铁路桥梁钻孔灌注桩溶洞处理措施分析

陈建辉CHEN Jian-hui

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030000）

0 引言

桥梁桩基溶洞地区由于地层岩性的软硬程度及成因不同，裂隙发育程度差异，溶洞的大小、位置、深浅变化复杂，即使工程地质勘察钻探采取逐桩勘探，逐桩分析，仍不能把复杂的地质情况进行准确把握。再加上溶洞中斜岩的存在，给桩基施工造成极大的困难，因而施工中容易发生泥浆下沉、塌孔及偏位等问题。对此应对地质勘探资料进行认真分析，选择适宜的材料及机具，并在施工过程中，根据芯样及钻进情况及时调整处理措施，才能确保桩基的快速施工及桩基质量。

1 工程概况

马岩锦江左线特大桥为跨越锦江而设，中心里程为ZDK538+612，桥梁全长为1098.67m，该桥位于既有线左侧30m。受改线段I类变更影响，桥梁长度由1098.67m变化为648.22m。主桥采用（40+2×64+40）m预应力混凝土连续梁，11~13#墩桩基采用1.50m钻孔桩形式。桥址区属溶蚀残丘、阶地地貌，地面高程220～250m，相对高差30m。锦江河两岸地形平坦，河谷呈“U”型，自然坡度一般0～10°，岸坡处自然坡度较陡，为15～20°岸坡。

由于本地段溶洞强烈发育，故对13#墩桩基进行了逐桩钻探，钻探结果揭示13#墩桩基存在1~25.2m不等大小溶洞，13#墩桩位立面展示图如图1所示。

图1 13#墩桩位立面展示图

现场采用冲击钻进行冲击施工，本桥13#墩13#-1、13#-2、13#-3、13#-4、13#-5、13#-6、13#-7、13#-8桩基分别钻进至219.8m、218.0m、218.3m、220.2m、220.3m、219.1m、219.5m、220.9m位置时均出现漏浆现象，继续钻进过程中，多次出现泥浆下沉、塌孔及偏位现象，施工所用泥浆甚至从临近既有桥墩河道处溢出，推测本墩溶洞为复杂连通性，由于本墩位于河道内且及时跟进钢套筒后仍不时发生泥浆下沉情况，针对此现象，现场采用反复抛填大量粘土、水泥夹片石后复钻处理，但部分桩基漏浆依旧严重,为解决严重漏浆情况保障继续施工需要，现场采用回填C30混凝土并复钻处理。部分桩基不断进行各种回填复钻处理，钻进过程中偏孔现象尤为严重，多次发生卡钻情况，钻进过程中钻头打捞、更换及维修不断发生，整体工效极低。针对因岩面倾斜度较大钻头纠偏困难的情况，采用回填花岗岩等硬质材料进行复钻纠偏，钢护筒跟进，才确保了施工进度。

2 钻孔灌注桩溶洞处理措施

2.1 溶洞处理原则

溶洞处理应根据泥浆池水头流失速度初步判断所遇溶洞规模，对于小规模溶洞采用抛填黄泥夹片石的常规方式进行处理，中等以上规模溶洞在孔桩侧壁造浆困难的情况下，可在抛填粘土、片石的基础上适当加入一定量的水泥处理。当溶洞规模巨大时，常规手段处理失效时，可采用回填混凝土处理。为防止已成孔区域溶洞裂隙处再次漏浆，施工过程中应及时采用钢护筒跟进。针对因岩面倾斜度较大钻头纠偏困难时，应合理调配回填料比例关系，条件困难时可适当提高回填混凝土比例或回填花岗岩等硬质材料纠偏。钻进过程中桩基在遇到及穿越溶洞时，应减少钻进冲程，缓慢钻进通过，时刻观察泥浆高度变化情况，发生异常情况时，通过实际情况判断，采取有针对性的措施进行处理。

2.2 小规模及中等规模溶洞处理

溶洞高度小于4m且连通性较差的溶洞可按小规模溶洞进行处理。根据地质勘探资料，有此类溶洞的桩基施工时，要配置有桩基溶洞处理施工经验的技术员密切注意冲击钻头水平、岩样和护筒内泥浆面的变化，并熟记图纸及资料中标注的溶洞位置。钻孔前在附近储备一定数量的粘土、片石及袋装水泥，钻进过程中，配备水泵和足够的水源，确保一旦漏浆，可以及时进行补水补浆。

对于半充填的溶洞或空溶洞，特别是地质勘探资料显示可能漏浆的溶洞，在击穿洞顶之前，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻，要安排专人密切注意岩样和护筒内泥浆面的变化，一旦发现孔内泥浆面下降，首先应迅速用泥浆泵补浆补水，同时及时提钻，防止埋钻，然后将准备好的片石、粘土按适当的比例抛入、必要时投入袋装水泥，仍采用小冲程轻砸，用桩锤击碎后让粘土和片石充分挤入溶洞内壁发挥护壁作用。直至孔中的泥浆不再下降，并开始慢慢上升，然后再用冲锤进行适当挤压，直至把桩基周围的溶洞都填满或堵死为止，只有当泥浆不再漏失后才可转入正常钻进。

2.3 大规模溶洞处理

2.3.1 回填封堵漏浆

遇到大规模的溶洞，尤其是有漏浆源的半充填溶洞，在冲孔过程中充填物被揭开，造成重新漏浆。为了堵住漏浆源，发现漏浆后，立即向孔中抛袋装水泥，然后向孔中投入一定厚度的粘土、片石混合物，同时向孔中补水以保持水头，待漏浆停止后重新冲孔，需在水泥终凝时间之前冲孔到漏浆部位，然后停止6～10h。如此重复操作，直至凝固结后的水泥粘土浆把漏浆源堵死为止。

2.3.2 钢护筒跟进法

遇到大规模空溶洞或半充填溶洞时，为防止漏浆造成孔壁坍塌，可及时跟进钢护筒隔离上部松软覆盖层的方法进行处理可达到较好的效果。冲击过程中，易发生偏斜时，需先采用较大直径的钻头冲击至溶洞顶，冲击穿过至溶洞1m以上再下内护筒至孔底，再换小钻头继续冲砸，直至击穿溶洞，然后回填粘土、片石混合物，继续采用反复冲击的办法将洞内冲砸密实，再转入正常钻进。根据桩基勘探资料，遇到该类型溶洞时，需提前采用较大直径的钢护筒，以确保内钢护筒直径大于桩基直径，才能保证钻进的顺利进行。钢护筒跟进法一般情况下须同时结合采用溶洞内回填片石冲进，以及溶洞底部与护筒脚之间采取封堵处理，否则处治效果不佳。

2.4 溶洞及斜岩地层处理

遇到较大的溶洞，特别是溶洞存在岩质极坚硬倾斜岩层，冲击钻过程明显偏斜，成桩困难，牵引钢丝绳明显偏移，冲击锤上下活动时拖挂桩基孔口钢护筒，导致钢护筒孔口偏位，局部发生塌陷等问题时。回填强度较高的花岗岩穿过斜岩效果显著。13#墩桩基在冲击穿过溶洞及斜岩过程中，每次回填片石加黏土或水泥2~3m高，平均每次进尺6cm，偏斜仍然存在，基本无进尺；每次回填C30混凝土4~5m高，需等待6~7天等混凝土达到一定强度后再冲击，平均进尺20cm，偏斜小；每次回填花岗岩加少量黏土或水泥2~3m高，平均进尺57cm，基本无偏斜。现场统计情况见表1。

表1 13#墩桩基穿越溶洞及斜岩处理措施对比表

根据统计，遇到溶洞且有斜岩存在时，在回填片石及混凝土效果不佳的情况下，可采取回填花岗岩的措施，加快施工进度。

2.5 溶洞间持力层较厚处理

当桩基穿过溶洞进入下一个溶洞前有较厚的持力层时，且满足其性能要求，该桩基可在到达下一个溶洞一定距离前成孔。马岩锦江左线特大桥13#墩桩基础持力层均为灰岩，桩端嵌入W2完整岩内不小于4m。13-2#、13-4#、13-5#、13-6#、13-8#桩基础施工时，基岩情况良好，冲击钻钻进难度较大，且2017年雨季锦江洪水对马岩锦江左线特大桥栈桥的冲毁，导致该桥施工进度严重滞后。为了保证连续梁的施工和铺架工期，针对钻孔桩冲孔困难的现象，设计单位对原设计6组岩石试验成果进行了重新分析：显示该桥址范围内岩石普遍坚硬：15节岩样天然抗压强度中有10个试验值大于60MPa，最大值可达186MPa；13节岩样饱和抗压强度中有5个试验值大于60MPa，最大值可达102MPa。针对可能存在的斜岩面情况进行了核实，由于桥址区全部为第四系覆盖，对两侧的构造及产状进行了核实，小里程不到1km范围存在3支断层，导致产状变化较大，在5～18°之间变化。经过多次论证，可对剩余桩基桩长进行优化，优化情况见表2。

表2 13墩桩基桩长优化尺寸表

3 结束语

综上所述，在实际的铁路桥梁钻孔灌注桩施工过程中，需根据溶洞大小、岩层情况及钻进过程中出现的漏浆、造浆困难、塌孔、偏位等问题，采用回填片石、粘土、混凝土、水泥、花岗岩及跟进钢护筒等方法，通过溶洞及斜岩层。采用不同的方法需要详细记录施工情况，分析原因，采取针对性措施，才能确保施工进度。地质条件较好，经设计单位验算论证，也可通过变更适当优化桩长。