旋挖钻机泥浆护壁钻孔灌注桩遇采空区处理措施

宋 军 涛

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021)

0 引言

山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿西山浅部第四系地下水治理工程位于山东省莱州市三山岛特别工业区。该工程地面标高+3.0左右，开挖深度达到了33.00 m(基底绝对标高-30.00 m)。西侧为岩石边坡采用自然放坡，东、南、北侧三侧采用咬合桩进行支护，支护桩支护长度约290 m，咬合桩采用素混凝土桩与钢筋混凝土桩互相咬合，咬合量为250 mm，桩顶标高+2.0 m(坡道部位-4.0 m)，其中素混凝土桩172根，桩径1 000 mm，钢筋混凝土桩173根，桩径1 200 mm，素混凝土桩桩长以进入中风化绢英岩或桩底标高-30 m，钢筋混凝土桩桩长以进入中风化绢英岩不小于3.0 m或桩底标高-35 m，成孔均采用旋挖钻机泥浆护壁钻孔工艺。

1 地质概况

拟建场区地形较平坦，场地原始地貌单元属于滨海冲积平原地貌，地面标高最大值4.67 m，最小值3.52 m，地表相对高差1.15 m。

拟建场地在勘察深度范围内自上而下可分为7大层，现分述如下：

⑤全风化绢英岩(J3ηγLc)：灰白色杂黄褐色，局部杂肉红色，结构构造已基本破坏，矿物成分均已高岭土化，节理裂隙极发育，节理面多见铁锈斑纹，岩芯呈砂土状，手掰易碎。场区仅ZK194-1号孔分布，厚度：7.20 m；层底标高：-13.63 m；层底埋深：17.60 m。

⑥强风化绢英岩(J3ηγLc)：浅灰色杂肉红色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物成分由绢云母、石英、黄铁矿、方解石和残留的钾长石组成，节理裂隙较发育，岩芯呈碎块状或少量短柱状，RQD值≈0。场区普遍分布，厚度：1.90 m～18.30 m；层底标高：-27.63 m～-6.39 m。

⑦中风化绢英岩(J3ηγLc)：浅灰色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物成分由绢云母、石英、黄铁矿、方解石和残留的钾长石组成，节理裂隙较发育，节理面偶见少量气孔，岩芯呈短柱状或少量碎块状，RQD值≈20～90。岩体完整程度为较完整。该层未穿透。

2 水文地质条件

本场区地下水类型为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于④层中砂中，基岩裂隙水主要赋存于风化岩裂隙中。现在基岩裂隙水处于疏干状态。第四系孔隙潜水初见水位埋深为7.80 m～8.20 m，稳定水位埋深为7.70 m～8.10 m。孔隙潜水的主要补给源是受大气降水入渗、地表水(渤海)、地下水侧向径流为主，以侧向径流及人工开采的形式排泄。地下水动态受潮汐、开采条件影响等。

3 采空区分布

本工程是运行矿山，采矿方式为井下开采，全部采用回采法，浅部采矿巷道现已全部废弃，并用C20混凝土进行了充填，但未全部接顶，在咬合桩范围内影响施工的采矿巷道有顶板标高-27 m,-30 m,-33 m的三层。影响范围约130 m，占到了咬合桩总长度的45%，分布范围广，影响深度大，对咬合桩施工造成了非常不利的影响。

4 发现采空区

前期勘察资料较粗，不能满足咬合桩施工需要，开工前进行了施工勘察，勘察期间有两个勘察孔遇到采空区，分别为ZK补-9采空区顶板标高-27.6 m，掉钻4.8 m，ZK补-10采空区顶板标高-33 m，掉钻5.8 m。充分说明以前采空区未接顶，并且空区较大。开工后初期施工咬合桩也有两根遇到采空区，5-21钻孔在-33.2 m遇采空区，用C20素混凝土在钻孔中进行了充填，充填量达到了100 m3；6-A1钻孔在-29 m遇采空区，用C20素混凝土在钻孔中进行充填，充填量达到了260 m3。这就充分说明了采空区未充填接顶。咬合桩钻孔在施工过程中遇到采空区后，护壁泥浆全部漏失，由于此时处于旱季，地下水水位较深，含水砂层较少，孔壁基本处于稳定状态，能够满足大孔充填要求。

由于此矿山处于开采状态，基岩裂隙水一直处于疏干状态，黏土层以下风化绢英岩基本处于疏干状态，仅有上部砂层中含有少量地下水，现在施工处于旱季，到雨季后水位会有所上升，水量增大。由于咬合桩中的钢筋混凝土桩均要进入中风化绢英岩，旋挖钻机钻进基岩时需要泥浆护壁，并用泥浆对钻头进行降温润滑。钻孔施工过程中遇到采空区后，护壁泥浆突然全部漏失，若不及时处理，浆液漏失后极易造成第四系砂层坍塌，造成事故。

5 采空区处理方案选择

针对勘察钻孔和施工咬合桩桩孔发现采空区情况，及时与设计单位、监理单位、业主单位说明采空区的危害，对工程质量及工期的影响，经研究提出了以下几种处理方案：

1)对照业主提供的采矿巷道图，在地表施工充填孔，然后用泵车充填C20素混凝土。

2)在施工咬合桩桩孔时，遇到采空区后漏浆不塌孔时直接用桩孔进行充填，充填后再加注护壁泥浆复钻成孔。

3)对于坡道桩顶标高较低部位采用加长护筒的方法加固第四系砂层，防止塌孔。

4)对于个别桩孔长护筒仍不能完全加固的部位，采用高压旋喷桩加固孔壁，有充足时间处理采空区后再进行钻孔。

6 采空区处理

1)根据业主提供的采矿巷道图，对影响咬合桩施工的采空区先进行地表预注浆，充填孔布置原则为在预计的采空区巷道上布置充填孔，在支护线的两侧各布置一个钻孔，钻孔到采空区终孔或入桩底标高以下2 m终孔，孔径不小于176 mm。由于上部存在第四系，为了保证孔壁安全，充填孔上部需下入套管，套管尺寸不小于168 mm，套管长度为进入强风化绢英岩不小于0.5 m。采用地表压力充填混凝土的方法，充填材料为C20混凝土，坍落度180 mm～220 mm，在套管上连接混凝土输送泵， 利用混凝土输送泵的压力将混凝土泵压到采空区，带压作业有利于混凝土扩散，充填过程应连续作业，充填终止条件为充填孔不能充填为止。地表预注浆孔共计施工充填孔12个，有7个遇到了采空区，掉钻最大者达到了3.8 m，充填量达到了1 800 m3。地表充填孔径较小，不能揭露所有采空区，故不能完全保证施工咬合桩时不遇到采空区。

2)咬合桩钻孔充填，在采空区范围内施工咬合桩时，进尺到采空区标高附近时减慢进尺速度，并时刻注意孔内泥浆面情况，若穿过采空区顶板标高未出现漏浆情况，则按正常进尺钻进；若出现漏浆则立即停钻，观察液面变化，若液面能稳定则补充浆液继续钻进；若持续漏浆或瞬间漏完，则立即撤离钻机进行钻孔充填，下入串筒灌注C20混凝土或与桩体同标号混凝土，若为素混凝土桩则直接灌至设计桩顶标高，若为钢筋混凝土桩则灌至采空区顶板以上至少5 m，然后灌入泥浆，待混凝土终凝后重新钻进至设计桩底标高后下钢筋笼灌注成桩。若来不及充填就造成塌孔则用钻渣回填，后期再用其他措施处理。施工咬合桩钻孔时有15个桩孔遇到采空区，用桩孔充填法处理完成的有10个。其余5个由于到雨季地下水量较大未充填第四系就塌孔，此方法不能处理，改用其他方法处理。

3)长护筒法：对桩孔不能直接充填的钻孔，均为直径1.2 m的钢筋混凝土桩，查看施工勘察资料含水砂层层底标高大部分在9 m以内，综合考虑施工难度及护壁效果，最终选择长度为9 m的加长钢护筒，护筒直径1.4 m，一次安装护筒只能在干孔情况下安装，由于地下水位在地面以下7 m左右，地下水位以下需要泥浆护壁施工，这就造成长护筒不能一次安装到位，为了解决安装护筒的难题，制定了两次安装护筒的方案。第一次安装短护筒，护筒直径1.7 m，长度3.0 m，安装后加注泥浆，然后用1.4 m钻头钻进至9 m后安装1.4 m护筒，安装完成1.4 m护筒后拔出1.7 m护筒，再把护筒周边用黏土填筑密实。用此方法施工7区11根桩，共计遇到采空区4处，均赢得了充填处理时间，此处4根桩均用此方案处理完成。

4)长护筒+高压旋喷桩止水方案，在施工4-B12号桩时，首次施工用3 m护筒遇采空区后漏浆未充填就塌孔，地下水位较丰富，没有足够的时间处理，后下入9 m护筒继续施工，到采空后塌孔速度快，还是未能处理采空区，后通过研究采用高压旋喷桩加固护筒底部第四系砂层及黏土的方法，咬合桩每一侧施工3根500 mm高压旋喷桩，搭接100 mm，施工至黏土层以下2.0 m，停喷在7.5 m，停滞48 h后继续进行施工，在桩孔施工中遇采空区漏浆，第四系出现轻微塌孔，满足充填条件，顺利对采空区进行了充填，用此方案处理完成1根。

7 结语

根据咬合桩施工采空区处理的具体措施，以及其他工程处理采空区的经验，通过以上四种处理方法的结合来处理采空区，顺利完成了咬合桩施工，保证了施工进度，节省了工期和造价，后期经检测支护桩全部合格，说明以上措施是行之有效的，达到了治理目的。