淺談鉆孔灌注樁過程中的溶洞處理

李麗萍

(中交第四公路工程局有限公司,北京 100123)

1 工程地質(zhì)

回填片石

回填粘土處理溶洞

湘桂鐵路位于湘中丘陵、廣西盆地內(nèi)，總體地勢(shì)相對(duì)較平緩。線路總的地勢(shì)為中部高(興安-帶的南嶺)，南北兩側(cè)相對(duì)較低。

1.1 地層巖性

沿線出露地層相對(duì)較少，主要為石炭系(C)、泥盆系(D)地層，其次為白堊系(K)、寒武系(∈)及二疊系(P)地層，缺失地層較多，未見巖漿巖出露。

泥盆系(D)、石炭系(C)以碳酸鹽巖和碳酸鹽巖夾碎屑巖地層為主，局部為碎屑巖夾碳酸鹽巖，有含煤層和炭質(zhì)頁巖。

第四系更新統(tǒng)(Qp)和全新統(tǒng)(Qh)分布較廣。有黏性土、卵石土、粗礫石土、砂土等，分布于沿線的湘江、漓江、洛清江、柳江等河谷階地和丘澗溝槽及盆地中，厚度分布不均。部分河流階地和丘間洼地中有透鏡狀、夾層狀或雞窩狀的軟土分布。坡、殘積土主要由碳酸鹽巖風(fēng)化形成的紅黏土以及非可溶巖風(fēng)化而成的粉質(zhì)黏土、黏土，部分具有弱～中等膨脹性。

1.2 水文地質(zhì)

1.2.1地下水類型

沿線地下水主要為松散層中孔隙水、碳酸鹽巖中巖溶水、碎屑巖基巖裂隙水三大類型，其中以巖溶水最發(fā)育。地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，與地表水呈互補(bǔ)關(guān)系。

2 工程概況

本項(xiàng)目施工的竹梅洞大橋與高田特大橋設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為鉆孔樁，該地段地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造作用強(qiáng)烈，隱伏巖溶塌陷十分嚴(yán)重，該地區(qū)巖溶級(jí)發(fā)育，呈串珠狀形式發(fā)育，大多數(shù)為黏性土填充，底部個(gè)別溶洞為空洞。從地質(zhì)資料中看出各墩臺(tái)的樁基下均有溶洞，溶洞與溶洞有的彼此相通，此二橋溶洞充填樣式較多主要有空溶洞、半充填溶洞、全充填溶洞類型。充填物又分為黏土充填物、砂礫充填物，充填物大部分呈軟塑或流塑狀。因此樁基施工難度極大。

巖溶地層的巖面及各層溶洞的頂蓋和底板高低不平，相差懸殊，因此巖溶內(nèi)鉆孔，關(guān)鍵是要解決多次斜面開口和洞內(nèi)造壁問題。施工中常采用回填片石和粘土，低錘勤擊，并須及時(shí)糾偏。樁基礎(chǔ)施工過程中的溶洞處理對(duì)于成樁質(zhì)量十分關(guān)鍵,如處理方法不當(dāng),往往會(huì)造成掉鉆、卡錘、埋錘、漏漿、塌孔、超方等事故發(fā)生,甚至威脅橋梁運(yùn)營安全。因而充分了解橋區(qū)樁位所遇溶洞的發(fā)育規(guī)律、基本形態(tài)、規(guī)模大小、溶穴頂板巖層厚度、完整性、洞內(nèi)充填物形狀等,采取有效穩(wěn)妥的措施,并隨著施工的進(jìn)展，以及對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)一步了解，隨時(shí)修訂技術(shù)措施，有利于施工的順利進(jìn)行，確保樁基成樁質(zhì)量，有效的控制成本。

3 溶洞處理的主要方法

溶洞處理的方法是比較多的，要根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況和項(xiàng)目的機(jī)械配備情況出發(fā)，常規(guī)的做法有：

3.1片石、粘土回填法（適用于小型溶洞）

填充片石和粘土法總的來說比較經(jīng)濟(jì)適用，且操作起來比較容易，處理小型溶洞能取得一定的效果；但是在鉆進(jìn)和澆筑混凝土的過程中，受沖擊力以及混凝土側(cè)壓力的影響，溶洞區(qū)鉆進(jìn)回填形成的護(hù)壁可能在灌混凝土的過程中受壓垮塌，混凝土立即流向溶洞，導(dǎo)致水下混凝土面急劇下降，一旦露出導(dǎo)管，往往造成斷樁。在竹梅洞0#臺(tái)1#樁在灌砼過程中，出現(xiàn)砼面突然下降4m現(xiàn)象，所幸導(dǎo)管口未露出混凝土面，未形成質(zhì)量事故。

靠沖擊錘的重力作用來填充溶洞，填充的密實(shí)度往往達(dá)不到要求，效果不好，通過回填勤擊，以及在經(jīng)過溶洞位置控制混凝土的落差，減小沖擊力，通過溶洞后在正常澆筑等措施?？梢栽谝欢ǔ潭壬辖档突炷翛_開溶洞的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2鋼護(hù)筒跟進(jìn)法（使用于大型溶洞的處理方法）

3.2.1護(hù)筒跟進(jìn)法總的來說施工造價(jià)高，操作起來難度較大，機(jī)械要求投入多；護(hù)筒跟進(jìn)中容易發(fā)生傾斜或變形，且往往不易壓入。但使用鋼護(hù)筒處理溶洞可以減少污染，避免超灌混凝土，在成樁質(zhì)量上有保證，同時(shí)也可加快施工進(jìn)度。

本項(xiàng)目施工的白沙河大橋與梁家中橋，在土層與巖層中間存在3-4米的卵石層，該種地質(zhì)情況成孔在不使用護(hù)筒的情況下十分困難，在進(jìn)入巖層前必須跟進(jìn)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒一般要進(jìn)入巖層50cm左右，主要作用是防止卵石層塌陷。當(dāng)鉆機(jī)沖破巖層時(shí)，立即發(fā)生大面積漏漿，泥漿水位急速下降，處于中間層的卵石層失穩(wěn)，導(dǎo)致坍塌，反復(fù)沖孔時(shí)，仍又漏又塌，且越塌越大，施工很被動(dòng)，根據(jù)這一特點(diǎn)，我們?cè)谟写笕芏吹臉犊咨喜款A(yù)先放置6-8m長的鋼護(hù)筒，其底深穿過卵礫石層進(jìn)入巖層0.5m，使施工順利進(jìn)行。一般類似地質(zhì)樁孔在下鋼護(hù)筒后可有效的減少漏漿但不至于塌孔，較快成樁，縮短了工期，反而節(jié)約了成本。同時(shí)條件允許鋼護(hù)筒可部分回收利用，從而降低成本。

3.3特殊情況下可以用剛護(hù)筒與回填片石粘土方法結(jié)合起來處理

在實(shí)際施工過程中，鉆孔深度還未進(jìn)入巖層時(shí)，出現(xiàn)大面積漏漿，導(dǎo)致塌孔，通過現(xiàn)場(chǎng)分析，由于當(dāng)?shù)厮蛋l(fā)達(dá)，在土巖結(jié)合面形成大量土質(zhì)溶洞，部分溶洞與當(dāng)?shù)氐乃迪嗤ā?/p>

出現(xiàn)土質(zhì)溶洞塌孔是極易發(fā)生的，其發(fā)生原因是孔內(nèi)溶洞較大，在鉆頭沖塌溶洞時(shí)，樁孔泥漿瞬間大量漏失，液面急劇下降，孔壁壓力平衡遭到破壞，往往引發(fā)樁孔坍塌、地面下陷，回填基本上不起作用，有的造成掩埋鉆頭等事故，有的甚至演變成為難以解決的棘手問題，給施工造成極大麻煩。我們?cè)谑┕ぶ杏惺畮讉€(gè)孔位出現(xiàn)過此種情況，甚至導(dǎo)致鉆機(jī)傾倒，如果土溶洞較大，較深（主要通過漏漿情況觀測(cè)），只能是完全回填；如果條件允許，需將溶洞揭露，重行回填，夯填密實(shí)，重行鉆孔。如果沒有條件就需要使用護(hù)筒，將巖層上面的土層使用鋼護(hù)筒加固，從根本上防止漏漿和塌孔，在巖層下面的溶洞可以采用回填片石粘土法解決。

在實(shí)際的施工過程中由于地質(zhì)情況復(fù)雜性，須綜合考慮施工方案，在施工竹梅洞8號(hào)墩3#樁時(shí)，樁邊水渠冒漿嚴(yán)重且孔口塌陷，塌孔嚴(yán)重，經(jīng)設(shè)計(jì)地質(zhì)專家現(xiàn)場(chǎng)考察后認(rèn)為，該樁存在土質(zhì)溶洞和巖層豎向裂隙，采用片石回填或者跟進(jìn)鋼護(hù)筒兩種方法根本無法處理漏漿塌孔，由于裂隙縱深，鋼護(hù)筒無法徹底封堵，回填塊片石粘土同樣無法將裂隙堵死，通過多次嘗試，最終采用下導(dǎo)管至孔底回灌混凝土，利用混凝土將裂隙封堵，鉆孔過程跟進(jìn)鋼套筒至巖層內(nèi)50cm，將土層加固，防止土層溶洞塌孔。巖層下溶洞采用回填片石粘土，通過以上處理方法成功成樁，使施工既經(jīng)濟(jì)有合理。

3.4通常在實(shí)際施工過程中要結(jié)合設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)勘探資料進(jìn)行，在我們實(shí)際施工中起到的指導(dǎo)作用是很大的。通過地質(zhì)資料以及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況針對(duì)不同體積的以及不同填充物的溶洞的采取相應(yīng)的方法應(yīng)對(duì)。在比較措施投入費(fèi)用和工期、質(zhì)量保證等條件下，選擇最合適的處理方法。

4.通過溶洞的鉆孔施工技術(shù)

4.1鉆孔順序

由于巖溶形態(tài)構(gòu)造復(fù)雜，存在有裂隙、溶溝以及串珠狀溶洞等，對(duì)開孔順序應(yīng)該統(tǒng)籌安排，根據(jù)地質(zhì)資料提供的溶洞的大小、多少、巖面的高低以及構(gòu)造狀況等地質(zhì)條件，安排鉆孔順序。一般情況下首先選擇溶洞大的，串珠狀的以及溶洞群或較深的溶洞施工，這樣安排，有利于及時(shí)封閉溶洞，隔斷溶洞通道。為后面成樁提供便利，同時(shí)有效減少超灌混凝土。

4.2通常情況下結(jié)合地質(zhì)資料（當(dāng)鉆進(jìn)接近溶洞頂板時(shí)，沖擊聲音減弱等情況）當(dāng)鉆孔至溶洞頂1米左右的范圍內(nèi)一定要將沖程降下來，逐漸將洞頂擊穿，以防止卡鉆?，F(xiàn)場(chǎng)要備足片石和粘土（地質(zhì)資料起參考作用，部分地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)差別很大，一般情況溶洞的體積和復(fù)雜性變化較大），對(duì)于半填充和無填充的溶洞要組織足夠的水源。根據(jù)鉆孔的進(jìn)尺情況，在擊穿洞頂之前，要有專人觀測(cè)護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應(yīng)迅速補(bǔ)水和粘土。擊穿洞頂后，應(yīng)向孔內(nèi)投入粘土、片石混合物，沖砸固壁并不斷的補(bǔ)水。只有當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。如此反復(fù)鉆孔以使順利穿過溶洞。

簡單的拋填粘土、片石，只是沖塌溶洞漏漿的事后補(bǔ)救方法。方法得當(dāng)，常?？善鸬绞虑胺缆┓浪哪康摹８鶕?jù)地質(zhì)資料，有很多樁位溶洞體積較小，我們采取在穿過溶洞前先陸續(xù)投入裝滿粘土的編織袋以及片石，邊投邊鉆進(jìn)，沖穿巖面后，沖碎的片石和尼龍編織袋片往往可有效的填充溶洞和裂隙。然后繼續(xù)邊鉆邊投泥包，常常能使漏漿由大變小，由小變無，即使不能完全防止漏漿但至少可以降低漏漿的速度。在回填粘土的編織袋中一定要加入片石這樣有利用泥包快速沉入孔底，同時(shí)往孔內(nèi)回泵泥漿，使孔內(nèi)液面快速回升，平衡孔壁壓力，防止或減輕塌孔現(xiàn)象，然后再?zèng)_擊鉆進(jìn)?？梢杂行幚砣芏?，控制成本。

4.3對(duì)于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有較厚的沙礫層時(shí)，為防止泥漿突然流失，造成孔壁坍塌，采取護(hù)筒跟進(jìn)法施工。具體做法為：首先正常鉆進(jìn)至溶洞上方約1m處，將鉆頭提起，用振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒砸至孔底（鋼護(hù)筒在施工過程中出現(xiàn)傾斜，應(yīng)立即停止作業(yè)，查明原因并進(jìn)行糾偏），改用小沖程繼續(xù)沖砸，直至擊穿溶洞，然后回填粘土片石混合物同時(shí)補(bǔ)水，采用1.5m左右的沖程將洞內(nèi)沖砸密實(shí)，當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。如此反復(fù)鉆孔以使順利穿過溶洞。

4.4對(duì)小型或多層溶洞或串珠狀溶洞，為防止其不與相鄰孔竄孔或成孔后孔型有葫蘆狀，必要時(shí)可灌注低標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行填充，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以上時(shí)在進(jìn)行鉆孔。

4.5泥漿的調(diào)整

正常鉆孔泥漿比重一般控制在1.3-1.4，如果漏漿發(fā)生在透水性強(qiáng)的地層及巖溶裂縫中，則采用加大泥漿比重，如本項(xiàng)目施工的白沙河大橋與梁家中橋的樁基時(shí)經(jīng)過的卵石層時(shí)防止塌孔的泥漿比重達(dá)一般到1.5-1.6。加大泥漿比重在防止塌孔過程中可以起到一定的作用，但不能一味的依靠調(diào)整泥漿比重來預(yù)防塌孔。在經(jīng)過溶洞補(bǔ)漿補(bǔ)水以及回填粘土過程中會(huì)導(dǎo)致泥漿比重變化，施工過程中要及時(shí)調(diào)整。

結(jié)語

鉆孔過程巖溶地基處理有很大的難度和復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)選擇合適有效的施工方法，采取有效穩(wěn)妥的措施,保證施工的順利進(jìn)行，使施工經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)確保樁基成樁質(zhì)量。

[1]《石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)》2004年S1期.