复杂岩溶区公路桥梁桩基溶洞处理技术研究

黎家龙

（佛山市建盈发展有限公司，广东 佛山528300）

1 工程概况

佛山市高明大桥至富龙大桥公路工程下六村中桥及K20+910人行天桥施工（NHS-05）段，项目位于高明大道东路段，主要施工范围包括下六村旧桥及旧箱涵的拆除、下六村中桥及附属工程的重建及新建K20+910人行天桥等工程。全标段结构物共计2处：拆除旧桥涵后新建桥梁1座，人行天桥1座。施工区域范围内岩面以上覆盖层厚，有大量的淤泥粉砂层存在，软弱且不稳定，岩层溶洞发育率高，裂隙极其发育，地质结构较为松散，基本为岩溶结构，由于岩溶区域的地下条件较为复杂，因此前期的勘测存在一定的不足，未能对施工区域的地下情况进行全面、精准的检测。

2 溶洞处理技术

2.1 溶洞类型

在建筑工程当中，溶洞类型的划分需要根据桩基础施工环境进行，根据溶洞的高度以及层数的区别，岩溶区域的溶洞可分为如下几个基本类型：

2.1.1 小溶洞

一般为单层溶洞，溶洞的高度不大于3m，在溶洞内部空间较小或能够准确确定的情况下，对建筑施工的影响较小。

2.1.2 中溶洞

单个溶洞：高度在3～5m范围内。多层溶洞：多个溶洞在垂直面上处于叠加状态，一般均为小溶洞叠加。

2.1.3 大溶洞

整体高度超过5m的溶洞。

2.2 处理工法

岩溶地质环境，溶洞的空洞对桩基础的施工产生影响，这类地质环境中包括淤泥、粉质黏土、砂土等，易碎并且稳定性较低，不适于直接施工。此外，这类地质环境中，溶洞内部是否存在填充物质，同样影响施工技术选择。针对不同类型的施工环境，一般采用如下措施：

处理大规模的溶洞时，需要使用大型钢护筒对溶洞进行支撑，同时使用较小型号的工程锤，快速小幅度冲击，破坏溶洞的岩体部分。溶洞达到桩基础施工要求后，必须使用大量片石以及黏土等材料对其进行填充，维持结构的稳定性。

若施工区域的溶洞呈现串珠状，需要采用双层护筒进行施工。要求外侧的护筒直径比桩径大40cm左右，溶洞处理技术方面与大溶洞的处理基本一致，需要注意的是，距离下方溶洞50cm左右时，应对顶面进行破坏，使内测护筒进入上方溶洞10cm左右。

河滩等外层结构更为松散的环境中，先使用注浆技术提高溶洞外侧的紧密程度以及硬度，避免粉碎溶洞岩体时出现坍塌等情况，溶洞外部处理完成后，使用钢护筒的溶洞处理技术，完成桩基础施工。

2.3 处理流程

岩溶地质区域，工程施工前必须对该地区的地质环境进行准确的勘测，目前普遍采用的勘测方法是使用超前钻对桩基础施工位置进行勘测，确定该位置的地下环境。为保证勘测的全面性以及准确性，一般该类型区域单一桩基础需要匹配3个超前钻勘测点。超前钻能够对该点位地下的岩层情况、溶洞的层数、高度、内部填充物等进行精准的勘测。通过超前钻的勘测，能够获得该点位的地质柱状图，作为桩基础施工作业的参考。实际施工过程中，该位置对应的几个地质柱状图需要悬挂在易于查看的位置，便于施工中时刻关注。若桩基础施工对应的地质层存在断裂的情况，则必须先进行注浆填充。

溶洞处理的具体流程为：

第一，使用超前钻对桩基础计划施工位置进行勘测，确定资料信息；

第二，对施工位置附近的环境情况进行彻底调查，确定其中对桩基础施工造成影响的因素；

第三，根据该位置的地质情况，确定桩的长度以及桩是否需要根据本地环境进行调整；

第四，确定场内所有桩基础的施工方法，形成完整的施工方案；

第五，完成与施工单位的技术交底；

第六，施工准备；

第七，桩基础施工作业；

第八，施工质量检测并完成后续的交接。

3 问题应对

施工过程中，针对可能对施工造成影响的问题，需要进行如下处理：

第一，施工范围内的溶洞中存在流速较快的地下水时，为避免地下水对桩基的浇筑造成影响，需要使用钢护筒进行整体性的保护，即存在地下水系的溶洞中，钢护筒必须插入溶洞下部的岩石层中，且保持与地面的贯通，方能进行下一阶段的施工作业。

第二，施工经过溶洞顶板时，由于溶洞顶板破损可能造成溶洞内部的积水外溢，不得使用冲击过大的设备对顶板造成破坏。钻头等设备接近顶板部分时，应当改用冲钻的技术，避免冲击对顶板造成破坏。

第三，钻孔作业时，部分溶洞内部可能同时与溶槽或溶沟贯通相连，在处理该种类型的溶洞时，必须充分考虑溶槽以及溶沟造成的影响，采用注浆技术对溶洞连通的溶槽以及溶沟进行处理，避免后续施工作业过程中，水通过溶洞中的溶槽或者溶沟流失，或在施压条件下，由于溶槽以及溶沟的存在导致破碎更显著、结构受到破坏。

第四，桩基础的孔口发生漏浆时，需要使用黏土以及片石等及时进行抛填处理。为避免溶洞上部的护壁在压力的影响下出现泥浆的渗透、甚至塌孔，应在泥浆中加入一定的沉渣或提升泥浆的浓度，对溶洞的裂隙进行封堵，避免塌孔的出现。

4 片石黏土填充

4.1 施工流程

此处工程涉及的溶洞为大、中、小溶洞，对中小溶洞的施工基本流程为：按照桩的位置设定预埋护筒；安装打桩设备，确保其位置的准确；配置片石以及黏土等作为溶洞回填的材料；冲进至距离溶洞顶板约1m左右；采用低冲程（小于1m），对溶洞的岩体进行慢速的冲击；穿透顶板，检查孔内水头高度，确保达到施工要求；使用回填材料进行回填，回填至溶洞顶板以上1～1.5m的高度；继续钻入，使用填充材料填充挤压，替换原本的低密度填充物，挤压封闭孔洞裂隙，防止出现漏浆，完成成孔与成桩的作业。

4.2 材料使用

填充溶洞时，需要使用稳定性强且能够提供强度的材料，目前主要使用的材料为黏土以及片石。这两种材料能够满足溶洞填充的一般需求，而且更接近自然结构，对环境的负面影响较小。另外，填充材料中加入水泥以及锯末等，能在很大程度上提高填充材料的黏性，进而提高其稳定性。该项目使用的填充材料构成如表1所示。

表1 回填材料投放使用

黏土的凝聚性较低，直接使用可能出现整体松散变形的问题。因此使用黏土作为填充材料时，一般选择使用袋装黏土，填充过程中，黏土以及片石作为填充的主要材料，以分层间隔形式进行填充。使用袋装黏土填充时，在黏土袋中加入水泥以及锯末等辅助材料，水泥除配合黏土使用外，还能够使用袋装水泥直接填充。水泥和锯末的填充量与是否填充应视实际情况而定。

4.3 注意事项

第一，钻孔时需要实时检查钻孔附近是否出现地面沉降，一旦地面出现明显沉降，意味填充可能出现漏浆，需要及时处理。

第二，施工场地内应备足黏土、片石、袋装水泥等应急物资。

第三，相对非岩溶区域，施工过程中需要避免对溶洞的岩体造成损伤，如已经由于施工造成溶洞漏浆，必须人工进行补浆。

第四，钻孔施工过程中需要保证孔内的水头稳定，一旦孔内的水头明显下降，必须及时填充土石、提高孔内水位。

第五，钻孔方向未出现偏差，但钻孔速度显著加快，同时孔内泥浆面高度发生改变，代表钻孔已经钻开顶板，需要加快补浆速度，应保证水头高度，提出钻孔锤，使用填充材料进行填充。填充完成后距离顶板的高度必须控制在1～1.5m范围内，每钻入0.5m必须同步进行填充。

第六，一旦钻孔过程中出现塌陷等情况，必须快速填补。

第七，溶洞填充完成后，需要进行冲击等作业，保证填充完整、均匀。

第八，既往施工中曾经出现塌陷的溶洞，需要考虑到塌陷部位原有填充物的强度存在一定不足，需要使用强度更高的材料进行填充，如水泥混凝土。

5 钢护筒跟进

使用钢护筒的优势在于能够对钻孔进行保护，避免漏浆及塌孔等情况出现，该技术的主要问题在于成本较高。该项目为高明大道城区段上的节点改造项目，由于处理溶洞造成施工拖延，桥址覆盖层的粉砂、淤泥层厚，钻孔漏浆引发的塌孔、地面塌陷风险较大，因此需要采用效果更好的钢护筒技术，钢护筒的使用如图1所示。

图1 溶洞桩基钢护筒下放施工

外护筒处理：桩基钻进过程中，遇到裂隙或溶洞等引发漏浆，孔内水头下降，导致孔内水压过小，孔壁有可能发生局部脱落、塌孔甚至引发塌陷，特别是在覆盖层薄弱的情况下。通过下放外护筒可以有效避免因漏浆导致孔壁失稳，起到很好的护壁成桩的作用，外护筒一般比桩径大30cm，壁厚视下放深度确定，在护筒底部设置1～2m的加颈圈，可以有效提高护筒的刚度，避免下放过程中出现内卷现象。外护筒一般下放至嵌入黏土层1m或基岩面，无需探入溶洞内部，钻孔至溶洞后直接填充片石、黏土等材料即可。

内护筒处理：钻孔至外护筒下方的溶洞时，如反复回填封闭仍出现明显漏浆，或溶洞过大不适宜采用回填处理、难以成孔成桩时，应考虑下放内护筒进行溶洞处理，内护筒下放至溶洞底，护筒下放到位后采用混凝土进行护脚，防止护筒脚漏浆。

使用钢护筒时，溶洞顶板未穿透时需要控制钻入的速度，缩小冲击的影响范围，缓速完成上部的作业。穿透顶板时需要避免溶洞漏浆，及时完成补浆作业，保证溶洞内部的液面位置达到要求。钻入溶洞后，可以加快钻孔速度，同时完成对溶洞的填充，填充振荡作业时，需要避免设备与钢护筒直接接触，造成护筒损坏。

6 事故处理

第一，外护筒作用范围为接近地表的土洞，施工期间必须保证被填充溶洞内部的水位达到要求，对漏浆等情况必须及时完成补充。

第二，施工过程中一旦出现偏孔，必须提出开孔设备，使用块石等填补偏离部分，填补紧密后方能按照预计方向继续施工。

第三，钻孔出现反水等情况代表孔内出现地下水渗漏，继续施工可能导致桩体的断裂，必须确定地下水渗漏的位置，及时进行填补。溶洞内部浆液过多或浆液存在显著外渗时，需要通过压浆稳定浆液的状态，同时降低冲程，避免对顶板的钻孔造成浆液渗漏。

第四，土质环境较差的区域，孔内的液面高度需要比正常土质高0.5m。

第五，使用护筒时，要保证首节护筒的垂直以及位置的准确，不准确时必须重新安装。多节护筒，必须保证连接处不漏水。

第六，溶洞顶板打穿后，如孔内液面以及护筒均快速下降，代表这一区域沉降严重，必须尽快撤离，施工人员与设备均应当远离施工位置。

7 结语

复杂岩溶地质结构在很多城市中均存在，部分城市受到复杂岩溶结构的影响，甚至无法完成城市交通系统的建设。限制复杂岩溶结构使用的主要因素为溶洞的处理，如何在控制成本的基础上有效处理溶洞，很大程度上限制了这部分地区的使用。近些年来虽然溶洞处理技术已经取得了较大的发展，但是如何更为有效地控制施工成本、缩短使用周期，依然是未来研究的重点。