多溶洞地区桥梁桩基施工技术

杨胜文 项 逍 张 平 王 磊 张战彪

(1.中国一冶集团有限公司湖北分公司，湖北 武汉 430080; 2.武汉理工大学交通学院，湖北 武汉 430063； 3.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010)

0 引言

桥梁桩基础是最常见的一种深基础，它能适应各种地质条件，克服浅层土质不良以及满足建筑物对地基承载力及抗倾覆稳定性等方面的要求，桩基础因其显著的优势在岩溶地区被广泛采用。由于岩溶地段桩基施工的复杂度和困难度较高，给钻孔和注浆带来一系列的难题，在施工过程中极易发生偏孔漏浆、钻孔偏斜、卡锤掉钻、钢筋笼被卡住等问题。在多溶洞地质桩基施工中，认识不同岩溶作用的特点，充分发挥有利因素，对不利因素进行限制，对公路桥梁建筑施工安全是非常重要的。

多溶洞地区桥梁桩基施工技术在国内有着丰富的施工经验。张庆[1]对岩溶地区桩基施工中常见的问题进行了介绍，并对这些施工问题给出了解决方法。石振明、沈丹祎等[2]以吉安永和大桥桩基施工为例，总结了溶洞对桩基的影响，结合工程实际建设要求，采用“钢护筒跟进+片石、黄泥回填”的方案进行技术处理，取得了良好的效果，确保了成桩的质量。丛伟[3]介绍了溶洞桩基施工中的溶洞造壁技术、钢护筒跟进施工技术和密闭压浆施工技术，并给出了桥梁桩基施工中常见故障处理手段。王林山[4]结合广乐高速公路坪石至樟市段地处粤北山区段桥梁桩基施工，依据溶洞处理方法和原则，介绍了大型溶洞分类处理方案。欧阳柱,潘殿琦等[5]结合深圳岩溶地区桩基施工技术难题，针对性地提出了解决土洞、溶洞复杂地层钻孔灌注桩施工技术方案。采用片石黏土回填、注浆或素混凝土回填技术，解决了溶洞复杂地层灌注桩施工难题，取得了较好的效果。

综上所述，桩基溶洞施工难题解决方法都是相似的，不同的地段适用不同的施工方法，但是大多数研究者并没有给出各个施工方案的适用性以及优缺点，本文通过介绍不同地质条件下桩基溶洞处理技术，并给出各个施工方案的局限性及适用情况，方便施工人员根据现场实际情况快速选择施工方案。通过分析溶洞施工常见难题及其发生原因，论述了针对这些工程问题的解决方案。

1 多溶洞桩基地区施工方案及其局限性

1.1 抛填片石处理法

抛填处理方法适用于填筑小规模的溶洞，并且具有施工快捷、简单、经济等优点。抛填片石法就是在发现护筒内的泥浆出现流失时，在溶洞用抛填材料进行回填，一般可采用片石、黏土、砖块等，采用钻头冲击将它们紧密的挤入溶洞中，直到回填材料接近溶洞顶部。填充后用钻头进行慢速冲击，保证泥浆能充分挤入溶洞缝隙内，使溶洞内部形成泥浆护壁。在施工过程中，一旦发现泥浆面下降需再次进行回填和冲击，直至溶洞不再出现漏浆现象。

局限性：抛填片石法适用于较小溶洞，当溶洞面积较大，深度较深时。一方面抛填材料不容易运输至溶洞内部，抛填难度较大，施工周期较长。另一方面由于填充物处于松散状态，施工质量难以控制，施工人员安全风险较大。对于一些面积较大的溶洞，应采用钢护筒跟进施工法，防止在施工过程中出现泥浆流失现象，保证孔壁不会坍塌。

1.2 灌注砂浆法

溶洞层数较多，为避免漏浆引起溶洞塌方，常采用灌注砂浆法填充溶洞空间，使其凝固成坚实的固结体，在压注24 h后进行钻进，可有效防止漏浆、塌孔。

压浆材料采用普通硅酸盐水泥，为了避免灌注时砂浆堵塞管道，灌注的砂要选择洁净的中粗砂。在注浆前钻进4个孔，其中一个中心孔用来压浆，另外三个桩周孔用来排水以及检查砂浆高度。在注浆的过程中，中心孔灌砂、注浆轮流进行。灌砂过程要分为几次，将砂注入溶洞高度约为4 m～5 m时，停止灌砂，然后开始灌注水泥浆。在灌注时注浆管插入砂中一定深度，以免砂和水泥浆灌注不均匀。在灌注完成后用清水冲洗注浆管，避免水泥浆凝结在管壁上。等到溶洞内水泥浆凝固后，反复进行灌砂、压浆操作直至灌满溶洞。

局限性：若溶洞空间较大，混凝土使用量较多，施工成本较高。在灌注砂浆时，一部分溶洞有向周边及下边发育的迹象，并且溶腔内部裂隙较多，在灌注砂浆时，混凝土可能会随着裂隙流向地下暗河，混凝土会随着大量流失，导致施工成本过高。

1.3 旋喷帷幕法

旋喷帷幕法主要针对高度大于8 m的溶洞，适用于桩周附近易塌土层预加固处理。采用单管水泥砂浆注浆。在旋喷桩位放样后，采用优质泥浆护壁钻进。成孔后，拔出岩芯管，换上带有特制喷嘴的喷管插入指定深度。按照设计参数配备好水泥砂浆后，利用高压脉冲泵从喷嘴喷出水泥浆液破坏溶洞周围土体，同时将喷杆旋转、提升，将浆液与溶洞四周崩落的土混合。等到它们凝固后，便形成圆柱状固结体。通过旋喷桩的相互咬合搭接，使之搭接成闭合的帷幕，起到阻截地下水和支护溶洞的作用。

局限性：旋喷帷幕法施工过程较复杂，对设备的要求较高。调配的泥浆稠度要合适，稠度过大容易堵塞管道，稠度过低喷射效果不好。在现场要设有专业人员经常测试水泥泥浆比重，喷浆作业中，还需要及时了解地层情况，施工人员适当调整水泥浆和水灰比来调整浆液性能，保持浆液的可喷性。施工过程还需要经常检查、记录注浆压力、注浆深度、浆液流量及喷机转速。

1.4 钢护筒跟进施工法

对于较大型溶洞，且洞内无填充物或有少量填充物，漏水情况比较严重，采用其他方法仍无法形成泥石护壁，一旦处理不当将会出现泥浆迅速流失现象，严重时甚至可能出现断桩风险。面对这种情况，可采用钢护筒跟进施工法。该方法是在钻孔时将钢护筒跟进下放至溶洞底部岩层，可隔绝溶洞内流塑状填充物或水的活动，有效防止溶洞顶板大量漏浆使地面层塌陷，防止塌孔风险。

在施工过程中，施工人员先通过振动打桩锤将孔壁打压严实，在冲击过程中要随时掌握孔内地层情况，并且匀速、轻缓的提升冲锤，以免护壁失稳坍塌。之后提起钻头，将钢护筒吊起，并将其插入外钢护筒内，缓慢下放至岩面，在接近溶洞时，向其中抛入填充片石，若钢护筒出现下沉困难的情况，可轻缓振动辅助其下沉。对外护筒进行固定后，开始对顶板进行冲钻，反复提升冲锤。当冲锤感受不到明显障碍物时，说明溶洞内已经成功成孔。在此过程中要不断抛填片石及黏土块，对回填的片石进行反复冲砸，并随时注意孔内情况，及时补充泥浆至孔内。通过对回填材料反复冲砸，使孔桩旁边形成护壁，然后将内钢护筒放入其中。

局限性：钢护筒在施工过程中要严格遵守工艺流程，在钻孔和下放钢护筒时要确保其垂直度满足要求，避免出现倾斜现象。施工结束后，由于钢护筒难以回收造成其成本较高。钢护筒施工法适用于大型溶洞或者地层有深厚淤泥质等复杂土层。

2 溶洞桩基施工常见问题

2.1 漏浆、塌孔

漏浆问题是溶洞桩基施工中重点监视的问题，由于岩溶地段地层中有很多结构复杂的缝隙、空洞、沟壑等，并且在钻孔施工时溶洞内未填充密实，在灌浆的过程中泥浆会流失，造成漏浆，严重时孔内液面会快速降低，孔内外产生巨大的压力差而塌孔。

塌孔多由漏浆产生，也有可能由于施工操作不当，比如在提钻头或者下放钢筋笼时触碰破孔壁，或者是护筒附近放置太多重物造成塌孔。塌孔主要分为孔内塌孔和孔口塌孔两种，一般孔内塌孔更难处理。塌孔问题影响较严重，甚至可能造成桩孔报废，因此及时发现并能有效解决塌孔问题在岩溶地段桩基施工中是非常重要的。

2.2 偏孔

偏孔是指在成孔施工过程中，桩孔出现倾斜，其倾斜程度不符合施工和规范要求。偏孔产生的主要原因是岩层风化程度不均或者桩孔内部底层岩石软硬不均，当冲锤冲到此处时，钻杆突然偏向一侧。此外，钻孔过程中，桩基平台由于支撑不好、机器被移动以及出现仪器故障等原因也会导致偏孔现象。

2.3 卡钻、掉钻、埋钻

当钻孔施工时因为操作不当、孔壁不规则或者机器故障会经常导致卡钻、掉钻、埋钻等事故的发生。事故发生的主要原因有卡钻时强行提升，导致钻杆或者钢丝绳发生断裂；在黏土层中黏土添加过多导致埋钻；钢丝绳。转向环等仪器老旧或者损坏，没有及时更换；钻孔前地质探查不明，钢护筒没有跟进到足够深度位置。卡钻和掉钻如果没有处理被埋没，就会造成埋钻。从以上因素可以看出，导致卡钻、掉钻、埋钻事故的主要原因有机器设备故障和人为操作不当。

2.4 钢筋笼被卡住

在钻孔完成后吊放钢筋笼被卡住，说明钻孔是弯曲的或“蛇形孔”。弯孔或蛇形孔出现的原因主要是由于钻进速度过快，钻头在钻进过程中避开坚硬的岩层，沿着松软的土层钻进导致的。

3 溶洞桩基施工事故处理方法

3.1 漏浆、塌孔处理

在岩溶地区的桩基施工，施工前期要做好防护工作，施工后期要做好补救措施。在施工中要准备好足量的片石、黏土和水，以便出现漏浆现象时能及时补救。针对施工过程中出现的塌孔现象，为了保护钻机，施工之前在钻机底部垫上钢板，扩大承重面积，防止钻机因土层塌陷而损坏，保证现场施工人员的人身安全。

3.2 偏孔处理

针对偏孔问题，在施工过程中可采用片石和黏土进行回填，这是最方便也是最经济的处理措施。回填片石要回填至偏孔2 m以上位置，用钻头将片石冲砸密实，施工人员要随时注意钻头是否保持水平，一旦出现偏孔，马上纠正。若在施工过程中出现较坚固的探头石，采用回填片石方法仍然处理不好时，可以采用高标号混凝土回填，待混凝土强度满足要求后继续钻孔。

3.3 卡钻、掉钻、埋钻处理

现场人员要经常检查钻杆、钢丝绳和联结装置。对有损坏的设备及时更换。在钻头上装备保险绳方便掉锤后的打捞。面对卡钻的情况开始要轻提钻头，如果提拉不上钻头，可采用冲击的方法使钻头周围的土石松软后再提出。在抛填片石黏土时，要对泥浆稠度和钻头进尺深度进行检查。若发现已糊钻，应立即改用小冲程缓慢施工，并回填部分砂和砾石以降低泥浆稠度。

3.4 钢筋笼被卡住处理

钻孔验收合格后才能下放钢筋笼，如果吊放钢筋笼被卡住，立即停止下放，避免钢筋笼被卡死，先尝试能否将钢筋笼提上来，提上来后就重新下钻扫孔，并检测钻孔垂直度。如钢筋笼提不上来也放不下去，此时应下放两个吊钩用起重机提升钢筋笼，提升完成后对该孔位再次验收合格后才可重新下放钢筋笼。

4 结语

多溶洞地区桥梁桩基施工是桥梁施工中的难点，本文介绍了4种常见的溶洞桩基施工技术，并论述了各个施工方法的适用情况、优点、技术难点以及缺点，讨论了各个方法的适用情况。多溶洞地段地质条件复杂，桩基处理一旦处理不当容易造成大的安全事故。面对这些施工难题，针对性的提出解决漏浆、塌孔、偏孔、掉钻和钢筋笼被卡住等问题的方法，为类似溶洞处理提供了参考依据。