码头桩基溶洞施工处理技术

◎ 胡敢均 中交二航局第一工程有限公司

码头施工过程中，施工人员会遇到很多复杂的地质条件，例如脆弱的地基、水下工作以及可能出现的溶洞等等。其中，在岩溶地区建造码头桩基的过程中，岩溶治理的好坏，不仅决定了整个桩基建设的成败，还影响了整个码头建设的质量安全与否。因此，除了要对岩溶地区的现状给予足够的重视，还要走进施工现场进行实地考察，确定溶洞的大小与种类，合理选择施工计划，保证施工后的效果。

1.工程概况

武穴港田镇港区红阳湖作业区祥云综合码头工程在地质勘察阶段共14个地质钻探孔。其中，在引桥K4钻探孔位置发现一个0.6m高的溶洞，该溶洞为软塑状粘性土填充，灰岩钻孔见洞率7%，后续根据设计要求进行补勘了3个钻探孔，未发现溶洞。引桥陆上桩基大多为嵌岩灌注桩，嵌岩深度≤3倍桩基并不>3m。需要按设计图纸要求均需要进行逐桩探溶施工；探溶时在桩底标高以下5m遇溶洞可不采取工程措施，若在桩底标高以下距离溶洞小于5m，应穿过溶洞后再按规范嵌岩深度进行嵌岩。

2.探溶作业

在进行1#引桥105-1号桩探溶施工过程中，当钻进31m时，出现泥浆流失的现象，取芯率低，岩芯破碎。在岩层钻进1.8m后泥浆急速流失，并且钻进速度明显加快。经取样查看，钻进加快区域取出物取芯率低，少量能保持块状，主要为砂及土的混合物，徒手轻轻搓揉即变松散，由此可确定该部分为溶洞，经探测，该溶洞深度为7.2m。结合取出样及泥浆流失情况分析溶洞内有一定的填充物，但填充物未完全填充满溶洞。穿过溶洞后岩层内探溶深度8.6m时仍未发现存在溶洞情况，取芯率高，岩样完整。基于此，完成了该桩的探溶作业[1]。

3.施工处理技术

3.1 施工准备

首先，确定工程项目的各项技术参数，例如溶洞的地点、尺寸、范围和充填状态等。同时，做好处置计划的测算与分析工作，制定可行的施工组织设计。在工程项目开始之前，相关人员还必须对桩位进行相应的溶洞灌浆和钻孔试桩，用所得测试数据优化并改进施工计划，最终保证建造工作的正常进行。

其次，做好建筑材料和设备的准备工作。例如大量配制普通水泥，在大型岩溶洞穴中遇到严重的泥浆渗漏问题时，施工人员能够及时注入水泥，从而提高护墙强度，。

做好建筑机械装备工作，例如钻机、打桩机、装载机50型、25t起重机、带钢套管的震动锤、挖土机等。在施工现场要配备必要的钢护筒、钻孔用水、粘土、块石、片石等，保证当出现溶洞成孔的现象时，这样一来，不仅能快速完成灌水和灌浆作业，还能用土块及碎石回填法恢复常规钻井工作[2]。

最后，做好相关的人事安排。具体可以从以下几方面实施：①在建筑工地，必须至少配备2个技术员，并且采用24小时轮班制，加强监管和管理，一旦出现紧急情况，应立即报告主管，并催促施工单位尽快解决；②项目部应组织专业人才，加强对岩溶治理技术措施的研究，成立施工岩洞紧急处置专班，在处置岩溶洞口时，由专业人士负责应急处置；③项目部要组织桩基施工人员定期学习有关溶洞处理的相关知识，并对其进行处理技术指导，保证在处理溶洞时，一旦遇到突发情况时，可以根据交底的方法来应对。

3.2 结合现场情况拟采取的措施

结合105排架探溶情况，探溶钻头进入岩面时泥浆有流失的情况，可判断出岩层有一定的裂隙，并且裂隙填充物不能阻止泥浆流失；结合当钻头穿透溶洞时泥浆急速流失情况，判断溶洞为未完全填充或填充物有流动性，且溶洞空间较大；结合溶洞内取芯率底的情况及分析取出物为软塑状砂土混合物，可判断溶洞内填充物松散，摇振反应迅速，容易液化。结合钻探孔位置溶洞高度达7.2m及8.6m，溶洞高度高，溶洞上下游侧宽度至少大于6m，江岸侧宽度难以确定，同时还可能存在贯通的溶洞。

综合上述情况，若采取向孔内抛填片石及粘性土、压力注浆很难保证桩基的顺利施工，究其原因主要有以下几个方面：

（1）孔内抛填片石及粘性土、压力注浆适合于处理较小的溶洞，由于105排架溶洞空间大，可能无法有效地进行填充或注浆；若存在贯通溶洞，处理成功几率更小。

（2）结合在穿透顶板岩层时，泥浆急速流失情况，存在顶板岩层以上覆盖层因泥浆急速流失孔壁失稳而发生坍塌的风险。

（3）根据地勘报告描述，江侧覆盖层含砂层，塌孔风险更大，一旦塌孔，将发生埋钻，处理难度大，时间长，费用高，甚至可能出现埋钻无法处理的风险。

（4）根据以往施工案例，大溶洞采取孔内抛填片石及粘性土、压力注浆方案还存在钻孔顺利成孔后在浇筑混凝土时无法浇筑成功的风险：即在混凝土浇筑过程中，受混凝土面高差作用，溶洞填充物在顶部混凝土的挤压作用下超过了孔壁稳定的临界值，导致溶洞内孔壁失稳发生混凝土大量流失的情况，进而造成桩基无法浇筑成功或形成断桩的质量问题。

基于此，为确保桩基顺利的施工，结合现场实际情况及分析，105排架桩基施工采用钢护筒全跟进钻孔，辅以片石、粘土块封堵的方法为最优方案：

（1）在顶板岩层裂隙处通过回填粘土钻头挤压可避免泥浆流失情况。

（2）在穿透顶板岩层前下放内护筒至岩面，在穿透顶板岩层泥浆急速流失时可以保障孔壁不发生大面积塌孔。

（3）在溶洞内振动锤下沉钢护筒跟进避免了无法钻进成孔的风险。

（4）避免了混凝土浇筑中可能发生的孔壁失稳导致无法成桩的风险。

（5）可以避免混凝土严重超灌情况。

（6）根据往施工经验，大溶洞处理中钢护筒为最优方案。

4.钢护筒跟进施工方法

4.1 内钢护筒制作

钢护筒加工直径1m，护筒跟进深度按以下方法计：

L=L1+L2+L3

其中：L：钢护筒长度；L1：溶洞顶面到地面加30cm的高度；L2：溶洞高度；L3：钢护筒进入溶洞下岩面的深度，取1m。

则105-1的钢护筒长度为41m，105-2的钢护筒长度为43.2m。

为防止护筒在震动锤激振下放及发生缩孔情况时发生变形，需采用12mm厚度钢板卷制。

护筒分节制作，溶洞顶面岩层以上钢护筒分2节制作。严格控制钢护筒的加工尺寸，椭圆度应满足设计要求，端部应平整，同时应设置坡口以便焊接[3]。

（1）105-1号桩钢护筒加工长度：溶洞顶上2节钢护筒长度均为16.5m，减少起吊重量及护筒接头焊接数量，其中一节顶部30cm内进行12mm厚钢板箍加强，保证振动锤激振时不发生变形。溶洞内护筒按8m一节制作，共1节。

（2）105-2号桩钢护筒加工长度：因该桩号顶板岩层厚度仅为50cm，且在岩层有泥浆流失，钢护筒长度控制在顶板岩层上。故溶洞顶上2节钢护筒长度均为16.6m，以减少起吊重量及护筒接头焊接数量，其中一节顶部30cm内进行12mm厚钢板箍加强，保证振动锤激振时不发生变形。溶洞内护筒按10m一节制作，共1节。

4.2 钻进成孔

（1）钻头规格。为确保钢护筒的顺利跟进，105-1号桩采用φ1.2m冲击钻头直至进入顶板岩层1m以内。105-2号桩采用φ1.2m冲击钻头直至进入顶板岩层1m以上，其余岩层、溶洞及溶洞下岩面采用φ1m冲击钻头施工[4]。

（2）埋设外护筒。外护筒采用直径1.4m，厚度5mm，高度2m的护筒。

（3）钻进成孔。

1）105-1号桩：采用1.2m锤按照正常泥浆护壁、冲击钻进至溶洞顶板岩层约1 m 处，即-1 5.75m 左右。然后起锤，下放钢护筒，再换用1 m 的锤进行冲击钻进，减小冲击钻冲程，控制在0.8～1.5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，不得高冲程钻进，以此防止出现卡锤危险。

2）105-1号桩：采用1.2m锤按照正常泥浆护壁、冲击钻进至溶洞顶板岩层以上约1m处，即-15.9m左右。然后起锤，下放钢护筒，再换用1m的锤进行冲击钻进，减小冲击钻冲程，控制在0.8～1.5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，不得高冲程钻进，防止出现卡锤的危险。同时1m钢护筒跟进。

图1 下节护筒固定方法

图2 上下节钢护筒对接导向方法

4.3 下放内钢护筒

（1）溶洞上部顶板岩面及以上覆盖层的钢护筒下放采用25T汽车吊配合下放，首节下放至高出地面0.5m左右时，在护筒顶两侧对称焊接钢牛腿用以固定钢护筒，避免在上下节护筒焊接时发生掉落的情况，钢牛腿搁置在工20型钢上，型钢搁置在经硬化处理地基的枕木上。

当下节钢护筒固定后，在护筒顶外侧焊4个导向钢板，导向钢板高度20cm。用吊车起吊上节钢护筒，下端套入导向钢板内，采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/100，力求上下节钢护筒在同一轴线上。

上下节钢护筒焊接采用双面开坡机进行焊接。

在上下节钢护筒焊接好后割除钢牛腿、钢导向板，使用25T汽车吊起吊下放，待汽车吊钢丝绳稳定后慢慢下放，确保钢护筒进入顶板岩层[5]。

（2）在1m锤击穿岩层后，焊接8m或10m长钢护筒，采用25T汽车吊辅助DZP45振动锤，将钢护筒打入溶洞内直至岩面，方可进行钻进成孔。在下沉钢护筒的施工过程中，振动锤必须保持平稳，牢固的固定在内钢护筒顶部，并居中护筒顶面的平面位置，避免因偏心造成护筒产生偏斜。

（3）基于考虑溶洞下岩面为不平整，钢护筒与岩面未贴合紧密，为避免在混凝土浇筑过程中在钢护筒下部发生混凝土渗漏的情况，要求钢护筒进入溶洞下岩面一定的深度。采取回填一定的粘土及片石进行冲击钻进，在冲击钻钻进岩面一定的深度后采用振动锤将钢护筒打至岩内1m左右[6]。

4.4 施工安全

（1）为防止因溶洞渗漏而引起的地表沉降，灌浆作业中需增设硬式钻井平台协助的方案，采用I56a型工字钢，配合水平卧式井字法，平台比桩基础要宽2-4m。

（2）在处理溶洞时，要与现实相联系，做好灌浆，抛石，埋管等有关工作，精确地记录建筑参数，对溶洞的容积和深度的精确测量，用可靠的资料提高建筑效率，保证建筑安全[7]。

5.结语

综上所述，在进行岩溶地区码头桩基的施工时，不仅要做好相关地质调查工作，确定溶洞的确切地点和大小，还要采取适当的溶洞处理技术，确保桩基整体的稳定可靠，最终为岩溶地区桩基溶洞码头施工的质量奠定坚实基础。