岩溶地段桩基施工溶洞决策法处理技术

刘彩霞

（中铁二十局集团第二工程有限公司， 北京 100142）

1 工程概况

新建南玉铁路站前工程位于南宁市横县校椅镇，工程主要包括石狮特大桥、学冲特大桥、罗塘村特大桥、旺村特大桥及白花特大桥，并且这些桥梁的部分桩基工程位于岩溶区，需要进行溶洞处理，其中白花特大桥328#-4、328#-5、328#-6桩长最长，为71.5m，溶腔层数为9 层，具有工程数量大、施工工艺复杂、风险较大的特点。白花特大桥位于横县县城北侧，穿越马岭、横州、校椅三镇，乡村便道直达桥位，交通较便利。

2 处理方案

目前岩溶地段在桩基施工过程中，对大型溶洞尤其是空腔类型的溶洞，宜选择灌浆填充法，但此法造价比较高；对小型溶洞尤其是溶隙、溶槽等一般选择片石黏土水泥回填的方法；穿溶洞桩基施工时对于高度＜5m 的空腔溶洞或填充物为软塑状溶洞，采用抛填片石、黄泥、水泥。对于空腔高度≥5m 溶洞、半填充溶洞以及串珠状溶洞时，串珠状溶洞各串珠间硬质岩的厚度＜2m，采用钢护筒跟进。

在对桩基溶洞进行处理时，应结合溶洞大小所引发的风险大小选择多种方式相结合的综合处理法[1]。该工程项目根据地质勘查数据信息，对溶洞数量、大小、位置埋深和填充等情况进行统计分析，并对其失稳风险等进行研判。

2.1 溶洞分类

2.1.1 根据溶洞的大小进行分类

对岩溶而言，溶洞的大小是一个重要特征，会对其处理方式及具有的风险大小产生直接的影响，根据溶洞的大小进行分类一般有以下几种：（1）小型溶洞：单个溶洞高度＜5m，或串珠状溶洞各串珠间硬质岩的厚度＞2m。（2）中型溶洞：单个溶洞高度介于5～10m，或多个溶洞之间的距离比较小（冲孔时会被击穿而形成一体化的溶洞），则其累积溶洞高度高于5m 的。（3）大型溶洞：单个溶洞高度在10m 以上或多个间隔距离比较小的溶洞，其累积高度高于10m 的。

如果在某一桩进行超前地质钻施工中没有揭露溶洞，但在相邻桩进行钻探的时候发现有中型以上的溶洞，那么此种情况便可认为疑有溶洞，这主要是由于在桩基施工过程中，会存在钻头击穿周围溶洞的可能性，而导致本桩出现塌孔和漏浆问题[2]。

2.1.2 根据充填状态进行分类

溶洞空腔里可能会有填充物，则存在的坍塌风险也不一样，其中没有填充的溶洞存在的坍塌风险要相对较大，根据充填状态进行分类主要有：（1）无充填型溶洞：溶洞之内没有充填物；（2）半充填型溶洞：溶洞之内的空腔有一半被充填；（3）充填型溶洞：溶洞之内的空腔全部被充填。

根据地质勘察相关资料表明，溶洞多数为无充填型，局部为半充填或全充填溶洞，填充物为黏土和砂土。

2.1.3 根据漏水情况进行分类

因为DK89+121～DK90+580 段环境水具硫酸盐侵蚀性，可能造成溶洞的岩溶裂缝，会使溶洞和地下水相连通，导致其在地质钻探过程中或者桩基施工过程中出现漏水现象，而溶洞发生漏水则会加大其岩溶风险。根据漏水情况进行分类主要有：（1）不漏水：即没有漏渗水现象的溶洞；（2）半漏水：即存在少量漏渗水现象的溶洞；（3）全漏水：即漏水量比较大甚至和地下水进行连通的溶洞。

2.1.4 根据垂向个数进行分类

（1）单层溶洞：即桩基施工或钻孔施工揭示只有一个溶洞；（2）多层溶洞：即桩基施工或钻孔施工揭示其中不止一个溶洞，且溶洞之间的距离较近，所以又称之为“串珠状溶洞”。

2.2 处理桩基溶洞的方法

先对岩溶进行勘察，并分析勘察资料。按照不同溶洞具有的风险大小将其分类，然后再一一选择相应的处理方案。

2.2.1 回填法

（1）采用抛填片石、黄泥、水泥进行回填的方法。适用高度＜5m 的空腔溶洞或填充物为软塑状溶洞现象的处理。采用旋挖钻施工。（2）素混凝土灌入方法。适用于中大类型溶洞、孔内漏浆现象比较严重的情况，通常在利用片石粘土回填法处理无效后才选用此法，也适用于斜孔、倾斜岩层等问题。

2.2.2 钢护筒跟进法

（1）钢护筒跟进到易塌层下面2.5m，最后拔出钢护筒，适用于小型溶洞且覆盖层部分有容易塌土层（砂层或者淤泥层），采用旋挖钻施工。

（2）适用于钢护筒跟进到土洞底下1.0m，采用旋挖钻施工。

（3）钢护筒跟进到覆盖层部分的底面：①和建构筑物距离非常近的小型溶洞；②中型溶洞（全填充式或已完成预处理的）并且和建构筑物相距较远。采用旋挖钻施工。

（4）单层钢护筒跟进到溶洞底部：①单个形式的中型溶洞（半填充式或无填充式溶洞）且其顶岩层厚度≤1m；②单个形式的大型溶洞且其顶岩层厚≤1m；③和建构筑物相距十分近的全填充式中型溶洞，且其顶岩层厚度≤1m，采用旋挖钻施工。

（5）双层钢护筒跟进到溶洞底部：①单个形式的中型溶洞（半填充或无填充式）且溶洞顶岩层部分厚度＞1m；②单个形式的大型溶洞且溶洞顶岩层部分厚度＞1m；③和建构筑物距离较近的全填充式中型溶洞，且溶洞顶岩层部分厚度＞1m。采用冲击钻施工。

（6）钢护筒跟进：双层钢护筒跟进到溶洞底部。适用于中型串珠状形式的溶洞（单个溶洞高度介于5～10m），分布多个且各串珠间硬质岩的厚度＜2m。采用冲击钻施工。

2.2.3 综合法

（1）预处理法结合回填法或钢护筒跟进法；（2）抛填结合钢护筒跟进施工，当空腔高度＞10m 时选用此法。

3 片石以及黏土填充复钻方面的施工要点简析

3.1 对溶蚀发育较轻、空洞和漏浆量较小的桩基进行施工

（1）开孔时利用小冲程来冲击钻孔，做到“准”和“稳”，以间断方式进行冲击，尽量少抽渣，确保开口圆顺。

（2）加入片石且尺寸＜15cm，反复进行冲击约2～4 次，将护筒底部四周的土层挤密实。

（3）关注钻机、周边地表沉降以及护筒内部水位变化情况，以防出现异常情况。

（4）结合地质柱状图，在靠近溶洞时多观察、多检查，抽取岩样并判断是否已接近岩溶的地层。

（5）靠近岩溶时主绳部分的松绳量控制在1～2cm，以防击穿岩壳时出现卡钻现象。

（6）当岩溶地层部分的上壳被钻穿时如发生漏浆现象，及时向其中投放如黄土、片石等物质并补水，确保孔内部水位的高度。

3.2 对空洞比较大且以软塑状为填充物的单层溶洞的桩基进行施工

利用振动锤将钢护筒下沉至基岩部位，再冲击钻孔一直到溶洞顶板，到达后不管有没有漏浆现象或原本是不是未填充溶洞或半填充溶洞或填充物是软弱粘性土物质或淤泥的溶洞，进洞后都向内投放片石物质和袋装粘土物质，使填充物高于溶洞顶面部位2.5～3.0m，接着利用小冲程冲锤法对投放混合物进行冲击，不用取渣，只需将其挤入溶洞裂隙即可，如此反复进行操作，以此减少灌桩施工过程中混凝土出现的扩散流失。

4 结束语

本文主要对桩基施工有关岩溶方面的处理方法进行研究总结，对原先单个溶洞和单一形式的处理方法进行了优化，结合南宁市白花特大桥桩基施工过程遇到的有关溶洞处理方面的问题，根据岩溶特征，基于经济适用的相关原则，针对各种处理方式提供相应的汇总决策法，并对处理方案进行了强化。