复杂岩溶地区桩基区域溶洞处理技术研究

余文浩

（广州建筑股份有限公司，广州 510030）

0 引言

广州位于珠三角平原区，地层情况复杂多变，存在软土、松散砂土、岩溶、破碎带和深厚风化深槽等复杂地质，给桩基工程施工带来许多难题[1]，且容易产生灾害性的环境岩土工程问题[2]，如边坡失稳、突涌、地面塌陷和不均匀沉降等[3]。

工程中常规采用的溶洞处理方法有注浆法、回填筑壁法、钢护筒跟进法以及全回转全套管法。其中注浆法，利用高压喷射的方法将浆液注入岩石和土层中，加固土体，现主要用于填充各种类型及埋深的溶洞；回填筑壁法，通过回填片石和粘性土的方法，改善溶洞漏浆现象，提高溶洞的填充率，在小型溶洞中应用最为广泛；钢护筒跟进法，在溶洞处理过程中利用埋设护筒避免孔壁塌孔的方法，在大型溶洞的处理中应用广泛；全回转全套管法，在埋设护筒的同时，转动护筒切削土体，保证桩基的施工质量[4]。

上述处理方法施工原理及施工技术不尽相同，均是在进行桩基施工的同时进行溶洞处理，但桩在一次成型浇筑混凝土过程中，会将未处理的溶洞区域填充，导致桩基出现超灌现象；若是遇到无法一次成型时，采取抛填片石或碎石，桩成孔孔径也会相应扩大，同样导致桩基出现超灌现象，影响工期及施工成本[5]。尤其溶洞发育率高的地区，一次成桩的桩基完整性与承载力均难以满足设计要求。

为此本文提出两阶段桩基溶洞处理方法，第一阶段，依据勘察报告对桩基范围内直径大于5m 的溶洞进行注浆预处理；第二阶段，在桩基施工中，采用抛填毛石、片石等边施工、边处理的方式进行溶洞处理。采用两阶段处理，可以在一定程度上避免桩基出现超灌现象，降低桩基施工成本，节约工期。

本文依托广州白云机场三期扩建工程某安置房项目，全面分析场地溶洞分布情况及对桩基施工影响程度，在此基础上开展复杂岩溶地区桩基溶洞处理技术研究，系统阐述溶土洞与桩基处理技术与流程要点，提出高效的质量保证措施，为其他类似项目提供设计与施工参考。

1 工程概况

某安置房项目位于广州市花都区，总建筑面积61.8万m2，拟建58 栋13 层住宅楼，建筑面积约为40 万m2。项目场地处于广花盆地构造广花复式向斜核部，总的构造线方向为NE～SW 向；地质构造较为复杂，褶皱总体走向为北东向，揭露基岩有炭质页岩、炭质页岩夹石灰岩、炭质灰岩、石灰岩等，其中，石灰岩、炭质灰岩为可溶性岩石。因此，场区的石灰岩可能发育溶洞。

项目详勘阶段完成钻孔740 个，其中有133 个钻孔揭露有溶（土）洞共160 个，见洞率24.62%，线岩溶率12.75%，溶洞分布无规律，溶洞埋深8.60～22.30m 不等，洞高为0.50～24.90m；土洞埋深8.50～19.80m，洞高0.40～9.10m。超前钻阶段见洞率则高达37.50%，线溶洞率12.41%。土洞多为无充填，充填物为灰黑色流塑～软塑状粘性土，含较多风化岩残渣；溶洞多为半充填，部分为无充填和全充填；半充填溶洞占比约为45%；全充填占比约为26%，无充填占比约为29%；充填物为流塑～软塑粉质粘土或炭质页岩、页岩残积土，夹少量中粗砂及灰岩碎块，部分串珠状溶洞间断性出现中风化岩块。

对溶洞发育状况进行分析，场地位于岩溶中等发育区，溶洞多且规模较大，部分充填流塑～软塑状粉质黏土，岩溶对桩基稳定性影响较大。由于场地存在溶（土）洞，且上覆厚度较大砂层，桩基础等地基基础施工时如遇土（溶）洞，容易出现“滑桩”“悬桩”“半悬桩”等工程质量问题，在荷载作用下，可能产生桩基失稳。且其岩石单轴抗压强度差异变化较大，地基基础下存在临空面，易垮塌而引起地面塌陷，破坏相邻建（构）筑物。为此针对本项目情况，分析溶洞处理的基本原则及桩基溶洞施工技术。

2 溶洞处理基本原则

溶洞处理作为确保桩基施工过程中安全及成桩质量的关键技术，需根据溶（土）洞实际情况选择合适的方法，实现溶洞处理的经济、安全、高效。本项目提出的两阶段溶洞处理基本原则如下。

2.1 溶洞预处理原则

在工程桩施工深度及范围内，5m 以下的溶洞、小于1m 的土洞以及全填充溶（土）洞不做处理，5m 以上的溶洞、土洞（包括管桩已施工的）及灌注桩的都需作出处理；处理顺序现场施工按照由外至内、先大洞后小洞、先下后上、隔一跳一的顺序进行。①由外至内，根据施工部署先对场地中溶洞分布外侧的溶洞进行注浆加固，后对场地内部溶洞进行注浆处理；②先大后小，对于溶（土）洞先进行水泥浆预处理，分次注浆量为40m3，分三次注浆，累计注浆120m3后，还未见孔口冒泡，再采用双液注浆封堵；双液注浆以40m3为一个验收批次，直到孔口返浆；③先下后上，对多层溶洞，先灌注下层溶洞，再灌注上层溶洞，注浆管自下而上按溶洞竖向分布情况，依次提升；④隔一跳一，对于超前钻揭露有连续溶洞分布的区域，采用隔一跳一施工方法。其余溶洞可在施工过程根据实际情况处理。

2.2 桩基区域溶洞过程处理原则

①所有溶洞桩施工过程桩基应落位在无溶洞侧或已处理完溶洞侧；②灌注桩施工中，有未探明超过5m 的溶洞，应考虑6～10m 钢护筒，泥浆面下沉时防止上层塌孔；③优先选用旋挖桩形式成孔，旋挖桩功率及钻头应考虑入岩或穿透溶洞岩层需求；如遇到斜岩，旋挖方式确实无法解决的，再继续考虑冲孔桩。

3 桩基区域溶洞处理技术

对施工区域溶（土）洞进行灌浆预处理后，进行管桩及灌注桩施工时，根据实际情况，采用边施工桩基边处理溶洞的方式进行，从而避免桩基施工出现超大溶洞未处理导致桩基超灌现象情况，提高桩基成桩质量和承载力。管桩与灌注桩区域溶洞处理技术要点如下：

3.1 管桩区域处理技术要点

管桩区域溶洞处理技术主要从处理方法的选择、填充（注浆）材料的类别、现场注浆孔的布置、注浆压力及配比、注浆顺序及注浆控制和注浆速度等多个要点进行控制，确保处理质量。

3.1.1 处理方法的选择

①对小型溶洞可不处理，对大型溶洞则需按如图1 方法处理；②对中型洞（高度5～10m 或预估连通体积50m3～100m3）宜采用先灌砂，后泵送低标号素混凝土处理；③对大型溶洞（高度大于10m 或预估连通体积大于100m3）宜采用先填砂或填碎石+静压水泥灌法处理的措施，对连通性的溶洞，可通过试验先采用双液浆或泵送素混凝土方法进行封边处理。

图1 管桩区域溶洞处理示意图

3.1.2 填充（注浆）材料

水泥砂浆采用（M7.5），水灰比取为0.8～1.2，需根据现场土质情况适当调整；可采用纯水泥浆或C15 素混凝土。溶洞边线封堵时采用双液浆。

3.1.3 注浆孔布置

①注浆管布置，如图2 所示，宜进入溶洞顶板以下0.3～0.5m，施工单位可根据现场试灌情况调整。灌注水泥浆时，注浆管应达到溶洞或土洞底部。水泥砂浆或纯水泥浆的注浆孔孔径110～130mm，排气孔孔径不小于90mm。袖阀管所需的管径为Φ50，吹砂所需的管径为Φ300，灌素混凝土所需孔径为Φ300。②灌注砂浆的注浆孔附近布置1～3 个排气孔，排气孔距离注浆孔2m 左右，终孔孔径不小于90mm，呈“品”字型布置。

图2 注浆管布置示意图

3.1.4 注浆压力及配比

①对于灌注水泥砂浆的注浆孔，先泵送水泥砂浆（采用Φ108～127 钢管，壁厚4mm），注浆压力0.3～0.5MPa（周边小，中央大），如灌注的水泥砂浆超过30m3/孔，待砂浆初凝后再注，直至灌满，达到注浆压力要求。施工时，如发现溶洞已被相邻注浆孔灌浆时充填则根据充填情况，采用花管（花管可采用Φ75PVC 管壁厚2.5mm，管径以方便插入注浆管注浆为宜）灌注水泥浆。

②排气孔采用花管注浆，灌注32.5R 普通硅酸盐水泥浆，先稀（水灰比0.8～1.0）后浓（水灰比0.5～0.6），以浓浆为主，注浆压力0.3～0.5MPa，如灌注的水泥浆超过50m3/孔，改用双液浆封堵，直至灌满，达到注浆压力要求。如检查注浆孔成孔时揭露大于等于2m 无充填或半充填的溶（土）洞，应扩孔改灌水泥砂浆，灌浆要求同前。

③对于大型溶洞，如图3 大型溶洞处理示意图所示，应先摸查清楚边缘再进行处理。对于已确定边缘的土、溶洞，其外围加密孔采用灌注双液浆。双液浆采用水泥浆+2%水玻璃，模数3.0，水泥强度等级为42.5，水泥浆水灰比1:1，注浆压力0.2～0.5MPa，对周边孔双液浆按0.6～0.8MPa，一般流量为8～12L/min。

图3 大型溶洞处理示意图

3.1.5 注浆顺序及注浆控制

按照先周边孔，再中央孔的顺序进行，采用间歇式注浆，每次注浆量不超过50m3，待固结后再进行下一次注浆。对于两次注浆未满的孔，考虑使用双液浆或扩孔后灌注素混凝土。

3.1.6 注浆速度

注浆速度不宜过快，防止出现堵管现象，需控制在30～70L/min 内。

3.2 灌注桩区域处理技术要点

①岩溶地区钻孔灌注桩施工与常规灌注桩施工的工艺存在一些差异，在施工期间遇到未探明的溶洞或未预处理的溶洞影响施工时，在保证施工安全前提下边施工边处理。边施工边处理时，在进入溶（土）洞上部1.5m 开始，采用慢速钻（冲）进，到达溶（土）洞顶面后，宜优先采用边钻（冲）进边投入毛片石、粘土等混合物，同时保证泥浆的胶体率和稳定性。

②对于漏浆渗水严重的较大溶土洞，施工必要时可以采用混凝土代替片石回填或者打入钢护筒进行处理。

4 质量保证措施

①注浆液应按照试验确定的配合比，经计量后用搅拌机充分搅拌均匀。并应在注浆过程中不停缓慢搅拌。②浆液灌注时，需保证供应量满足要求，确保不间断浇筑。③除了严格控制浆液配合比和供应量外，还要防止注浆时泵管堵塞，当泵管出现堵塞时，要及时疏通，以保证浇筑的连续性。④在浆液浇筑工程中，为避免泵管形成高气压囊，浆液需均匀缓慢灌入。⑤注浆过程中，需观察钻孔冒水、冒浆情况，以此分析洞体的充填质量，当单孔注浆量大于设计值，但注浆压力达不到要求时，则需停止注浆避免发生堵管现象，并适当提管，约3 小时后可再重新开始注浆。若采用多孔注浆的方式，则需跳孔施工，观测注浆量与注浆压力的变化，确保达到设计值。⑥泵管接头要牢固，提升时需缓慢且导管垂直度符合要求、位置居中；同时需使用测锤等工具及时测量浇筑面高度，确保超灌标高满足设计要求。

5 处理效果分析

5.1 成桩质量高

经处理后的管桩与灌注桩成桩质量良好，管桩与灌注桩桩身完整性低应变检测Ⅰ类桩占比分别达97.91%与92.4%，没有Ⅲ类和Ⅳ类桩，检测结果如表1 所示；竖向抗拔与抗压检测结果均满足设计要求。

表1 桩基检测结果

5.2 经济效益好

依据项目前期地勘资料，预估溶洞处理工程量为：41846.44m3，其中溶洞处理预估工程量40677m3、桩基超灌预估工程量1169.44m3。依据现场施工情况，实际发生的工程量约为21203.69m3其中溶洞处理工程量13104m3、桩基超灌工程量8099.69m3。桩基超灌注量较预期有所提高，但通过采用本文提出的两阶段处理方法，相较于其他方式，溶洞处理工程量较预期大幅度下降，实际发生费用较原合同清单金额有所降低，经济效益成果显著。

5.3 施工速度快

采用两阶段溶洞处理方法，提高了溶洞处理的效率、缩短了施工工期、保证了桩基施工质量。

6 结论

本文根据项目特征，总结了复杂岩溶地区溶洞处理的原则，阐述了在桩基施工溶洞处理的方法，得出了以下结论：①复杂岩溶地区需全面分析溶洞处理的原则、范围，如本项目高度小于1m 的土洞以及全填充溶（土）洞及5m 以下的溶洞均不做处理，保证处理的效率、降低处理成本。②选择合适的桩基处理方法后，需严格选用注浆材料、合理布置注浆孔、明确注浆顺序及注浆速度等，并结合工程实际地质情况及周围环境进行适当调整，确保桩基成桩质量。