岩溶区冲孔灌注桩处理技术浅析

谢湛常

摘要：岩溶发育地区,不同埋藏深度的溶洞较多,在以冲孔灌注桩基础施工过程中一旦遇到此类情况,极易发生偏孔、卡锤,甚至塌孔等事故。本文根椐岩溶地质的特点,介绍冲孔桩溶洞处理的几种工艺,结合工程实践，证实该方法可以较好地解决冲孔灌注桩在岩溶区施工存在的问题。

关键词：岩溶区、冲孔桩、处理技术

中图分类号： TG316.1文献标识码： A

1.形成岩溶地质的条件

（1）具有可溶性岩石,分布在我国的可溶性岩石主要是石灰岩和白云岩。

（2）具有良好的水循环交替条件

2.岩溶对成桩施工的影响

（1）岩溶现象在土层中表现为大小、数量不一,分布不均的孔洞,它具有埋藏浅、分布密、发育快等特点,以基岩为持力层的桩基,桩底部可能存在勘探时没有被发现的溶洞,,若洞顶到桩尖距离不大,会对工程造成潜在的安全隐患。

（2）桩锤穿越石灰岩和白云岩所形成的溶洞过程中,由于顶板岩质强度高,成孔困难,一旦击穿,处理不当容易造成漏浆、涌水、突水、偏锤、塌孔、沉陷、桩机侧翻等现象,甚至出现伤亡事故。

（3）岩溶地区地下水丰富,成孔时涌水量大,给桩基施工和混凝土浇筑带来一定的困难。

3.成桩施工前准备工作

（1）施工前应仔细分析地质资料,条件允许时采用超前钻对岩溶区详细勘探,力求取得全面准确的地质详勘资料。

（2）对照所取得的溶洞资料,根椐溶洞的大小,区分不同的类别,采用不同的处理方案,以达到质量满足设计要求,降低工程成本双结合。

（3）溶洞处理所需的施工材料、应急抢险材料等应备至现场,条件成熟才允许开孔施工。

4.溶洞成桩的处理方法

（1）粘土、片石填充法

适用于溶洞范围小，溶洞高度小于1m，对照地质图，当冲至溶洞顶板lm左右时，减小冲击冲程，控制在1～1．5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，溶洞一被击穿，孔内水头迅速下降,一般护筒内泥浆会全部或部分流失,情况严重时会因此造成塌孔,这时立即向孔内补充泥浆，同时提钻至孔口，并向孔内投入片石、粘土块和水泥，填充溶洞，当孔内水头稳定时，用测线测出回填厚度，当回填厚度大于lm时，使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。发现异常情况及时采用以上方法,反复冲砸，填塞溶洞，挤密护壁，直至顺利穿过溶洞。采用回填粘土、片石处理法时,钢护筒须穿越砂砾等透水层、坐在不透水层上,以防止出现溶洞后孔内水头急剧下降造成塌孔。

（2）贫混凝土回填法

对于溶洞高度1~3m,尤其是半填充或无填充溶洞,当采用回填粘土或片石的方法难以成孔,或者成孔后灌注水下混凝土时孔壁被挤垮,可采用灌低标号混凝土的方法处理。当冲至溶洞顶板lm左右时，减小冲击钻冲程，控制在1～1．5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，为节约混凝土用量及提高处理效果,可先填片石,反复冲挤,在桩周边形成片石骨架,再灌注低标号混凝土至溶洞顶1m,待混凝土达到2.5MPA强度后继续冲孔施工,穿越溶洞。

（3）钢护筒跟进法

对于溶洞高度较大时,洞内无填充或有流塑充填物，漏水严重或与暗河连通时，可采取钢护筒跟进法施工。这种方法就是一面冲孔、一面接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻孔施工。在垂向溶洞较多、桩长较长时，钢护筒跟进困难，不能一层跟进到底时，可分次钻孔、分级跟进护筒。为保证内护筒的刚度，钢护筒采用10mm~15mm厚钢板弯制,内护筒内径的确定现场根据基桩穿过大溶洞的数量，确定内护筒级数，每增加一级，内护筒内径增加0.25m，最小一级内护筒直径大于桩径0.2m当冲至溶洞顶板lm左右时，减小冲击冲程，控制在1～1．5m，注意此时不要击穿溶洞,提起桩锤,采用振动捶压入钢护筒,下沉内护筒时，由大到小，分级逐次下沉进行。先钻大孔，下沉大护筒；再钻小孔，下沉小护筒。如果穿过一层溶洞，就采用一级内护筒，每增加一层洞，就增加一级内护筒。直至溶洞底部,施工时应注意控制压入护筒的垂直度是否在规范允许范围内。如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不可能与岩面完全接触，加上岩面岩面一般较为倾斜，内护筒与岩面之间一般往往会形成较大间隙，若不加以固结，在入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，极易造成埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔，留下质量隐患。利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土，用2-4m冲程进行冲压，使其密实造壁，反复多次，直至孔底平整才可以向下冲进，处理同时可以冲平参差不齐的岩面。钢护筒能有效将桩孔与溶洞分隔开,有效地避免流塑状填充物回流现象,桩孔顺利穿越溶洞。

（4）注浆法

注浆法是桩基施工前岩溶处理的一道工序,注浆技术目前已成为我国岩溶发育区工程技术领域的一个重要分支，它具有施工设备简单，投资小、损耗小，操作工人少，工期短、见效快，施工中产生的噪声和振动小，对环境影响小，在狭窄的场地和空间均可施工，加固深度可深可浅，易于控制等许多优点。

工艺原理:利用液压、气压或者电化学原理，把浆液均匀注入地层中；浆液以充填、渗透和挤密等方式，替换土颗粒间或者岩石裂隙间的水分和空气；浆液固化成固结体与原来的地层形成一个强度、防水及化学稳定等性能有所提高的结石体，这一过程叫做注浆。

操作要点:注浆孔钻探技术a、测放孔位：根据设计图纸统一编号，并现场测放孔位，标高，进行统一编号钉桩。钻孔偏差不大于50cm。b、钻机就位:平整场地、机台后，设置钻机，调平机架、机体。c、开孔钻探:开孔前先了解有无地下埋藏物，确认无误后采用三翼钻头、岩芯管开孔钻进。开孔直径不小于φ110mm。d、土层钻进:土层钻探采用φ108mm钻头钻进，每一回次钻完后，取出土芯、岩芯，摆放整齐，并用标签记录不同土层的深度。对于地层含大量砾石砾砂、土层地质较松散的桩孔应采用φ110套管，护壁套管露出地面0.2～0.5米。e、岩层钻进基岩面以下采用φ91钻头，钻孔过程中均取出岩芯，摆放整齐，用小标签记录不同岩性以及溶洞的深度，确定土石界面。钻至设计深度后，对钻孔进行清洗，宜维持20min钟。f、桩位采用压力注浆加固，按照分序原则布置二个序列注浆孔，先施工第一序列孔，再施工第二序列孔。g、钻进过程注意事项：1、在钻孔通过土层和岩溶发育破碎带时，采用跟管干钻，钻至岩层后可采用饱和水钻进，严禁使用泥浆钻、大水冲水钻进。2、钻孔深度根据具体土层厚度、岩溶洞穴和土洞形态、埋深综合确定。3、在地下水位高于土石界面时，在进行钻进时要做好封水工作，钻孔不得偏斜。

注浆:注浆材料采用PO42.5水泥，以及注浆管材等。注浆前准备：根据设计图及注浆孔岩溶发育程度，做好浆液配比用料，水灰比为0.8:1～1:1。检查搅拌机、注浆泵等设备运转情况；压浆孔孔口盖换上混合器(法兰盘)，对管路进行试压、检查管路、接头的连接、密封质量。当控制浆液漏失处理局部使用双液堵漏时，水玻璃与浆液体积比以试验确定，水玻璃浓度35～40be，模数2.4～3.4。注水试验：选取代表性孔进行注水试验，确定注浆前单位长度吸水量。注浆采用金属注浆管，有空洞需要填充水泥砂浆或水泥碎石粉浆时，内径不小于50mm，伸入注浆范围顶面以下为花管，且长度不小于0.5m。注浆底部为破碎带或溶洞时，应充填混合良好的水泥砂浆或水泥碎石粉浆封闭底部通道。注浆的方式采用动态施工的方式：采用自流注浆和压力注浆相结合。注浆压力参数：在灰岩中不小于0.2~0.4MPa，终于压力0.2~0.5MPa。对土洞、空洞或半充填溶洞，应高压冲填粉煤灰、砂、碎石后再进行注浆处理。注浆时当注入率较大时，可掺入一定量的粉土或粉煤灰，粉土掺入量（水泥重量的10%，粉煤灰掺入量为水泥重量的20%～50%）。在终注压力下连续注浆10min的注入率不大于5L/min，可终止注浆。达到以下条件可结束注浆：⑴注浆口口压力维持在0.5MPa左右，时间可维持在10min。⑵冒浆点超过注浆范围3～5m时。⑶单孔进浆量达到平均设计压浆量的1.5～2倍，且进浆量明显减少时。⑷特殊条件控制标准：当注浆压力不大或降低注浆量，基底出现异常上鼓，应终止注浆，同时采用附近注浆孔“补偿”等措施。

5.结语

实践证明,岩溶地质条件进行桩基施工时,首先进行地质钻探,查明地质情况,然后有针对性地选用片石、粘土回填法、回填贫混凝土法、钢护筒跟进法、注浆法等溶洞处理方法进行成孔施工,可取得事半功倍的效果。能有效解决冲孔桩基施工存在的问题。确保桩基础冲孔灌注桩施工的安全顺利进行。

参考文献:

[1]方小睿,沈典栋.溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J],公路,2011(12)

[2]蒋建延.岩溶地质桩基处理技术措施[J].水运工程,2012(5):1042105.