岩溶地质钻孔桩施工遇溶洞时的处理方法与质量控制研究

张 伟

（中铁二十二局集团第二工程有限公司， 北京 100041）

1 工程概况

新建南宁至崇左铁路NCZQ1标吴圩双线特大桥全长3269.02m，桩基629根，设计孔径1.25m和1.5m，其中1.5m孔径28根，桩长12.5m至46m不等，其余全部为1.25m孔径，桩长7m至83.5m不等；桩基采用C35钢筋混凝土，环境作用等级为H1，钻孔桩基础钢筋采用HPB300光圆钢筋。地表覆盖层成分主要分为：人工弃填土、黏土、红黏土、角砾土，岩石主要以灰岩和夹白云质灰岩为主。桥址区地表水主要为大尺江支流，地下水主要为第四系孔隙潜水、裂隙水及构造水，桥址区洼地地下水位埋深0到8m。岩溶地质发育强烈，溶洞主要分为空洞和全充填、半充填软塑状黏土溶洞，土石交界处形状复杂、岩面不平整、高低悬殊，无法确定溶洞形态，溶洞连通率高，局部横向贯通多根桩或者串珠状垂直竖向分布。

在吴圩双线特大桥施工桩基时施工极其困难，如何对岩溶进行处置属于工程施工的关键节点以及操作难题中的一个。在进行工程操作的时候，可以按照不同的溶洞深度、不同层级以及多样化的填充物，来规划溶洞处置方案，以保障桩基础施工过程中的质量和施工安全性。

2 钻机的选型

钻机选型对桩基施工是否顺利具有重要影响，必须综合考虑地质状况施工工艺、工期要求来选择适合的钻机。对于主要地质为灰岩的地区，由于灰岩强度较高，岩面凹凸不平，岩溶不良地质发育，因此综合考虑采用冲击钻进行桩基施工。冲击钻广泛适应多种复杂地质，适合处理刃脚、斜面开孔、半岩半土、溶洞、石笋、溶槽、以及地层裂隙导致的漏水、漏浆、涌浆等情况[1]。并且施工成本较低，在出现塌孔等事故时，提钻速度快，不容易发生埋钻事故，但是冲击钻的缺点是进尺慢，对操作的熟练程度要求高，操作经验直接关系着成孔的质量。旋挖钻在均质地层中钻进速度快，速度比冲击钻快2～4倍，但在遇到斜岩、半岩半土、溶洞、石笋、溶槽、以及遇到裂隙之后存在漏水、漏浆、涌浆等情况时钻进困难，发生斜孔、卡钻、钻杆断裂等事故几率大，故在吴圩双线特大桥施工中，主要选用冲击钻钻机成孔，局部施工极其困难区域选用旋挖钻与冲击钻配合施工。

3 溶洞处理原则

岩溶地区的地质条件非常复杂，根据桥位处地质情况以及成桩过程中存在困难，溶洞处理必须做好以下几个方面的工作。

（1）开工前详细查阅相关地质资料，充分了解各桩孔处岩溶的分布情况。

（2）根据相关地质勘察资料，绘制出每根桩的地质剖面图或柱状图，详细显示出溶洞、斜岩以及其他不良地质分布的情况。对地质异常复杂或资料描述不准确的桩位，必须向监理、设计院反映其实际情况，通过补勘等手段，务必弄清溶洞基本情况，如其大小、高程、分布、连通性、走向、填充物等。

（3）从相关地质研究数据以及填充物的实际情况，针对每一根桩制定特定溶洞处置策略，以及对应操作办法。

（4）在遇到规模较大的溶洞的情形下，需要监理单位人员以及相关工程单位进行检查核定，制定好处置方法，在得到允许后方可进行施工。

4 溶洞处理措施

吴圩双线特大桥桩基础工程主要使用的是冲击钻成孔技术。由于吴圩双线特大桥不良地质主要为岩溶、溶洞（最大溶洞直径19.9米）、顺层、斜岩等，见洞率63.7%，为南崇线地质情况最复杂的特大桥，其地质复杂，斜岩、溶洞情况普遍存在，施工难度极大，总体上能被分成三种基本类别：（1）溶洞规模相对小，钻孔施工中出现漏浆的情况；（2）溶洞规模相对小，钻孔施工时位于孔底的岩面发生偏斜，易发生斜孔、弯孔的情况；（3）溶洞规模相对大一些，在进行钻孔操作时发生漏浆的频率较高，出现掉钻、卡钻，大面积坍塌的情况。基于上述工程实施过程中的三种情况，处置溶洞时需要采用针对性的处理办法。处理办法包括抛填片石、充填粘土、抛填C20混凝土、注浆固结、钢护筒跟进等措施[2]。

4.1 小规模溶洞钻孔施工中漏浆情况的处理办法

针对溶洞规模相对小的情况来说，在钻孔到达洞顶之处时，将冲击速率降低下来，穿透溶洞，之后对片石实施抛填处理，填至50～100cm的高值位置，通过冲锤对其进行冲挤，将填料向周围溶洞内挤压，在洞身逐渐膨胀的情况下，往其中进行加料处理。为了避免发生漏浆，在持续进行补浆操作之外，在孔内加入抛填黏土、水泥，然后用冲击钻低冲程冲击，也可较快堵漏。如吴圩双线特大桥桩基3#-2、3#-3均通过这种措施得以解决。

4.2 小规模溶洞发生斜孔、弯孔的情况处理

出现溶洞较小，钻孔过程中孔底岩面倾斜，易发生斜孔、弯孔的状况，是因为桩位位于溶洞的边缘地带。其一边是洞，另一边为发生倾斜的岩层结构，斜孔易于在这个时候发生。在吴圩双线特大桥桩基99#-6最为明显，99#-6设计桩长18m，2019年3月29日进行开钻，2019年5月25日成孔，成孔用时57天，平均每天0.32m钻进。本孔在钻进过程中发生43次偏孔，回填延米数达151.8m，是桩长的19.08倍，回填片石380.5m3，回填黏土18m3。2019年5月25日灌注该桩，钻孔到达岩层之际，冲锤落锤的情况下出现了较为显著的倾角，此外还出现一定的漏水，难以进尺，使得冲击成孔操作难度增加。处理方法是采取抛填片石、回填粘土至弯斜处，冲击钻低冲程反复冲击，修正孔位后方可正常钻进。（见图1、图2）

图1 回填片石

图2 回填黏土

4.3 大规模溶洞出现掉钻、卡钻，大面积坍塌的情况处理

进行实地工程建设的时候，因为岩溶不良地质原因的作用，如桩基地质图中未标识的溶洞、岩层裂隙等复杂地质环境，使得桩基施工中出现反复漏浆、反复充填无法钻进的情况。吴圩双线特大桥57号墩3#桩基先采用旋挖钻施工至溶洞区段后选用冲击钻进行后续施工，在溶洞区段内时由于溶洞的存在（疑似溶洞与地下水系连通），现场先采取抛填黏土、片石、袋装水泥反复冲击造壁后仍然无法成孔，在第二次现场结束相关评议之后，对袋装黏土以及片石和水泥实施抛填工序，并且持续对造壁展开冲撞，这种情况下依旧不能成孔，猜测可能因袋装黏土、水泥在水中时无法造壁，改为块状黏土或者球泥，增加片石使用量，顺利将57号墩3#钻进至孔深40m。但由于溶洞内存在的地下水对护壁造成冲击，导致护壁在孔深约30m处出现渗漏，泥浆被稀释，泥浆性能不足无法置换钻渣，导致钻进极其困难，钻进一个月进尺不足3m。结束第三次现场讨论后，最后确定使用“旋挖分级扩孔，钢护筒逐级跟进”方式进行施工操作。该工程技术与冲击钻施工工序相比较，存在几个显著优点：

（1）进行钻孔灌注桩工程施工的时候，通过旋挖钻来展开施工，旋挖施工的成孔速度快，精准程度也比较高，使得工程实施的效率有了一定的改善。

（2）针对相对复杂的岩溶地区钻孔桩工程施工的时候，极易发生漏浆情况，泥浆需求量增大。选用“旋挖分级扩孔，钢护筒逐级跟进”的方法后见图3、图4，无需对溶洞采取其他措施处理，减少片石、黏土、水泥原材料消耗，便于施工场地布置，降低了施工对周边环境污染。

图3 孔内严重漏浆

图4 钢护筒跟进作业

（3）在钢护筒跟进后，提高了溶洞、裂隙处理效果，保证了桩基施工质量。

5 防止漏浆、塌孔、卡钻、斜钻等的技术措施

（1）针对岩面高度差距相对大一些的地段来说，想要实现避免斜钻现象发生，需使用每孔钻进标准为0.2～3米，然后运用抛填片石的方案，将孔底完全填平，然后采用小冲程重锤缓慢冲击的钻进方案。

（2）就那些接近岩溶顶板以及穿透漏浆裂隙的溶洞位置而言，需要以4:1的比例往里面添加块石以及硬粘土，然后采取小冲程重锤缓慢冲击的钻进方式。每钻进大概为1米，对复核孔位进行单次测算，在漏浆程度严重的地段需要增加块石还有粘土的使用。

（3）在一些孔位超过3米以及存在多层溶洞的位置，并且钻进时漏浆现象频发的时候[3-4]，无法进行成孔的地段，可以使用边钻进边用振锤振入护筒的措施。一直到护筒透过溶洞并且进入岩层里层之后，再一次通过慢速钻进的方法实现成孔。

（4）在实施钻进的时候，如果存在卡钻的情况，用以下方式进行处置：一种是在水下对筒底口进行割护操作以挡住钻头部位；另外一种是把钢护筒向上拔起并凸出到某种高度之上，从而扩大空间，实现拉起钻头的操作。

（5）纠正斜孔以及弯孔的方法。一是回填片石、粘土重钻，重复操作以上过程几次；二是浇筑水下混凝土至弯曲部分以上高度，等到强度符合要求后方可再次施钻。

6 质量控制要点

（1）施工前应对场地基底处理。在进行基底处理前，先审核设计图。在实际施工过程中，应反复检测钻孔的垂直度，保证桩基施工质量。

（2）在施工过程中，需做好钻孔过程中钻进速度、地质情况的记录，如果得知设计相关地质数据与实际情况不一致，及时向监理、勘察单位、设计单位以及业主进行报告，在通过设计单位以及勘察单位的认可以及允许后才能开始工程的施工。

在对桩基混凝土进行施工操作的时候，必须严格控制混凝土的坍落度，首盘必须实施试拌，满足标准之后，才允许正式开拌。在混凝土灌注过程中，需要保证混凝土灌注施工中的连贯性，针对混凝土液面的抬升、导管埋置的深度要及时检测，防止由于导管存在故障以及混凝土供应问题使得桩基发生质量事故[4-5]。

7 结束语

以新建南宁至崇左铁路NCZQ1标吴圩双线特大桥岩溶地质桩基工程为例，根据实地条件采取不一样的处置方式，在实施溶洞工程时采取的处理方法需要与监理单位以及设计单位及时对话沟通，进而获得批准。因为岩溶作用的复杂性，在对桩基进行工程施工的时候必须依据基础性施工规范及标准，这些施工规范及标准对进行岩溶地区的桩基施工时有着显著的指导作用。针对现场实际的运用，可为岩溶地质钻孔桩施工遇溶洞的处理方法与质量控制提供参考。