桩基施工遇溶洞与地下承压水相通时的处理措施

董瑞

摘要：桩基在岩溶地区施工，虽然有地质勘探资料，但由于地质的复杂性，会遇到许多不可预见的情况，溶洞与地下承压水相通就是其中一种。本文结合佛肇城际轨道交通某特大桥桩基施工实例，介绍三种情况下的处理措施。

关键词：桩基施工；溶洞；地下承压水；处理措施

1项目概况

1.1 项目简介

佛肇城际交通轨道工程某特大桥全长5.2km，桥梁基础采用钻孔灌注桩，共设置桩基础1258根（其中柱桩1164根，摩擦桩94根）。设计有三种直径1.0m、1.25m和1.5m，以1.25m为主，桩长17.5m～69.5m，砼设计标号水下C35。岩溶处理的桩基有1173根，其中234根出现溶洞与地下承压水相通情况，占处理总根数的19.9%。

1.2 地质情况

据地勘资料揭示，桥址地表覆盖层较厚，上覆淤泥层，该层埋深0.00～17.50m，层面标高-13.85～4.14m，层厚0.40～17.80m，平均厚度7.72m，基本载力为40kPa。岩溶十分发育，溶洞最高达23m，岩溶为溶隙、中小型溶洞、大型溶洞及串珠状溶洞。

1.3 水文情况

桥址临近西江，位于西江中下游段，地表水系发达，地表水主要来自大气降雨补给后汇流于西江，雨季极易受到西江涨水的影响。地下水主要有两种类型，分别为：孔隙水、基岩岩溶水。孔隙水大部分依存在冲洪积砂土层与碎石土层中，具有承压性，水量也较丰富。基岩岩溶水存贮在灰岩发育的溶隙和灰岩形成的溶洞中，水量变化较大，主要受岩溶的发育程度、岩溶洞相互连通性以及承压水位三方面影响。

2 工程实例的三种情况特征介绍

根据地下承压水的大小，结合工地实际情况，出现三种溶洞与地下承压水相通情况，详情见下表：

3 处理原则

3.1不污染地下水源，不破坏地下水系平衡；

3.2结合溶洞大小，采用不同方法进行人工造壁，防止灌注桩基砼时地下承压水冲刷桩身，影响桩身质量。

4 处理措施

4.1轻微程度处理措施

轻微程度采取片石+粘土回填措施：

（1）材料选择：片石直径选择20cm 左右；粘土采用红粘土；

（2）比例（体积比）：片石：粘土=1：1.2，

（3）操作顺序：片石→粘土→片石→粘土→循环进行

（4）单次回填高度：高出溶洞顶2～3m

（5）冲压造壁：

①放入钻头开始回冲，采用0.5m小冲程、高频率冲击方式，此时不追求进尺，将回填料挤入空洞内。

②当冲压至溶洞顶50cm左右时，提出钻头，再次按原抛填方式抛填回填料，重复冲压过程。

③回填冲压造壁反复进行，满足不再漏浆并且进尺在每小时50cm/h左右时可逐渐加快冲程，直至穿过溶洞底板2m左右后恢复正常冲孔速度。

（6）注意事项：

冲击造壁过程中要注意孔内泥浆变化情况，如果孔内泥浆下降较快，应及时向孔内补充泥浆。

4.2中度程度处理措施

中度程度采取片石、粘土、袋装混合料（水泥+碎石+砂）回填措施：

（1）材料选择：片石直径选择20cm 左右；粘土采用红粘土；水泥采用袋装普通硅酸盐P.O42.5；碎石采用31.5mm；砂采用粗砂；编织袋大小采用80cm×50cm。

（2）比例（体积比）：

①片石：袋装混合料：粘土=1：1袋：1.5，

②袋装混合料比例为：水泥：碎石：砂=1.5：1：1

（3）操作顺序：片石→袋装混合料→粘土→片石→袋装混合料→粘土→循环进行

（4）单次回填高度：高出溶洞顶5～6m

（5）冲压造壁：初次回填到预计高度后，用0.5m小冲程冲孔将混合物挤压到洞室内，并反复回填挤压。当冲孔有夯实感时停止冲孔，同时静止24h待混合物的强度达到2.5MPa后再继续冲孔。继续冲孔时，溶洞范围用1m的冲程冲孔，直至穿过溶洞底板2m左右后恢复正常冲孔速度。

（6）注意事项：

①袋装混合料不需要封口。

②静止24h过程中，需将孔内泥浆补满至桩顶。

③部分桩基还需结合软弱层扰动情况，考虑是否下钢护筒，并且所下钢护筒需穿过软弱层。

4.3严重程度处理措施

严重程度采用片石、粘土、灌注水下砼、永久钢护筒的处理措施。

（1） 材料选择：片石直径选择25cm ～30cm；粘土采用红粘土；水下砼标号C20；钢护筒壁厚12mm，长度类型有6m/节、2m/节、1m/节，内径比设计桩径大10cm。

（2） 预备设备：90KW振动锤1台，25t汽车吊1台

（3） 比例（体积比）：片石：粘土=1：1.5

（4） 处理流程：

①由于地面塌陷，先采用片石+粘土回填至溶洞顶以上h[h=地堪溶洞高H/（sin45？）]米后，剩余部分采用粘土回填至桩顶；

②静止1d后，重新测量放样，采用1m的冲程进行冲孔，随着进尺钢护筒同步跟进，冲至漏浆溶洞顶1m时停止冲进，钢护筒跟进至漏浆溶洞顶1.5m处；

③下导管灌水下砼进行封底，砼方量V（1.25m和1.5m的桩V取2m3，1m的桩V取1.5 m3），静止24h后，待混合物的强度达到2.5MPa后再继续冲孔；

④达到强度要求后采用0.5m的冲程进行冲孔，冲进溶洞内时只要有漏浆，仍按比例回填片石+粘土，反复回填冲孔，直至穿过溶洞底板下2m处停止冲孔。此时用90KW振动锤将钢护筒跟进至溶洞底板下1.5m处；

⑤再次下导管灌水下砼进行封底，方法同第③步，达到强度要求后恢复正常冲孔。

（5）施工注意事项：

①熟悉地堪资料，合理调整冲程，防止塌陷时将钻头挤入溶洞卡住无法拔出。严重时，导致桩位作废，需变更设计调整桩位。

②钢护筒振动下沉时应注意控制钢护筒的垂直度，可以通过调整夹口位置来调整。

③保持泥浆比重在1.3～1.4之间，并观察泥浆面的变化情况，缺浆时立即补浆。

5 处理结果

成桩后，234根桩经超声波（桩长>40m）或低应变（桩长≦40m）检测均为I类桩。

6 结束语

本文结合佛肇城际轨道交通某特大桥桩基施工遇溶洞与地下承压水相通时的处理实例，提出了三种不同程度下的处理措施。虽然成桩效果好，但本人认为岩溶地区地质的复杂性，使得地下承压水对溶洞处理以及成樁质量影响也是多样化。不过，本人相信随着新材料、新技术的出现，解决地下承压水带来的影响会出现更多更新的处理措施。

参考文献：

[1] 铁建设2010[241]号.《高速铁路桥涵工程施工技术指南》，中华人民共和国铁道部，2010

[2] 潘彩花，吴怿哲，吕占.复杂岩溶地区的桩基设计与处理[J]工程建设与设计，2008，（12）

[3]刘铁雄，曹华先，鼓振斌.岩溶地区嵌岩桩物理模型设计[J]广东土木与建筑，2005，（08）

[4] 王伟军. 钻孔灌注桩遇地下暗河的常规处理方法[J]. 工程技术：引文版， 2016（5）：00097-00097.

（作者单位：中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司）