大尺径灌注桩穿越复杂溶洞技术研究

赵军升

摘要：以桩基工程现场施工为课题进行探讨，对于桩基穿越复杂溶洞地区所遇到的工程问题进行探讨，提出双护筒施工方法，在保证工程质量的同时也确保了工程按照工期顺利进行。

关键词：复杂溶洞;穿越;施工工艺

0 引 言

近年来，随着经济的快速发展，大型交通项目的建设也呈现井喷式，与此同时桩基础的应用范围也越来越大。桩基础的应用则涉及到顶板厚度的问题，但目前，对于桩基以及溶洞顶板厚度的研究相对较少，国内外主要采用理论研究、数值模拟和模型试验等方法进行研究。国内学者梅国雄[1]等通过建立二维离散元模型，得出带承台单桩由于成拱现象，使得桩基整体承载力得到提高。夏炼[2]等通过ANSYS软件建立模型进行桩基荷载-位移特性分析，得出岩溶对桩基承力性能有不利影响的结论。蒋明镜[3]等通过模拟单桩竖向抗压静载试验，得出随着桩的沉降增大，单位桩长侧摩阻力从桩顶到桩端呈非线性增长趋势的结论。谢上飞[4]等结合具体工程案例，考虑桩端下伏岩溶顶板冲切破坏模式，提出了桩端下伏岩溶顶板厚度与桩体承载力的关系。陶可[5]等为优化岩溶区桥梁摩擦型桩基的设计计算，针对某工程采用的摩擦桩进行桩长优化分析与计算，给出了桩端嵌岩深度的优化方法。虽然对于桩基以及溶洞顶板厚度的研究较多，但是对于桩基下伏多个溶洞等工程情况所进行的研究较少。

因此本文对大尺径灌注桩穿越多个溶洞的施工技术进行研究。

1 现场施工工艺

桩基采用冲击钻成孔法成孔，水下砼灌注法施工，在施工时尤其应该注意以下几个问题。第一个问题即为漏浆、塌孔问题，漏浆问题将会导致塌孔问题的发生，由于溶洞顶板沟槽相互连通，以及裂隙发育，因此当钻孔至此位置时，以及发生漏浆，如果发生漏浆则应该马上向孔内投入水泥包、片石以及黄土包，并且立即补浆。对于复杂溶洞施工时，可以采用预注浆的方法，其原理是对溶洞内填充物进行固话，堵塞沟槽，防止沟槽与溶洞、桩孔相连通;第二个问题为偏孔、卡钻问题，由于基岩起伏较大以及侵蚀、溶洞顶板倾斜、岩石强度不尽相同等问题，导致钻孔时极易发生卡钻等问题，对于此类问题，多层溶洞可以采用两层钢护筒的方法，同时加强钻头强度，尽量减少孔位的净冲时间，如若发生偏孔，则应该反复向孔内投入片石以及优质粘土，直至偏孔修正为止;第三个问题为断桩问题，一方面由于钻捶冲击力较大，钻进时在孔径周围形成了较大负压，浇筑混凝土时压力释放，使黄泥等杂质进入混凝土中，形成断桩，另一方面也可能是因为灌注时对于混凝土量把控不清以及设备等问题造成。

2 溶洞处理办法及合理性对比

对于溶洞的处理办法，第一种为压注双液浆法，这种方法的原理是对溶洞内填充物进行固化并且达到一定强度以及填充溶洞空间，以防止在钻孔时发生泥浆流失、塌孔等情况，但是这种方法一般只适用于10m以下的溶洞;第二种为灌砂、压浆法，原理是通过灌入的砂来填塞溶洞空间，然后灌入浆液固化砂，所达到的目的和第一种方法相同，这种方法一般适用于6-10m高的且溶洞内无填充物的溶洞;第三种为填充粘土和片石法，这种方法一般适用于钻孔到达溶洞顶板造成泥浆流失，导致塌孔时，这种方法适用于6m以下溶洞，比较经济、方便、快捷;第四种方法为灌注低标号混凝土法，对于较大溶洞，会出现填充片石、粘土仍然难以成孔或者水下灌注的混凝土被冲垮，此时可以选择此种方法;第五种方法为钢护筒跟进法，这种方法一般适用于较大且情况比较复杂的溶洞，可以通过钢护筒阻断溶洞内填充物或者水的流动，同时可以根据溶洞的数量调整护筒的级数。

3 处置措施

对于桩基所处地区为灰岩地区，岩溶发育，且桩基下伏多个溶洞，在这种情况下，一旦溶洞顶板被击穿，经常会出现漏浆、塌孔以及地面等灾害的发生，因此为了避免此类情况的发生，保证安全以及顺利施工，在该工程中选用内外钢护筒跟进法进行施工，一面焊接高护筒，一面进行冲孔，之后将钢护筒压到或者震动到孔内。

在施工时应该注意以下两个问题，第一个问题为钢护筒的沉放過程，每层钢护筒之间都要灌注混凝土浆液，以防止周围土压力造成缩孔、断孔情况的发生，同时外层钢护筒中的浆液可以提供水压力，可以防止孔的坍塌。在遇到溶洞时，三层钢护筒所起的作用分别是最外层的钢护筒只在浅层，中间的钢护筒到达溶洞顶板底部，最里面的钢护筒穿透溶洞，依次向下进行钻孔。

同时也应该注意内层钢护筒的沉放问题，外层护筒下沉时先利用重力让其下沉，之后再利用振捶将其振动至指定位置，之后更换直径为小直径桩锤钻孔至设计标高。内护筒沉放时用型钢制作双层定位架辅助定位，确保护筒垂直度，下放过程中分节下放，内护筒悬吊在定位架上。

4 结论

对于桩基下伏多个溶洞的情况采用钢护筒跟进法施工，在工程上已经取得了较大成功，极大程度的避免了塌孔、漏浆等问题的发生。预注浆对于处理溶洞是一种常用的方法，可以用来预防多种问题的发生，但是对于复杂溶洞，尤其是串珠状溶洞，并不能彻底依赖，而且也不能彻底防止漏浆、塌孔等情况的发生。对于文中所述的灰岩地区岩溶发育区相类似的地质条件，采用内外钢护筒跟进法和预注浆法，以及其他应急手段，可以保证桩基顺利施工并成孔。

参考文献：

[1]杨济铭，张小勇，张福友，曾超峰，梅国雄.砂土中桩-土-承台协同作用下桩基承载特性细观研究[J].岩土力学，2020，41（07）：2271-2282.

[2]夏炼.岩溶地区桩基承载特性影响因素研究[J].公路，2018，63（11）：168-171.

[3]蒋明镜，肖俞，陈双林，胡海军，吴晓峰.砂土中单桩竖向抗压承载机制的离散元分析[J].岩土力学，2010，31（S2）：366-372.

[4]戴若琪，谢上飞，贺炜.基于岩溶顶板冲切破坏的桥梁桩基承载力分析[J].公路工程，2013， 38（03）：34-37+52.

[5]陶可，唐国东，邓亮，毛明.岩溶区摩擦桩桩长优化设计方法及其应用[J].公路工程，2012， 37（05）：44-46.