高压旋喷注浆在桩底溶洞处理中的应用

夏同才 骆舟

（中交四航局第六工程有限公司）

0 引言

某高速公路桥梁项目位于清远市连州市境内，沿线地层岩性复杂多变，岩相变化大，岩性种类较多。主要通过地层有第四系、白垩系、三叠系、二叠系、石炭系、地层等，岩性主要为灰岩、泥质灰岩、砂岩、泥质砂岩、砾岩等。桥位区内地层夹有多处土洞、溶洞，溶（土）洞分布空间及深度具有一定的随机性，岩面埋深不一，强度不均匀，地质情况变化大。部分桩基在钻孔施工过程中及浇筑完成后，桩底出现溶洞。通过高压旋喷注浆技术，解决桩基浇筑完成后出现溶洞的情况，保证了桩身完整性。

1 工程概况

溶洞桩基所处桥梁路线跨越山谷，全桥共6 联，上部结构第3 联采用预应力混凝土（后张）T 梁，先简支后连续，其余5 联采用预应力混凝土（后张）小箱梁，先简支后连续；下部结构采用柱式墩，墩台采用桩基础。根据地勘结果，结合地面调查资料及物探成果分析，桥址区不良地质现象主要为岩溶，钻孔溶洞率为50%，场地岩溶发育程度为强烈发育区。

2 桩基施工情况

图1 桥位地质纵断面图

溶洞桩基设计为端承桩，桩径1.6m，桩长23m，桩顶标高343.8m，桩底标高320.8m，设计嵌岩深度为1D(1.6m)，桩身混凝土设计强度为30MPa，单桩荷载7000KN。经设计变更桩顶标高为338.9m，桩底标高为315.4m，桩长23.5m。为确保岩溶发育区桩基施工质量，施工前委托第三方勘察单位对该桩进行了补充勘察，经勘察发现317.86～320.96m 处有1 处3.1m 全充填溶洞，充填物为软塑粘性土及灰岩碎屑，冲孔过程中未出现漏浆等异常情况。

清孔后，泥浆比重1.08，含沙率1.5%，11：30 开始浇筑混凝土，15：00 浇筑完毕，浇筑C30 水下混凝土设计方量47.2m3，实际浇筑63.5m3，灌注过程中未出现浆面突然下降等异常情况。

3 桩基试验检测情况

图2 桩基溶洞及空洞分布示意图

该桩基试件达到28d 养护龄期，经工地试验室及中心试验室试验检测，10-2#桩基硬化混凝土28 天抗压强度为45.9MPa、46.5MPa、45.8MPa，满足设计要求。

经第三方桩检单位对桩基进行超声波检测、抽芯检测以及可视电视检测，超声波检测结果判定10#-2 桩基为Ⅰ类桩，抽芯检测综合判定，桩身完整性类别为Ⅱ类。

根据检测结果，初步判断应为桩底以上40cm 范围内沿桩侧有勘察及施工阶段未发现的小溶洞，混凝土灌注完成后桩身混凝土对岩壁侧压力击穿桩侧小溶洞壁坍塌，导致桩底部分混凝土坍塌形成空洞。现拟采用高压、高强旋喷注浆技术对坍塌的空洞进行补填处理。

图3 可视化检测溶洞图

4 溶洞揭露情况分析

由于现有的物探技术只能半定量、定性地调查溶洞的一般范围和大小，而且钻孔只能在钻孔局部范围内揭露溶洞的垂直高度，因此难以确定分布位置、溶洞的宽度和空间形状。根据大量工程的钻探资料，总结出溶洞、钻孔和桩基的接触关系如下：

⑴钻孔揭示的洞穴垂直高度与实际洞穴相似，洞穴的大小可以通过桩基施工来估算。

⑵钻孔揭露的溶洞垂直高度远小于溶洞实际垂直高度，或钻孔仅揭露岩芯局部溶蚀。在前者设计中，桩基浇筑时会造成混凝土大量损失，在桩基施工中，容易造成钻锤的卡死和脱落。在后一种设计中，如果桩长不通过溶洞位置，则很难在桩基础施工中发现溶洞，这可能会导致分布在桩基承重层中的溶洞危及桩基的安全。

图4 溶洞分布模拟图

⑶桩基嵌岩段中，在钻孔中没有发现溶洞，但在桩基施工中容易发现溶洞的分布，溶洞的垂直高度与溶洞的实际高度相似，容易造成坍塌。

⑷在桩基嵌岩段中，在钻孔中没有发现溶洞，而在桩基施工中只露出部分溶洞，但不易找到。对工程的主要影响是混凝土的损失。若洞内较大，易产生斜桩、卡钻、脱落。

⑸在桩基持力层中，在钻孔中没有发现溶洞，只发现局部岩心的溶蚀或与溶洞相连的溶蚀间隙，忽视了大面积的溶洞或承压地层的侧向发育不厚，隐蔽性强，难以发现。钻孔和桩基础施工，对桩基危害最大，只有通过对多孔桩或桩基础抽芯的进一步勘探才能找到。

5 主要处理方法

根据抽芯资料分析及建议，桩身质量已达到设计及规范要求，只须将桩底40cm 坍塌空洞进行补填、补强处理。本次处理方法首先采用清水高压切割、清洗空洞内的松散充填物，压力不低于10MPa，直至孔内返出清水为止；采用高强度水泥（42.5R）配制水泥浆，水灰比1：1，采用高压旋喷从一个钻孔中压入已清洗过的空洞内，直至另一个钻孔中反浆，反浆与配制的水泥浆一致时，即可停止压浆。使空洞内形成水泥固体，以达到水泥浆液充填空洞，水泥凝固与桩体混凝土形成一体的补强目的。

6 主要工艺流程

6.1 主要施工参数

⑴钻孔：钻孔机械设备采用高速旋挖钻机，钻孔直径不小于Φ91，单管取心，取芯过程中要求倾角不大于1%。

⑵高压水切割：压力不小于10MPa，排量约80L/min，提升速度5～10cm/min，旋转速度18r/min。必要时采用定段、定向切割，利用钻孔的相互连通，由一个孔高压冲洗，直至另一个孔返清水为止。

⑶配水泥浆液：采用高强度水泥（42.5R）配浆，水灰比为1：1。

⑷高压旋喷注浆：高压旋喷注浆压力由低至高进行压浆，终压不少于20MPa，反复在空洞段上下喷射2～5遍，提升速度20㎝/min，旋转速度20r/min。最后提高浆液的浓度至1：0.8～1.0，至各孔内返出与注入浆液的浓度一致为止，结束压浆。

⑸补浆：水泥浆面稳定后，用砂浆补齐至桩顶面位置。

⑹检测：混凝土强度至少达到设计强度的75%，且不小于20MPa 时，采用低应变检测。

6.2 施工工艺流程

高压旋喷注浆工艺流程：对孔下入高压钻具→高压清水切割→洗孔清渣→埋设井口管→配浆→旋喷注浆及压浆→补浆。

⑴采用高压旋喷方式由1#孔位喷射清水及压缩空气进行冲洗扩孔：首先利用高压清水分别对1#、2#钻孔的空洞位置进行反复切割、冲洗，喷射清水时需按设计规定的工艺参数（喷射水压力≥25MPa、空气压力0.7～1.0MPa）直至孔口返出清水为止。采用射流清水冲洗孔后，可增大射流直径，提高固结体强度，清孔后进行注浆。洗孔照片如图5 所示。

图5 高压清孔施工图

⑵配浆：使用高强度水泥（42.5R）。在第一次注浆前，用造浆筒生产水灰比约为1.3 的水泥浆。对1#、2#孔的缺陷段分别进行旋喷注浆，然后制备水灰比为1.1的水泥浆（含补强或加砂）代替注浆浆。

⑶旋喷注浆：旋喷注浆压力25MPa，提升速度20cm/min，旋转速度20r/min。分别对各孔缺陷段反复上下喷射2～3 遍，然后用较浓（0.9～1.0 水灰比）孔底注浆，关井压浆至各孔返注泥浆浓度一致。

⑷压浆：以上程序完成后，关闭井口，用较稠（0.8～0.9 水灰比）水泥浆向孔内静压注入，压力为1～3MPa，稳压20min 即可。当地层裂隙浆液不能加压时，应采用间隔注浆的方法，直至注浆量达到或超过理论切浆冲洗空间2～3 倍以上，注浆压力保持稳定10 分钟以上。

图6 注浆施工

⑸补浆：水泥浆面稳定后，用砂浆补齐至桩顶面位置。

7 质量保证措施

⑴所有施工工序必须按有关标准和设计方案进行，严禁违章作业。

⑵所有材料必须经检验合格后方可使用。

⑶施工过程中严格控制现场质量，按照施工工序实施，做好资料收集、整理工作。

⑷注浆材料应保证满足以下要求：

①注浆用42.5R 普通硅酸盐水泥一般不超过2 个月交货期，并不得受潮。水泥各项技术指标应符合现行国家标准；

②水泥浆应能在适当的时间凝结，并具有一定的强度；

③浆体凝固后，其体积不应收缩过大，保证浆体在短时间内不离析。

⑸采用低应变无损检测对空洞的注浆效果进行检测。

8 结语

通过高压旋喷注浆对溶洞处理，溶洞桩基经低应变无损检测及抽芯检测结果显示，桩基完整性较好，满足设计及规范要求。实践表明，高压旋喷注浆施工技术，具有良好的加固效果，有效提高单桩承载力，成功解决了桩基灌注施工完成后出现溶洞这一技术难题。