岩溶强发育地区深桩基础施工技术研究

路桥华南 沪昆客专长昆湖南段第一项目分部 2011/07

摘要：沪昆客专铁路长昆湖南段CKTJ-2标第一项目分部所承建的沪昆高铁里程为DK55+068～DK74+187，全长约19.2KM，其中桥梁11座，约为14.2KM，桩基总数4200多根。本管段大部分处于岩溶地段，桥梁桩基础平均遇溶率达以上50%，部分桥梁遇溶率达65%，相当部分墩台桩基础遇溶率达100%。本篇文章根据设计图纸结合施工实例，分析研究岩溶强发育地区深桩基础施工技术，积累施工经验，为后期施工提供参考依据。

关键词：岩溶地区 强发育 深桩基础 一、工程简介 1、工程概况

沪昆客专铁路长昆湖南段CKTJ-2标第一项目分部所承建的沪昆高铁里程为DK55+068～DK74+187，全长约19.2KM，其中桥梁11座，约为14.2KM，桩基总数4200多根。本管段大部分处于岩溶地段，桥梁桩基础平均遇溶率达以上50%，部分桥梁遇溶率达65%，相当部分墩台桩基础遇溶率达100%。

2、工程进展情况

桥梁部分桩基工程从2010年11月份开始施工截止到2011年7月份，桩基完成1500多根，有溶洞的基桩大约近700根。由于施工中大部分桥梁桩基遭遇溶洞、斜岩，很多溶洞相互连通，纵横交错，个别桩基穿越六七层溶洞，处理非常复杂，造成施工困难非常巨大，导致工程进度很不理想。经过项目全体人员的共同努力，目前大多数溶洞处理后基桩已经施工完成，检测结果较好。

二、地质情况 1、地层岩性

具体地质情况从上到下依次为上部覆盖淤泥质黏土，黏土及粉质黏土，石炭系上中统灰岩、泥灰岩、页岩、石炭系下统灰岩、泥岩、砂岩、泥盆系锡矿山组泥灰岩，岩层呈平行整合接触，单斜构造。

2、水文地质特征及评价

桥址区地下水大致分为两类：第四系空隙潜水及基岩裂隙水、岩溶水。丘坡

地下水为基岩裂隙水、岩溶水，较发育；丘陵谷底下水为空隙潜水。地下水主要靠大气降雨补给，水位随季节影响而变化，勘探单位勘探期间地下水水位埋深0.30～33.30m。经取钻孔地下水及地表水进行分析，一般情况地下水及地表水对砼结构不具侵蚀性。

三、方案研讨和评审

根据设计图和地勘资料，针对我部实际情况，组织岩溶处理方面经验丰富的专家召开方案研讨会，听取各位领导和专家的宝贵意见，拓展思路，修改、补充、细化、完善方案，使得施工技术方案具有更加可靠的可行性和指导性。

图一 岩溶地段桥梁桩基础施工方案研讨会

四、施工技术措施

根据地质钻孔柱状图来判别溶洞地层情况、空洞大小、溶洞填充物等情况，根据不同的溶洞采取不同的方案来进行处理，具体可采用常规泥浆护壁方法、向孔内抛填片石粘土、回填素混凝土、钢护筒跟进（前四种均为施工过程中处理方法）以及压力注浆（事先处理方法）等不同施工工艺。

1、泥浆护壁

由于大多数桩基类型为柱桩，设计和规范对桩基础成孔质量要求非常高（沉淀厚度不超过5cm），采用普通泥浆很难保证成孔质量满足要求，故钻孔施工时

必须采用优质泥浆，以保证泥浆护壁效果，确保沉淀厚度满足设计要求。泥浆以膨润土为主要原料，加入一定量的纯碱或纤维素，混凝土浇筑前采用正循环或者反循环采用孔底换浆法清理沉渣。

2、片石粘土回填

采用正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入黄土和片石，利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，还可掺入水泥、烧碱和锯末，以增大孔壁的自稳能力。施工时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，发生漏浆现象，立即处理。钻穿岩溶地层上壳时，一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水，以保持孔内水位高度。

该方法一般适用于较小溶洞（溶洞高度小于3米），无填充物或半填充物，施工方法简单，造价较低。

图二 溶洞漏浆以及片石粘土回填

3、 素混凝土回填

采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻成孔。根据岩石强度混凝土可采用C20（C15、C10也可）素混凝土，为尽快提高混凝土强度，应在混凝土中掺加一定早强剂，提高素混凝土的早期强度。对于倾斜岩面，为校正孔位，回填素混凝土应与斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm。此方法适用于中、小溶洞（含倾斜岩面溶洞），有无填充物均可采用此方案。施工方法简单，造价相对较高。

4、钢护筒跟进

蒋家里特大桥67号墩6#桩由于穿越30m溶洞，施工过程中由于漏浆塌孔经过研究采用钢护筒跟进。

1）钢护筒的选择：内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=（h+H）m（h为超前钻确定的溶洞高度，H为溶洞顶到地面加30厘米的高度）；单层护筒内径大于桩直径10cm，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，并以此类推。钢护筒孔径要准确，连接顺直。钢护筒要有一定的刚度，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，并以此类推。

2）内护筒的沉放：当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻，说明顶部已成孔并且圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机（或桩机自生重量）把内护筒放入外护筒内沉至孔底，必要时用振动锤下沉。

用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时，施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。钻头直径大于刚护筒外径3-5cm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。

如果冲击钻在坚硬岩石中的扩孔系数较小，不能满足钢护筒下沉要求的，回填并加大钻头直径二次冲孔，以保证钢护筒顺利下沉。为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔竖直，无歪斜、缩颈。

3）主要适用范围及优势：适用于特大溶洞(溶洞高度大于3米)、无填充溶洞、半填冲溶洞或溶洞上方有较厚的沙砾层时。

图三 钢护筒跟进示意图

4) 内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理

① 在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。 ② 用高压喷射灌浆法(施喷法)对回填体进行灌浆处理。使得内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，灌浆处理后，即可重新冲孔。

③ 在内护筒顶部及底部100cm范围内回填小碎石素水泥混凝土，内护筒中部回填砂，同样能起到堵塞空隙的目的。

④ 套内护筒法要求对施工过程的每个环节(从确定内护筒长度、内径到沉放方法乃至内外护筒间空隙、内护筒与溶洞底部间空隙的处理，都必须落实到位，便可顺利成孔。

5）主要适用范围及优势：多适用于多层溶洞（多层串珠状小溶洞），也可用于各种有填充物的溶洞，但造价较高。

5、注浆加固(双浆液)

注浆加固处理工艺是通过对照地质柱状图，在基桩成孔施工前，对基桩将要穿过的溶洞进行事前填充和加固处理。为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入浆液与沙子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的注浆量和注浆压力控制值为止。注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆压力必须调高，最后封孔。应在桩基范围取芯检验填充效果，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。

6、灌注混凝土填充法

溶洞的厚度在1.0~3.0m之间利用超前钻孔向孔内灌注混凝土干料，填满溶洞，在固结体达到一定强度后(2.5MPa)即可进行冲孔施工土干料将采用425#普通硅酸盐水泥拌制，如溶洞空间容积大、导水性强，则在混凝土干料中添加一定量水玻璃。

五、成孔过程钻进工艺参数的控制

溶洞顶部的冲孔施工：在溶洞发育的桩孔施工过程中，应严格控制冲进进度，一般进度控制在80cm/h，冲程控制在50cm左右。当接近溶洞顶部时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，钻头提升高度一般不超过50cm。所有卡扣及钢丝绳必须经检测，确保安全。

六、总结

路桥建设沪昆客专长昆湖南段第一项目分部在工程前期由于溶洞处理缺乏经验，使得工程进度一直很不理想，后期由于加强了地质勘探，施工方法得当，处理

措施及时，桩基施工质量和进度有了很大的扭转，取得了较好的效果。但是仍有个别墩位施工失败，如蒋家里特大桥67号墩6#桩由于溶腔高度太高近30m，采用护筒跟进后护筒之间以及护筒周围可能填充不够密实导致施工失败，目前正在研究处理方案。也要为后期蒋家里特大桥67号墩8#穿越60m溶洞研究更加妥善的处理方案。因此，在岩溶地区进行桥梁，应根据岩溶发育和分布的规律，认真勘测、综合分析、全面比较、避重就轻、精心组织设计与施工，并加强检测，采取有效的施工工艺保证工程质量，确保桥梁施工和结构安全。