桥梁施工中喀斯特溶洞的处理技术探讨

文/王长伟、刘铭磐 山东省路桥集团有限公司 山东济南 250021

1、喀斯特溶洞处理原则

于喀斯特地貌区域进行作业时，为有效降低溶洞对桥梁桩基质量造成的不良影响，应首先在施工区域内进行细致的地质勘探作业，通过前期的地质勘测加强对溶洞地区地质及溶洞情况的掌握，从而有效判断溶洞的类型及范围，并对溶洞的具体情况进行详细记录，以便为后期进行施工方案的制订提供依据，并为溶洞处理时的注浆作业提供参考。此外，在完成溶洞处理后，还应及时对处理结果进行检测及验收，确保处理后的溶洞能够满足桥梁桩基的施工需求。

2、喀斯特溶洞处理技术

在进行喀斯特溶洞处理时，较为常见的方法有抛填片石、注浆固结及护筒跟进等，而在实际处理时，通常依据溶洞的实际高度及填充物的具体状况等进行处理方法的选择。

2.1 抛填片石与黏土法

对于洞高＜3m 的单层溶洞，宜选择抛填片石和黏土法。应用此种方法施工时，为避免护筒发生下沉，钢护筒长度应略大于普通地区，且必须≥3m，并且还应视桩基的复杂情况确定是否需要加长穿过易塌土层。

施工前，应将回填用材料准备妥当。其中，石料通常为20 ～40MPa 的硬质岩石，节理裂隙不发育，尺寸小于40cm 的自然级配。黏土含砂率不超过5%，塑性指数为17%～25%的优质黏土，并用编织袋装好备用。

施工时，按照普通钻孔桩方法进行作业，在钻头穿过护筒前，将小碎石填入护筒内口，然后在钻头的冲击作用下将小石子挤压至护筒底口进行加固。钻进时，应根据地质资料中喀斯特溶洞的实际位置，在钻头钻进至接近溶洞顶板高程时，应及时调整减小冲程，避免出现冲程过大导致顶板破裂而出现卡钻、塌孔等事故。当击穿顶板出现漏浆或孔内水位下降时，应及时组织相关人员进行回填，将体积比为0.5 ∶1 ～1 ∶1 的土石材料填入孔内，回填至顶板以上1 ～2m；与此同时，为确保孔内水位高，应及时向孔内补水，并用小冲程钻进挤压片石及黏土至溶洞内，钻头每钻进0.5m 就要进行一次回填，直至孔内水位不再下降。如若发生漏浆时伴随着塌孔，则应立即抛填片石和黏土，下部位置主要抛填片石，上部位置则应抛填一定比例的片石和黏土，直至回填至塌方位置以上1.0 ～1.5m。然后重复上述步骤直至成孔。

2.2 注浆固结法

对于多层溶洞及串珠型溶洞，常采用注浆固结的方法进行施工，注浆材料主要以纯水泥浆为主。注浆前，应对地质柱状图进行细致研读，熟悉每层溶洞所在的高程、溶洞间岩层高度以及填充物等，然后判断注浆钻孔的具体深度，实际钻孔深度应穿过最深层溶洞底板，并钻进至底板下0.5m。

根据测量所放出的注浆桩位进行钻孔作业，完成钻孔后将压浆所用的PVC 管插入孔内，PVC 管为φ50 的多孔花管，从而使由上至下每个高程的溶洞均能完成注浆。在PVC 管与压浆泵之间的输送软管上设置压力表，精确控制注浆压力，不得超过0.5MPa，以0.2 ～0.4MPa 为宜，终注压力为0.5MPa。

在制备水泥浆时，应先加入水然后启动制浆机，最后加入水泥，制浆速度应能够满足压浆泵作业所需。完成水泥浆搅拌后，为避免发生堵管，应在放入存浆池前对水泥进行过筛处理。注浆时，应制定完善的防堵管策略，定时进行管道清理，防止发生堵管。同时，设置一定的时间间隔停止压浆，为水泥浆凝固提供保障，或加入速凝剂以减少停顿时间。

对于大溶洞，可将一定量的粉煤灰或粉土加入水泥浆内，但需要注意的是，掺入粉土量不能超过10%水泥重量，粉煤灰量约为20%～50%的水泥重量。在终注压力下，持续进行注浆10min 后，注入率＜5L/min 时即可停止注浆。完成注浆作业后，在水泥浆达到一定强度后，即可按照正常桩基进行冲孔作业，施工时可能会发生漏浆的情况，采取抛填片石和黏土法，然后钻进成孔即可。

2.3 护筒跟进法

针对桩基钻进过程中多次出现漏浆，且抛填片石、回填黏土处理效果不明显的情况，或是遭遇大型、超大型溶洞（单层溶洞洞深＞8m）的情况，可采取护筒跟进法予以妥善处理，该方法又细分为单护筒与多护筒两种。

在应用单护筒跟进法进行作业前，需提前将所用钢制护筒准备妥当，确保所用护筒数量、规格（板厚0.8 ～1.4cm，且直径＞桩径）满足要求，采取振动下沉的方式及时进行护筒的跟进。在护筒下沉的全程须严格把控其倾斜度，确保垂直度达标，且需避免护筒底部与岩石接触处出现变形卷口，从而对孔径等产生直接影响。待溶洞顶部被锤头成功冲穿后，需换用略大直径的锤头进行多次扫孔，然后将护筒缓缓沉至溶洞底，冲孔成桩。

多护筒跟进法常应用于串珠式或多层超大型溶洞的钻孔作业，在进行作业前需对地勘结果进行细致分析，明确溶洞深度、叠加层数等参数，计算出所需的各规格护筒数量，将其准备妥当。首层护筒为防塌护筒，在首层溶洞的顶板被冲穿后起防止大规模塌孔用，需选用比桩径大500mm 以上的护筒首先沉入至首层溶洞顶部岩面，在沉入过程中需严格把控其倾斜度，以确保后续沉入的护筒垂直度达标。待首层护筒沉入完成后，利用直径大过桩径的锤头将首层溶洞顶部锤穿，然后进行第二层护筒的沉入。该层护筒的直径尺寸应较首层护筒小100 ～200mm，待沉至首层溶洞底后依据地勘结果，选择进行正常冲孔成桩或进行第三层护筒的跟进。

结语：

虽然喀斯特溶洞的处理工艺相较复杂、处理难度也相对较大，但在实际作业过程中，只要做好前期的地质勘探，熟悉掌握施工区域内溶洞的实际情况，依据相关条件参数等综合制定出具有针对性、合理性的处理解决方案，并在具体作业过程中严格、谨慎的组织施工，便能够将喀斯特溶洞处理妥当，为桥梁桩基的施工进度与质量提供切实保障。