浅谈铁路桥梁钻孔桩基础施工中溶洞的处理措施

雷鸿

摘 要 ：通过在贵阳枢纽双线铁路客车外绕线工程沙冲2#大桥工程基础施工中遇到的溶洞及处理过程，介绍了粘土和抛填片石填充、钢护筒跟进和溶洞注浆填充三种施工方法，综合有效利用这三种溶洞处理方法，能够很好的解决铁路桥梁桩基施工一些喀斯特溶洞难题。

关键词 ：铁路桥梁；钻孔桩；溶洞；处理措施

1 工程概况

沙冲2#大桥位于贵阳市花溪区境内，是贵阳枢纽双线铁路客车外绕线工程贵阳南至龙里段间的一座铁路双线大桥，全桥长408.64米，客车设计速度160km/h。不良地质为岩溶，弱至中等发育，部分墩台岩溶较发育，最大溶洞深达27.6米。基础形式为明挖扩大基础和钻（挖）孔桩基础。钻孔灌注桩布置为3排，每排4孔，呈（梅花形）布置，孔径分别为1.25m和1.5m，其中1.5m孔径的钻孔灌注桩桩长为45米。地下有充填溶洞、溶槽，是该桥施工质量控制的重、难点。

2 出现问题及处理措施

2.1 原设计桩底岩层差

多次钻孔快接近终孔标高（或设计桩长）时），其岩样不能满足设计，不能终孔。

采取措施：需超前钻取样重新确定桩长（桩底标高）后，继续钻孔施工。

2.2 意外漏浆

地质资料揭示无溶洞或仅存在小溶洞时，孔内泥浆迅速消失，发生漏浆。分析原因是：泥浆击穿附近溶洞壁引起漏浆。

采取措施：多次向孔内投放片石、粘土或整袋水泥，继续钻孔直到钻孔顺利通过岩溶区。

2.3 孔桩偏斜

钻孔过程中，遇到倾斜岩面时，容易发生孔桩偏斜。

采取措施： 低锤轻冲击、慢冲击，多次抛块石纠斜。

2.4 掉锤

在钻孔工程中，遇到较大的土洞、空溶洞，或连体薄层深洞迅速跨塌，会出现掉锤。

采取措施：在接近溶洞顶板2m距离位置时，低锤轻冲击、慢冲击，减少溶洞大面积跨塌锤现象

2.5 桩孔浇筑砼超量

在灌注孔桩砼工程过程中，砼灌注量超过计算数量，分析是在砼灌注过程中，砼压力击穿泥浆护壁后溶洞联通造成。

采取措施：在岩溶地区浇筑桩基砼施工前，砼拌合站备料充分，砼浇筑时必须连续施工至设计桩顶。

3 岩溶地区施工中常见问题分析及处理措施

3.1 设计地质资料不准确

设计地质资料显示有少量小溶洞，施工揭示中设计地质与现场揭示出入大，造成钻孔施工过程中发生过漏浆、地面塌陷等事故，增加难度且影响进度。

处理措施：在桩基施工前，采用物探或其它如电磁波层析CT 探测等方法准确探明溶洞的溶洞发育、分布、洞高、溶洞层数等具体情况。因此，在施工首根桩时发现地质情况与设计资料出入较大后，选择逐桩超前钻探、确保桥梁的安全可靠性。

3.2 探明溶洞具体情况后施工方案的选择

根据探明地质情况，一般采用以下几种处理方法：

（1）当溶洞内有充填物，是可塑或软塑的亚粘土，溶洞不漏水，按照正常的地质情况施工。

（2）抛填片石。溶洞内为空腔无充填物或为流塑性的半充填物，溶洞的绝对高度不大（一般在3m以内），但漏水较严重，护筒内水头高度不能保持时，可采有片石加粘土（按1：1体积比）回填冲击，使其形成泥石护壁。反复多次回填片石粘土，泥浆稠度达到1.3以上，直至形成泥石护壁不再漏浆为止。

（3）溶洞注浆法。基岩中的大溶洞（洞内无充填物或有充填物，但不密实即大空洞），则先加固溶洞充填物（用水泥、粉煤灰浆填满溶洞），后再进行钻孔。

在具体实施注浆操作前必须对地质情况有一定的了解，利用溶洞间岩层高度、溶洞高程、填充物等信息来选择需要注浆钻孔的深度，一般来说钻孔深度需要穿至最下层溶洞底板之下50厘米。

对需要进行注浆的桩位进行测量，并实施钻孔，待完成钻孔以后将压浆用多孔花管插进孔内，使得整个高程的溶洞都能注到水泥，水泥的水灰比最好控制在0.6比1到1比1的范围，型号选用P.O 42.5水泥。使用输送软管将压浆泵和压浆用PVC管进行连接，并安装相应的压力表，注浆的压力一般应保持在0.2到0.4兆帕，最大不能超过0.5兆帕，最终注压大小为0.5兆帕。搅拌灰浆需要先加水边再开搅拌机，最后再加水泥，待完成搅拌以后可以先进行过滤处理，然后再将水泥浆排入浆池，这样可以避免管道堵塞，此外搅拌机速率应当达到泵的要求。

在实施注浆的时候必须每隔一段时间进行管路清理，避免阻塞的发生；还必须每隔一段时间进行一次停压，给水泥浆足够的凝固期限，最好使用速凝剂来缩短凝固时间。溶洞较大时也可将适量的粉煤灰或者粉土加入到水泥浆中，粉土的混入量必须控制在水泥质量的百分之十以内，粉煤灰则可维持在百分之二十到百分之五十。最后在0.5兆帕的压力下，持续十分钟实施不超过5升每分钟注入率的注浆之后，即可停止注浆。等到注浆后水泥浆的强度符合一定的标准时，即可根据常规方法进行冲孔作业，对于期间发生轻微漏浆的情况，可以对其进行黏土片石的抛填。

（4）钢护筒跟进法。溶洞较大或洞腔较宽，洞内无充填物或流塑充填物，护筒内水头无法保持，采取片石加粘土冲钻挤密，仍然无法形成泥石护壁的，可采取钢护筒跳进法施工。该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其震动下沉至已钻成的孔内，将桩孔与溶洞内流塑充填物或水隔断。钢护筒跟进有两种施工方法。一是冲击钻成孔钢护筒跟进法。还有一种情况就是桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏，漏几个溶洞钢护筒跟到几个溶洞。

有时钻孔中的漏浆现象较为严重，抛填黏土片石效果也不佳，此时急需要使用钢护筒跟进的施工方法，该方法还适用于单层溶洞高度超过八米的溶洞施工。主要分为单护筒及多护筒施工法。endprint

使用单护筒跟进法进行施工时，必须事先预备一些直径超过桩径的钢护筒，其厚度约为8到14毫米，紧接着进行振动下沉作业。具体为令护筒下沉到与岩面等高的程度，期间要保持护筒垂直且避免其因底口发生卷板而改变直径，然后在进行常规冲孔，待溶洞的顶板被击穿以后，再使用大一些直径的锤头在岩面进行扫孔操作，直至护筒下沉到溶洞的第板，然后在进行钻孔和设桩。

多护筒跟进法比较适合串珠型和多层的特大溶洞。对溶洞的层数以及高度等进行充分的图纸研究是该方法的第一步，据此再选定所用护筒层数及长度等数据，一般来说第一层护筒直径需超过桩径至少50厘米，这样才可以使后续护筒保持垂直。具体进行施工的时候先把第一层护筒降至最上层溶洞的顶板岩面位置，这样可以避免溶洞被击破造成大规模的坍塌，从而引发安全问题。待适当直径的钻头钻穿第一层溶洞的顶板以后，就可以跟进第二层护筒，与第一层护筒的直径相比，第二层必须小于其10到20厘米，然后将其放置在第一层溶洞的底板，实施钻进，根据具体状况令第二岑护筒跟进到孔底，或者是跟进第三层护筒，然后在进行钻孔和设桩。

3.3 溶洞处理工程数量及注意事项

3.3.1 溶洞处理工程量研究

溶洞处理所耗工程量的大小，与实际施工处理喀斯特溶洞的规模，以及所使用的方法存在着密切关系，就本文中所述的溶洞桩基施工来说，使用粘土和片石的工程量为635立方米，使用注浆水泥的工作量为47.62吨，使用跟进钢护筒的工作量为56.64吨。

3.3.2 桩基混凝土灌注注意事项

第一，溶洞处理以后的桩基，其位于溶洞的部分孔壁厚度较低，因此在实际施工时可以适当的加大泥浆的密度，这样可以有效避免在注浆过程中发生塌孔等现象。

第二，实施注浆时必须根据实际情况增加导管的埋藏深度，避免当混凝土的侧压力过大时，孔洞处的护壁由于承压能力不够而发生挤破，护壁挤破会导致混凝土外流及导管外露，从而产生装机断裂的可能。

第三，注浆要保持一定的连续性，持续的。充足的注浆操作可以避免一些突发事件的产生。

4 总结

铁路桥梁钻孔桩基础施工中溶洞处理方案的原则：

（1）每根桩必须用地质钻机钻探，详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型，画图列表，为制定相应施工方案提供详实依据。

（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，为注浆参数计算提供依据。

（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）对每种处理方案，都要进行仔细的计算，施工前在桥位外进行溶洞钻孔试桩试验，取得经验数据，完善施工方案，指导施工。

（5）遇到大溶洞时，必须请监理工程师和设计单位核查，明确处理方案，并报监理批准后实施。

参考文献：

[1] 钻孔灌注桩经验交流会[J].铁道建筑，2008（01）.

[2]袁定安.钻孔灌注桩低压力后压浆的应用研究[J].西南交通大学，2006.

[3]叶奎.刚-柔性桩复合地基承载力研究[J].浙江大学，2006.

[4]朱奇，潘军.南京长江大桥6号主墩钻孔桩施工技术[J].铁道建筑技术，2007（S1）.endprint