对桥梁桩基施工中溶洞处理技术探讨.docx

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对桥梁桩基施工中溶洞处理技术探讨

来源：

奔驰发表网[2010-08-2816:

14]作者：

在水一方

摘要：

在进行钻孔灌注桩施工中，会因当地地质情况复杂多变，且溶系发达，给钻孔施工带来一大难题，为解决由于溶洞给施工带来不变，必须组织探讨溶洞处理专项措施方案。

本文结合某桥钻孔灌注桩的施工，对施工中溶洞处理的方案及专项措施进行论述。

关键词：

钻孔灌注桩溶洞处理专项措施

一、工程概况

某桥起讫桩号为K0+957.580—K1+643.855，桥梁长度640.295m。

主桥与引桥下部基础设计均为钻孔灌注桩，全桥21墩台,共118根桩基,主桥桩的基础桩尖设计嵌人微风化岩层（要求大于2.5米），水下混凝土强度为C30；引桥桩的基础桩尖设计嵌人微风化岩层（要求大于2.0米），水下混凝土强度为C25。

桩基类型有：

DΦ1.2m、DΦ1.5m、DΦ1.8m。

桥位跨河涌，地质均为多熔岩地带。

二、桩位地质存在的危害

桥址地质分层构造为（自上而下）：

填筑土、淤泥、粉砂、亚粘土、粉砂、砾砂、粗砂、亚粘土、粗砂、殘积砾质亚粘土、微风化灰岩。

地质资料显示7#～21#墩段，均发现岩层多个层面分布着大小等，全填充、半填允或无填充的溶洞、土洞，这些溶洞位于灰岩层，层面标高一般为-5m～-45m不等，最深的达-66m，有些为单层分部，小的仅几十厘米，大的达十几米深，如7#-3、10#-5、6、7溶洞为多层面分布，10#-5、6、7还存在3-4层的溶洞。

桩位处流塑状淤泥层较厚，淤泥层下面几乎都有5～15m左右的砂层，当钻机冲进全允填、半充填或无充填的溶洞、土洞时，会突发漏浆，引起砂层和淤泥层同缩流失，并造成地陷，无法成桩，也直接威胁人机安全。

在开工初期，设计地质钻探只提供部分桩位钻孔地质资料，加之该溶洞区域的地质情况变化大，特别是相邻桩位地质，在采用常规推理相邻桩位地质条件进行施工时，导致多根桩位护筒与地面沉陷，形成锅状，造成桩基础施工无法正常进行，还影响到相邻桩位。

三、溶洞处理方案

溶洞的处理原则是当钻孔通过溶洞时使其孔内护壁完好牢固，防止泥浆瞬间流失、造成孔壁坍塌的发生，保障顺利成孔及水下混凝土灌注等一系列施工工序的顺利完成。

处理时应根据“一桩一孔”（主桥桩“为一桩三孔”）钻探地质资料进行分析、研究后，确定可行的处理方案。

根据地质情况，施工中对溶洞的处理主要分三种：

①桩位只有一些封闭式或规模较小（一般小于3m）的溶洞或土洞，采用常规抛填处理方案；

②桩位存在开放式的溶洞或土洞并且规模较大（大于3m），先采用常规抛填处理，在多次抛填处理没有效果时再采用钢护筒防护方案。

③对于7#-3、10#-5、6、7桩位的溶洞采用静压化学灌浆法进行预先处理的施工方法。

四、处理方案及施工技术

1.常规抛填处理方案

（1）、材料准备

抛填材料一般采用混合料比较好，可以采用片石、砖块、土包（编织袋装粘土）、粘土混合堆放，一般比例为1：

2：

l：

0.5。

抛填材料数量必须要足够并堆放在距桩孔较近易取的地方，同时配备运输车辆随时待命，另外配备不少于80m大的泥浆池及相应的抽浆设备，以便发现漏浆时能够及时补浆。

（2）、溶洞顶部冲孔

冲孔至离溶洞顶板lm左右时，加大泥浆比重，同时低冲程（高度应该控制在1米内）慢速冲进逐渐击穿顶盖，防止卡钻。

要安排专人观测护筒内泥浆面的变化情况，一旦发现泥浆面下降应迅速提锤同时进行补浆及抛填混合料，待泥浆面稳定后，继续采用低冲程慢冲挤混合料，使其形成泥石孔壁稳定穿过溶洞区。

对于一些溶洞面积相对较大，一次抛填可能达不到成孔目的，必须经过反复几次的抛填处理才能成孔。

（3）、技术要点

处理此类溶洞时，发现漏浆时处理速度要快，先抛填比重较大的材料，以防止泥浆比重和浮力较大，阻碍抛填材料迟迟达不到孔底，回填高度一般以高于淤泥层底面5～lOm或能稳住泥浆为宜，避免回填少了堵不住漏浆，回填太高又浪费材料和重新冲进时进度缓慢。

为达到安全施工，防止万一因溶洞漏浆引发地面沉陷造成钻机机身倾翻，确保人机安全，在采用本方案时须增加钻机刚性平台辅助方案。

钻机刚性平台方案的主要材料为I45#工字钢，平卧井字型布置，平台面积一般比桩机各加宽2～4m。

2.钢护筒防护方案

（1）、钢护筒制作

钢护筒材料采用Q235，板厚10mm，每节护筒度可以根据需要下孔深度及现场设备要求制作，尽量减少焊接节数，分段接长、分段振沉。

每节护筒的接长均应在外圈加焊一层宽20cm的加强板，底节刃脚则为40cm，加强板厚8cm，以防钢护筒振裂。

（2）、内套钢护筒内径确定

对有些桩孔需要套双层护筒或三层护筒，内层护筒比外层护简直径缩小10cm。

（3）、护筒的沉放方法

①根据地质资料柱状图确定护筒下孔深，原则上需把护筒套过淤泥层、砂层等冲进至粘土层以下2m或中风化砂岩、强风化砂岩上，才能确保即使突发溶洞严重漏浆，也能起到防止淤泥层、砂层瞬间回缩的作用，从而保证地面不发生沉陷，确保人机安全。

②用吊机（或冲机自吊）把护筒放人孔底，钢护筒套入接长，联接振动锤，振沉钢护筒。

振沉时应注意护筒的垂直度，可采用手拉葫芦或支撑的方法，确保轴线一致。

（4）多层溶洞钢护筒的套进

①对于多层溶洞间距相差不大的可采用一次到位套进方式。

当冲击钻冲至接近溶洞顶面时，将钢护筒套入孔内，振沉稳固，钻机低冲程击穿溶洞，抛填混合料、补浆稳定后接长钢护筒续振至溶洞底直至成孔，这种做法需用大吨位振动锤，特别是孔越深或溶洞层面越多，要求振动锤的激振力更大。

②对于多层溶洞且间距相差较大的可采用多层内套护筒套进方式。

第一层钢护筒套进并穿过第一层溶洞后，根据第二层溶洞的孔深和第一层护筒脚的深度，计算出第二层所需护筒长度，其护筒长度为第一层护筒脚至第一二层溶洞底深+2m（考虑钢护筒界面交替2m），采用钢丝绳将第二层护筒慢放入孔中，然后将钢丝绳抽出，第2层护筒形成后用冲锤内置引导护筒垂直入孔。

穿越多层溶洞则继续套入多级护筒，直至成孔。

这种做法可节约材料，但有时护筒难以沉放到位，护孔和防止漏浆较差，内置护筒不牢同，垂直度难以得到真正的有效控制。

（5）、溶洞顶部冲孔

与常规抛填一样要求，冲孔至离溶洞顶板1m左右时加大泥浆重，同时采用低冲程（高度应控制在1m内）慢速冲进逐渐击穿顶盖并及时抛填混合料及补浆。

（6）技术要点

①护筒振沉时其垂直度控制是比较关键的，如果控制不好，由于护筒下孔深度较深而产生较大的倾斜，容易造成护筒底部卡锤甚至无法冲进。

在分段连接时，必须采用导向架进行垂直度控制，上下节对焊时，下节应露出施工护筒面不少于2m，以便观测其与上节的垂直度。

对焊接口应水平，并经检查水平和垂直度符合要求后才能施工与焊接。

护简接长完毕，应再次检查和校正中点符合后才能振沉。

②混合料的堆备应比较充足，加大泥浆储量，各应急机械均应处于待命状态，随时处理出现的问题。

②冲进过程中，护筒内泥浆面设置浮标，以便操作人员随时观测泥浆面的稳定情况。

3、静压化学灌浆法

（1）采用静压化学灌浆法进行预先处理的施工方法，是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度（20MPa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序能顺利完成。

溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。

（2）静压化学灌浆的加固特点是浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，并控制浆液灌注在一定范围内且不流失。

浆材的结石率为100%，即1m3体积浆材可得1m3结石体。

对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。

浆液在土体中是往小主应力面方向渗透扩散的，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。

小主应力面通过如此反复不断的加固，一方面渗透、挤密溶洞中土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成防水帷幕，防止流砂，保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔。

（3）灌浆施工

　　①钻孔：

根据溶洞的情况在桩位处钻2-4个孔径80mm的注浆孔，孔深要求达到最深溶洞的底部。

　　②材料：

普硅425＃水泥（新标准为普硅32.5MPa水泥）与化学浆。

③工艺：

采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，要求少量多次、反复灌浆。

　④施工机械设备：

主要机械设备有BW250泥浆泵，BW150泥浆泵，100型钻机，泥浆搅拌机和贮浆槽，高压灌浆管及其配件。

五、溶洞处理要点及注意事项

①必须对岩溶区域地质构造的复杂性给予思想上的高度重视，并在施工初期就成立各相关单位及顾问、专家组成的溶洞桩基处理技术小组，详细研究桩基的地质钻探资料及设计要求，论证并制定切实可行的溶洞处理方案。

②严格遵循“一桩一孔”（主桥桩“一桩一孔”）钻探及“一桩一案”的施工原则。

③严格把握好现场的开孔原则，务必把各项准备工作、应急措施做到位后才允许开孔。

④提高施工现场工人、技术人员的责任心，制定详细可行的施工细则、程序，并要求严格执行。

⑤针对某些地质情况较差的桩基，施工处理方案可以考虑其他方式，例如：

联系设计更改桩性和终孔标高，桩边加打预应力管桩联合为一个群桩墩台整体受力设计或者加固（旋喷注浆）桩底受力层使地基承载力满足设汁要求，而不必穿过多层溶洞。

六、结束语

钻孔灌注桩在桥梁工程属隐蔽工程，其施工技术性强，施工中处理不当将会带来巨大经济损失及施工安全，同时影响到桥梁施工的工期，成熟的施工工艺是保证质量和安全的手段。

此外，在施工过程中，还须完整的质量控制体系，才能做出合格的工程。