[浅谈桩基串珠式溶洞处理施工技术] 桩基溶洞处理方案
时间：2019-05-13 03:25:00 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：通过对乐昌至广州高速公路武江公路大桥18号墩4号桩和14号墩1号桩串珠式溶洞桩基施工处理方案，介绍了桩基串珠式溶洞处理的技术和施工工艺，分析、总结了不同类型串珠式溶洞处理方案。
关键词：桩基溶洞施工技术
中图分类号：U44文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）004-008-02
溶洞对基桩的受力状态会产生较大的不利影响，而且冲孔桩钻进过程中，遇到溶洞或裂隙发育的位置时，泥浆会向溶洞或裂隙处泄漏，泥浆泄漏迅速来不及补给，造成泥浆水头下降，破坏孔内外水压平衡，从而导致塌孔、扩孔、埋钻，严重的会导致地面下沉、桩机倾覆，威胁施工人员安全和延误工期，溶洞处理施工技术是溶洞桩基施工的难点，也是确保大桥结构安全的重点。
1工程概况
乐昌至广州高速公路武江公路大桥全长868.6m，跨越武江主航道、S248省道和京广铁路。其中6号~21号墩位于武江河道内，为钻孔桩承台基础，桩径分2.8m、、2.0m、1.8m、1.5m四种。通过地质勘测资料揭示，该桥桩基位于岩溶发育区，分布复杂，单桩溶洞最长达到8.8m。第一层为卵石土层，厚度为6m~45.2m；第二层为中风化灰岩夹层，厚度为0.2m~2.8m；第三层为溶洞层，厚度为0.9m~8.8m；第四层为中风化灰岩层，厚度为1.1m~12.1m，大部分桩基终孔标高位于该层。
2溶洞处理施工技术
在施工过程中，溶洞桩基处理技术可分为事先预处理与成孔过程中处理两类，其中预处理根据填充材料及施工工艺又大概可以分为3 种，分别是溶洞压浆、双液注浆以及旋喷帷幕；成孔过程中处理主要分为2 种，分别是钢护筒跟进和抛填黄泥片石。
武江大桥溶洞桩基处理按照地质不同大致分为串珠式溶洞桩、8m以上溶洞桩基、无填充及半填充溶洞桩基。针对溶洞类型为全填充而桩基附近无建筑物且为陆上桩的大型溶洞桩基，拟采用抛填片石、黄泥、水泥或混凝土的过程中处理方法进行处理；串珠式溶洞：2m以下拟采用抛填黄泥片石处理，2m以上溶洞采用内护筒跟进处理；8m以上全填充溶洞，拟采用内钢护筒跟进法和双液注浆施工；对于无填充、半填充溶洞，拟采取内钢护筒和抛填黄泥片石施工。本文重点介绍串珠式溶洞处理施工方案。
3串珠式溶洞桩基处理方案
根据地质情况，本桥水上串联式溶洞较多：6-3（6号墩3号桩简写，其余均同）、9-1、10-4、13-3、14-1、14-3、16-4、18-1、18-2、18-3、18-4、19-2、19-4、20-3、20-4、20-5、20-6、20-7、20-8、20-10等20根桩基为串珠式溶洞，大部分溶洞（除10-4、16-4，）均为全填充溶洞，填充物均为卵石。
处理方法为：2m以下拟采用抛填黄泥片石处理，2m以上采用内护筒跟进处理。
3.12m以上串珠溶洞处理方案
以18号墩4号桩为例，该桩桩径为1.50m，桩长36m，地质情况自上而下依次为18.8m卵石层、0.2m中风化灰岩、1.9m全填充卵石溶洞、1.1m中风化灰岩、3.4m全填充卵石溶洞、0.7m中风化灰岩、5.7m全填充卵石溶洞、10.7m中风化灰岩，桩基入最终岩层1.9m。该桩溶洞为串珠式溶洞，溶洞个数为3个，最大溶洞尺寸为5.7m。
该桩卵石层厚度为18.8m，拟采用2.1m护筒，开始施工桩基前，先用DZ90震动锤打设埋置于河床2.40m以下（卵石层），采用1.9m的冲锤冲击5m后继续加长钢护筒，并打设至冲锤跟进处，最终护筒落至第一层灰岩处（标高38.54m）。注意：当桩基冲孔至离溶洞顶板1米左右时，加大泥浆比重，选用小冲程进尺，逐渐将洞顶击穿，以防止卡钻。
由于第一层中风化岩层较薄，只有0.2m，冲锤冲破该层后继续采用护筒跟进，最后让护筒直接落到第二层中风化岩层上（标高36.44m）。
由于第二层中风化岩层下面为两个较大溶洞，分别为：3.7m和5.7m，拟采用内钢护筒跟进法施工。
3.1.1溶洞顶部冲孔
根据地质勘探的资料，当钻孔施工第二层中风化岩层顶（标高为28.9m）时，提起钻头、钻杆，移开钻机。用冲击钻冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。（冲锤改为1.7m，内护筒直径改为1.9m，长度为5.4m，搭接2m）
3.1.2 内护筒的沉放方法
当冲击穿过第二层中风化岩层时，反复提升冲锤（在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的）。此时用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或冲机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔内。内护筒与外护筒间采用钢筋导向架，下沉到孔内后，内护筒不会靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。此时，钻机重新就位。
护筒沉设利用钻机进行，在钻机的钻杆上附加压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护筒随钻头的钻进而下沉，直到第三层中风化灰岩的顶部（标高为31.94m）。
3.1.3 内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理
在内护筒底部及顶部200cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。
用高压喷射灌浆法（施喷法）对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30MPa，其抗渗系数可达10－7m／s。灌浆处理后，即可重新冲孔。
对于最下层串珠溶洞（高5.7m），其施工此方法和中间层溶洞处理方式相同，其冲锤改用为1.5m，内钢护筒大小为1.7m，长度为7.7m，搭接按2m计算。
18-4#桩基溶洞处理立面图
3.22m以下串珠溶洞处理
以14-1#桩基为例，该桩桩径为1.8m，桩长25m，地质情况自上而下依次为17.5m卵石层、0.3m中风化灰岩、0.2m全填充卵石溶洞、0.2m中风化灰岩、0.7m全填充卵石溶洞、16.5m中风化灰岩，桩基入最终岩层2.3m。该桩溶洞为串珠式溶洞，溶洞个数为2个，最大溶洞尺寸为0.7m。
该桩卵石层厚度为17.5m，拟采用2.0m护筒，开始施工桩基前，先用DZ90震动锤打设埋置于河床2.40m以下（卵石层），采用1.8m的冲锤冲击5m后继续加长钢护筒，并打设至冲锤跟进处，最终护筒落至第一层灰岩处（标高38.54m）。注意：当桩基冲孔至离溶洞顶板1米左右时，加大泥浆比重，选用小冲程进尺，逐渐将洞顶击穿，以防止卡钻。
由于该桩两层风化岩层都较薄，最大才只有0.3m，冲锤冲破该层后继续采用护筒跟进，最后让护筒直接落到中风化岩层上（标高36.44m）。当击穿溶洞，发生漏浆现象时，及时向孔内抛填片石、黄泥和水泥和补水，抛填的高度为溶洞顶上1~2m，抛填比例为片石：粘土 = 1：1；每米掺加水泥1~2包（水泥为整包投放）并提高泥浆的粘度和相对密度（黄土：水泥：碱 = 1：0.2：0.4）。操作流程为：发现漏浆→抛填片石、黄泥和水泥→补水→钻机小冲程冲击，回填一层冲击一遍，直到溶洞顶1~2m→反复施工冲过溶洞。
3.3清孔及混凝土灌注
经过溶洞处理的桩基在终孔前,应减慢泥浆比重的调节速度，将钻渣清理完毕后再将比重降低，防止护壁破坏漏浆或坍孔。但是，大部分溶洞特别是串珠式溶洞经处理后在成孔时，都不可能完全被堵死，因此，在灌注水下混凝土时应事先拟定灌注方案，根据漏浆的速度适当加大灌注时第一斗料的容积，防止桩底漏浆而导致导管埋深不足；在灌注过程中，应加强孔内混凝土标高测定，切勿以理论计算值来确定导管的埋深，在每次提导管前均应进行标高测定，严格控制导管的埋深，避免出现断桩。
3.4处理效果
在桩基施工过程中，因逐桩钻探很好的掌握了地质资料，针对每一根桩制订了详细的施工方案和应急处理措施，并加强现场施工组织和技术管理，未发生安全及质量事故。经逐桩超声波检测，均合格，溶洞处理取得了较好的质量效果。
4结语
针对武江大桥18号墩4号桩、14号墩1号桩等20根串珠式溶洞桩基，采用了抛填黄泥片石、钢护筒跟进和压浆处理等施工方案，保证了施工安全和质量，但抛填黄泥片石处理工期较长，钢护筒跟进和压浆处理成本较高，如何能很好的将三者处理方案结合起来，既降低成本又不延误工期，值得在今后溶洞桩基施工过程中认真探索。
参考文献：
[1]杨文渊,徐犇.桥梁施工工程师手册[M].北京:人民交通出版社,2010.
[2]钱鸿缙,叶书麟.基础工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1983.
[3]江正荣.建筑施工计算手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
