浅淡岩溶地区桥梁钻孔桩溶洞处理.doc

浅谈岩溶地区桥梁钻孔桩溶洞处理【摘 要】岩溶地区桥梁钻孔桩施工中桩基穿越溶洞,出现桩孔漏浆甚至坍孔等对成孔极为不利的现象,但经积极采取措施,用注浆、回填堵漏、下钢套筒等方法予以处理,有效地解决了岩溶带来的施工困难。【关键词】岩溶地区 溶洞处理 注双液浆 护筒 1 简介溶洞多处在岩溶发育地带内，岩溶部分为空洞、部分为全填充或半填充；地层为人工填筑粉质黏土、粉质黏土、灰岩夹白云质灰岩、灰岩、炭质页岩夹泥灰岩、断层角砾岩等。2 溶洞分类根据地质结构和溶洞的情况及发育情况，溶洞可分为以下几种类型：2.1按溶洞的大小分（1）大溶洞：溶洞高度3m；（2）小溶洞：溶洞高度3m。 2.2按溶洞填充状态分（1）全填充溶洞：洞内完全充填亚粘土、亚砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、软塑、流塑状；（2）半填充溶洞：洞内约一半有填充物，顶部为空腔；（3）无填充溶洞：洞内无填充物即空洞。2.3按是否漏水分（1）全漏水溶洞：严重漏水并与其它溶洞或地下河连通；（2）半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有渗漏水现象；（3）不漏水溶洞：溶洞完整，无渗漏水现象。2.4按溶洞垂向个数分（1）单个溶洞：桩基范围内仅有一层溶洞；（2）多层溶洞：桩基范围内有多层溶洞。3 溶洞处理方法4.1压注双液浆法注双液浆一般适用于10m以下半填充或全填充溶洞的处理。（1）目的：溶洞内注双液浆预处理的目的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施工工序的顺利完成；（2）加固原理：注双液浆加固的特点是注浆材料可在十几秒或几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。浆材的结石率为100%，即1m3体积的浆材可得1m3的结石体。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；对于溶洞中的稀泥等土体，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的溶洞，浆液是通过充填填满溶洞的；（3）工艺压浆材料采用普硅32.5R水泥与化学剂（水玻璃）。a布孔根据桥墩台桩基布置和溶洞分布，每个墩台布置68个压浆孔。b钻孔用地质钻机钻80mm110mm的注浆孔，孔深达到最深溶洞的底部。注浆管插入溶洞下部。c压浆采用双液压浆系统进行全孔压浆，要少量多次、反复压浆。双液浆配制时，控制浆液比例，反复试验，掌握浆液的最佳凝固时间，凝固时间太快，不利于注浆施工，凝固时间太慢，浆液流动性大，用量大，不经济。岩溶桩基压浆工艺流程图1.岩溶桩基压浆工艺流程图施工准备 钻机选型 钻机就位 成 孔 续接钻杆 钻 进 清 孔 拆卸钻杆浆液配合比选定安放压浆管和浆液制作 压 浆 压浆效果检验4.2灌砂、压浆法灌砂压浆是溶洞预处理方案之一，一般适用于610m无填充溶洞的处理。主要通过灌砂填塞溶洞空间，采用压浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，防止在钻孔过程中出现漏浆、塌孔等现象。灌砂压浆孔和注双液浆钻孔施工方法相同。灌砂采用干燥、洁净的中粗砂，并进行清筛，防止杂物堵管。一个桥墩内各注浆管内灌砂、注浆轮流进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约45m，然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。4.3填充粘土和片石法粘土和片石填充适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理，其方便、快捷，节省费用。当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1：1体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部12m。溶洞回填完成后，向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻头冲击，使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应再次回填，反复回填、反复冲击，直至不再漏浆为止。采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒须穿透砂砾等透水层、坐在不透水层上，尤其是多层溶洞，以防止出现溶洞后孔内水头急剧下降而造成坍孔。4.4灌低标号混凝土法对于较大的溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，有时采用填粘土和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，这时用灌低标号混凝土的方法处理。施工准备和开孔方法同填粘土块和片石方法，当击穿溶洞顶板时，为节约混凝土灌注量，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再灌低标号混凝土至溶洞顶1m以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。4.5钢护筒跟进法在溶洞较大，洞内无填充或有流塑充填物，漏水严重或与暗河连通时，采取上述方法无效时，可采取钢护筒跟进法施工。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。（1）内护筒内径的确定现场根据桩孔穿过大溶洞的数量，确定内护筒级数，每增加一级，内护筒内径增加0.2m，最小一级内护筒直径大于桩径0.2m。为保证内护筒的刚度，防止受压变形，钢护筒采用10mm钢板卷制。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1层溶洞，就采用1级内护筒，每增加1层溶洞，就增加1级内护筒。护筒跟进法施工顺序见下图1。（2）内护筒长度的确定内护筒长度的确定，护筒长度Lh3（m）（h为地质超前钻确定的溶洞高度），如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。5 岩溶地区钻孔桩施工方法 5.1岩溶地区钻孔桩施工工艺流程图见图2。空洞较大的单层溶洞条件下钻孔桩施工工艺流程图加工钢护筒、桩帽等测量定位施工准备钻机就位震动下沉钢护筒投入粘土随钻进随检孔冲击钻孔通过溶洞顶板灌注砼填充溶洞冲击钻孔至桩底安放钢筋笼、导管清孔灌注水下砼二次清孔测量沉碴厚度5.2经过处理后的溶洞地质钻孔桩成孔方法与普通石质地层成孔方法基本相同，采用冲击钻冲击成孔，但应注意以下几点：（1）为防止意外，冲孔前应有应急措施，备好材料、机具等，一旦孔内泥浆再次泄露，立即向孔内投放黄泥和片石及水泥，使其冲挤在溶洞内的片石夹粘土形成围护结构，保持孔内泥浆高度，不致造成坍孔，保证钻孔顺利进行。（2）用优质粘土增加泥浆质量与密度，当缺少优质粘土时，在泥浆中掺入适量的水泥、锯末，以提高孔内泥浆胶体率和悬浮能力。（3）当岩面的倾斜较大或钻头摆动撞击到护筒或孔壁时须回填片石冲孔，使孔底出现一个平台后再正常钻进。（4）在接近洞溶处，需加大泥浆密度，采取轻锤冲击的方法成孔，以防卡钻。5.3岩溶地区钻孔桩施工中应注意的问题（1）施工准备根据地质资料预测施工中可能出现的问题，制定施工方案，并向钻机操作人员进行技术交底。桩孔附近要备足回填材料和挖掘机、铲车、水泵等机械。（2）钻孔钻机时泥浆要稍稠，现场泥浆池内尽量多备些泥浆，在溶洞穿孔后及时补浆。施工中要加强钻孔地质检查、复核，并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，钻头冲击岩层的响声、抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳放长量控制为12cm，防止击穿溶洞顶板时造成掉钻、卡钻现象发生。钻穿溶洞顶板时一旦漏浆，及时投放粘土块、片石并补水补浆，保持孔内水位高度。漏水严重时，可填充稻草和水泥等混合物，每次填满后补浆补水，再重新冲击钻进，挤压填充物填充溶洞或堵塞溶洞，最终至不漏浆为止。通过溶洞层后，继续钻孔，直至设计深度。（3）灌注混凝土灌注中导管提升时，要根据溶洞情况确定导管埋深，避免灌注过程中挤破溶洞混凝土面突然下降，造成断桩事故发生。桩顶灌注标高应比设计标高超灌1m以上，灌注完成后观察30分钟左右，如果混凝土面没有变化才拔出导管。5.4嵌岩及终孔的检验要求桩端须嵌入完整岩石不少于1.52m，这就增加了一道在一般地质条件下钻孔灌注桩施工所没有的全岩面检测工序。勘察资料及施工情况都表明该地区属溶洞发育地区，岩面起伏, 沟槽、裂隙纵横，这使得全岩面的正确判断成了本工程施工的关键之一。结合该地区地质的特殊性及该工程的特点并经试桩检验，决定从以下3个方面综合判断全岩面。（1） 在接近设计桩底高程附近，以桩孔实际见岩高程始，至少进尺1.5m，才进行全岩面检验。（2） 查阅钻孔记录，可将进尺速度0.10.2m/h作为进入全岩面的控制速度。（3） 观察井口钢丝绳的摆动情况，锤头接触岩面时有轻微的反弹。另外，在该工程中, 钻孔终孔后采用抽渣换浆法清空和导管法灌注水下混凝土, 这与一般地质条件下钻孔桩的施工方法一样。6 结论在桩基施工过程中,我们针对岩溶采取了以上几项处治措施,通过严格控制关键工序和认真把好技术关,基本上解决了溶洞带来的施工难题,成孔和成桩质量好,既检测钻孔桩中类桩占85%,无缺陷或不合格桩,取得了良好的经济效益。