多溶洞地质条件下钻孔灌注桩施工技术研究

林静

摘 要：珠三角地区是我国覆盖型溶洞地质的典型区域，岩溶地区建设桥梁桩基的事例也越来越常见。岩溶地区施工难度较大，在施工过程中必须采取科学有效的技术措施保证施工质量，才能在复杂的施工环境中打下高质量的桥梁结构的基础。主要结合广花盆地的溶洞地质条件，针对桥梁钻孔灌注桩在施工过程中的要点进行研究，希望能为该地区的技术应用提供参考。

关键词：溶洞地质;钻孔灌注桩;施工技术

中图分类号：U445.551                                 文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2022）06-0001-03

0 引言

在桥梁工程建设中，桩基工程占据着主要地位。常用的桩基施工方法有锤击沉桩法、静力压桩法、水冲沉桩法、振动沉桩法、就地灌注桩法。近年来钻（冲）孔灌注桩施工工艺发展较快，不同土层需要适用不同的灌注桩，桩长可根据地质情况改变无需接桩，如济南黄河斜张桥的灌注桩长达82～88 m，其单桩承载力大。但由于每个工程地质水文情况差异较大，且大部分钻孔灌注桩施工环节都是在地下或水下实施的，因此钻孔灌注桩基础施工往往是桥梁下部结构施工的重点、难点。在珠三角地区，多溶洞地质条件下，需要从施工准备、溶洞处理、护筒埋设、混凝土灌注等环节进行控制，才能有效地控制桩基质量。

1 钻孔灌注桩施工准备

多溶洞地区灌注桩施工的影响因素较多，风险较一般软土地质的情况大，施工前应按基本流程做好图纸会审工作，并从企业、项目组、操作层3个层面做好技术交底，做好施工人员培训、机械设备调试保养、物资材料检验及测量放样等准备工作。钻孔灌注桩施工工艺流程如图1所示[1]。

勘探多溶洞地质时，設计的勘探密度无法百分百覆盖所有桩基的数据，因此可实施“首件制、试验段”等管理制度，遵循“预防为主、先导试点”的原则，保证质量管理工作实施。“首件制”宜根据分部分项工程有序展开，如对于桩基，可通过试桩过程，对桩基混凝土试块抗压等质量指标、轻型触探检测桩基完整度等对“首件”成品的施工质量进行分析，找出指标不达标的原因进而改进，更好地指导后续施工，预防可能产生的同类质量问题。

2 施工技术及控制要点

2.1 护筒及泥浆及时跟进

钢护筒可采用8 ～12 mm厚钢板制成，加工护筒内径时应注意比桩径大200 mm。护筒顶面标高大于地面标高30 cm以上，保证钻进过程中孔口不塌陷[2]。护筒外可用黏土夯压密实。遇到松软的表层土，护筒埋置深度应进入到较坚硬密实土层下0.5 m以上。护筒应保持垂直施压下沉，倾斜度≤1%，桩位位移偏差不得超出设计要求5 cm。钻进过程应保持护筒泥浆高于地下水位1.5 ～2.0 m或高于护筒底面0.5 m。提钻和下钻经过孔口时要低速、平稳，以免因为钻头与护筒接触摩擦导致护筒偏位。护筒顶部溢流口需比泥浆沟底矮10 cm以上，注意溢流口排浆通畅。若遇雨季施工，还应防止由于雨水冲刷可能造成的护筒移位、孔顶破坏等情况。

护筒泥浆应选择造浆良好的优质膨润土，易于在孔壁上形成泥皮，阻隔孔隙渗流[3]，泥浆造浆量为1.5倍桩混凝土体积，泥浆循环使用，设沉淀池，将沉淀钻渣及时清运到指定位置处理。造浆后应检测全部性能指标，尤其是泥浆比重及含砂率。为防止坍孔或筒壁压力过大，当遇到土层变化泥浆比重可根据具体的地质密度进行调整，始终保持护筒泥浆的压力超过静水压力。

施工过程中护筒应及时跟进，随时检查控制泥浆指标，根据钻渣来判断地质情况，做好地质柱状图标识;钻至设计位置后判断孔底的地质与设计是否一致。根据不同土质，施工要点如表1所述。

2.2 溶洞地区桩基处理

岩溶处理方法主要有抛石填充、泵注水泥浆、袖阀管注浆等。不同类型的的溶洞应采取不同的方法。施工前应对地质钻探资料进行分析，按照溶洞高度、宽度划分类别，以便施工人员、机具作业。目前，采用充填封闭及钢护筒施工法进行局部处理较为经济。

第一，对规模较小，单个溶洞高度≤3.0 m的溶洞，采用充填封闭法处理，填充后按正常施工方法施工钻孔灌注桩。充填物根据地质钻孔揭示的溶洞情况按以下原则确定：①溶洞为空洞、半充填、流塑状全充填时，采用黏土袋+片石（土石比3：7）全填塞;②溶洞为软塑状全充填时，可采用黏土袋+片石（土石比3：7）半填塞;③溶洞为硬塑状全充填时，可不作处理。

第二，对单个溶洞高度>3.0 m，溶洞内部为全充填物的，可采用充填封闭法处理，填充后按正常施工方法施工钻孔灌注桩。充填可按以下原则确定：溶洞内为流塑状时采用黏土袋+片石（土石比3：7）全填塞;软塑状时采用半填塞;硬塑状时可不作处理。

第三，对于单个溶洞高度>3.0 m，溶洞内部为半充填或空洞时，采用单护筒一次穿过顶板及溶洞，直至护筒嵌入溶洞下岩层一定深度。

第四，对串珠状溶洞，单个高度≤3.0 m的溶洞，串珠洞间岩层距离>3.0 m的，各单个溶洞处理按前述第（1）点采用黏土+片石（土石比3：7）填塞。

第五，对串珠状溶洞，单个高度≤3.0 m的溶洞，串珠洞间岩层≤3.0 m时，中型溶洞（高度3～10 m）采用黏土+片石（土石比3：7）填塞;大型溶洞（高度≥10 m）若采用钢护筒处理时，可将连续的串珠状溶洞视为一个大溶洞，单钢护筒一次性穿过，直至护筒嵌入溶洞下岩层一定深度。对串珠状溶洞，单个溶洞高度>3.0 m且上下层溶洞间岩层厚度>3.0 m时，应采用双层护筒，外层护筒嵌入上下层溶洞间岩层一定深度，内层护筒嵌入溶洞底面岩层一定深度。

第六，对串珠状溶洞，单个溶洞高度>3.0 m且上下层溶洞间岩层厚度≤3.0 m时;或当溶洞数量多且特别大时，需采用多层钢护筒施工法。

第七，注意单层、双层、多层钢护筒施工流程的控制。单层钢护筒施工应先预埋开孔护筒再冲进钻孔，不得因施工便利或赶工期而抢干，在溶洞内冲进时，需边抛填黏土袋和片石边跟随冲进钻孔下放钢护筒，将钢护筒跟进至溶洞底层岩面以下一定深度位置后，继续冲进钻孔至设计桩底高程。双层钢护筒施工应按外層、内层的顺序进行，外层钢护筒如单层钢护筒操作后下放内层钢护筒，将内层钢护筒继续跟进至下层溶洞底层岩面以下一定深度位置后，继续冲进至设计桩底高程。内外层护筒间压注M10水泥浆，压注应分段进行，直至终孔。多层钢护筒施工工艺与双层钢护筒施工工艺基本相同，但由于溶洞数量多、高度大，钢护筒要分多段通过溶洞区，钢护筒采用多层时应注意上层钢护筒的外径均应比下一层钢护筒大15 cm。

第八，前述采用片石黏土回填时，如果出现多次漏浆塌孔时，可考虑加投水泥回填筑壁。应注意在水泥终凝时间之前完成加投，后静置直到水泥黏土浆把漏浆源堵死为止。

第九，双层或多层钢护筒施工工程中，如按片石黏土回填出现多次漏浆塌孔时，可考虑改用C20水下贫混凝土，且需待混凝土强度达到70%后方可重新作业。施工过程中为缩短工期，可按设计要求掺入一定的早强剂。

第十，在钻孔到击穿溶洞顶1 m左右时应采用小冲程，逐渐将洞顶击穿。一旦击穿应迅速少量多次回填堵洞。

2.3 检查及清孔

当孔深达到设计要求后，可采用重锤法检查，满足设计要求时可终孔并进行下一道工序。

钻孔完成后用检孔器进行检孔。孔径、孔深、垂直度等重要指标检查合格后，方可拆卸钻机，否则应重新扫孔。一次清孔必须达到基本无大颗粒，泥浆浓度、含沙率及沉渣厚度达到标准要求，方可进行下道工序。

2.4 水下混凝土灌注控制要点

第一，混凝土浇筑是钻孔灌注桩质量控制的重要环节，灌注过程中所用到的原材料配比需事先通过“试验段”进行现场验证，“试验段”混凝土的抗压、抗折强度、初凝、终凝时间等指标应满足设计要求。

第二，混凝土运抵现场时，监理人员须全程旁站抽检混凝土的坍落度，混凝土配比等情况，并及时制作试块送检。为避免混凝土离析，浇筑过程应控制下料导管的端部与孔底的距离，首批混凝土距离宜为0.3～0.5 m。物资供应计划应保证完成整桩灌注时间短于混凝土的初凝时间，尤其是首批混凝土的量，应保证灌注后导管埋入混凝土中的深度超过1.0 m。

第三，灌注应连续，尽可能缩短导管拆除过程。混凝土供应间隙导致管内混凝土不满时，应控制灌注速度放缓，以免管内形成高压气囊而堵管。导管深度应随混凝土灌注过程及时调整，有序提升。

第四，灌注过程中若发生堵管现象时可上下活动导管，严禁使用振捣设备振动导管[4]，如处理无效时应尽快将导管及钢筋笼拔出，重新进行清孔，清孔质量达标后再重新启动下一步工序。

第五，灌注过程中应记录混凝土灌注量、孔内混凝土面标高，分析实际灌注量与标高计算的理论浇筑体积的比值，当数据异常时应及时处理。

第六，灌注成桩时，取3点测量以确定最终成桩桩顶标高，桩顶标高应高于设计标高1 m或以上。

3 结语

广东地区尤其是珠三角是我国覆盖型岩溶的主要分布地之一，在多溶洞地质情况下进行桥梁钻孔灌注桩工程施工前，应充分理解设计文件，对设计中的桩基位置地质全面补钻，摸清溶洞具体情况，制定每根桩的填充方案。施工过程中应提高操作人员的风险意识，结合过程中发生的具体质量事件来分析应当采取怎样的施工技术方案，才能够确保钻孔施工各环节实现有效衔接，从而提升灌注桩施工的效率，确保工程质量达标。

参考文献

[1] 蒙彦，郑小战，雷明堂，等.珠三角地区岩溶分布特征及发育规律[J].中国岩溶，2019（10）：746-751.

[2] 杨普军.钻孔灌注桩施工技术在市政道桥工程中的应用[J].四川建材，2022（1）：129-130.

[3] 史军伟.公路桥梁施工中的钻孔灌注桩施工技术[J].交通世界，2021（7）：27-28.

[4] 张彦龙.桥梁水下钻孔灌注桩施工技术研究与应用[J].四川水泥，2022（1）：239-240.