刻保持安全施工的意识，在护筒跟进作业时需要及时观察溶洞前面的实际情况，掌握溶洞情况是安全施工的重要环节。位于特大型溶洞地层中的钻孔桩，经常会发生安全事故，因为特大溶洞的地质比较复杂，常常会发生溶洞倒坍的事故，因此在钻孔施工前一定要掌握溶洞的地貌特征，为护筒跟进作好充分准备，根据溶洞的埋深、产状、发育层数等确定护筒跟进深度、跟进层数。护筒跟进法在钻孔作业过程中，应该做好应急预案制度，时刻具有处理危险事故的意识，护筒跟进施工是为了避免溶洞施工上体不发生坍塌事故，但是在实际的施工过程中，当护筒跟进施工到某一位置时，就有可能受到作用力的原因，采用振动外向锤很难一次性成功，通常施工经常采用边钻孔边跟进的工艺。这一模式可能会因为作业人员的原因或者探测孔没有及时跟进导致钻孔速度超过护筒跟进速度，导致一部分溶洞的上体没有完成护筒作业，结果导致前面的钻孔没有外力支持，导致出现坍陷。尤其是当出现斜体地质结构时，采取护筒跟进作业，就会存在一定安全隐患，因为护筒是对某一个方向进行外力支撑，使得斜体另一端的地质缺失保护，尤其是溶洞出现漏水现象时造成漏浆而发生意外。
6 结束语
由于溶洞的地质特点不同，因此在施工的过程中要根据不同的溶洞地质特点采取不同的施工方式，保障溶洞钻孔施工顺利开展，通过针对性施工可以提高施工的效率。但是根据实际的施工管理分析，溶洞钻孔技术还有许多需要改进的地方，需要施工人员在施工过程中总结经验，提高施工工艺。
参考文献：
[1]王钧利.桥梁施工技术及质量控制[M].水利水电出版社，2006.
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[2]交通运输部公路局.铁路桥梁工程施工技术指南[M].中国铁道出版社，2008.10.20.
[3]宁伟钊.岩溶区钻孔桩溶洞处理技术浅析[J].中国房地产业， 2011（8）.
作者简介：沈文军（1974-），女，辽宁朝阳人，辽宁建筑职业学院建筑经济系教师，高级工程师，讲师。
