岩溶区钻孔桩溶洞处理技术浅析

岩溶区钻孔桩溶洞处理技术浅析

岩溶发育地区，溶洞、石芽等现象较多，在钻孔施工过程中一旦遇到此种情况，极易发生偏孔、卡钻，甚至难以成孔等事故。本文根据岩溶地质的工程特点，介绍了钻孔桩溶洞处理的工艺原理，针对不同孔径大小的溶洞采用不同的处理方法等，为该地质病害的处理提供了施工经验。

【标签】钻孔桩；溶洞；处理技术

引言

岩溶是石灰岩、白云岩、石膏等可溶性岩层因常年受水流的侵蚀作用而逐渐溶蚀形成的溶槽、溶沟或溶洞。在岩溶地区进行基施工时，常会发生漏浆、偏锤、卡锤、塌孔、沉陷、等现象，严重的会造成护筒、机械设备陷入坑中，甚至造成伤亡事故。随着我国基础建设的不断加大，高速公路不可避免地要穿越岩溶地区。因此，分析和总结岩溶区溶洞的处理方法，有助于我们更好地掌握岩溶区的施工规律、降低工程成本、合理利用资源。

1 岩溶地质的工程特点

1.1 岩溶溶洞或岩溶发育带多处于基岩顶部与第四系残积层交界面附近，以基岩为持力层的桩基，其桩尖下可能存在勘探时未被发现的溶洞，若洞顶厚度不大，会对工程造成潜在的危险。

1.2 我国的可溶性岩石主要是石灰岩和白云岩，强度较高，成孔难度大。

1.3 岩溶地区的基岩起伏大，洼地、溶槽及溶沟分布广。

1.4 岩溶地下水丰富地区，钻孔时涌水量大，给桩基施工和混凝土浇筑都带来一定难度。

1.5 岩溶现象在土层中表现为土洞，它具有埋藏浅、分布密、发育快和顶板强度低等特点，极易造成孔壁坍塌乃至坍孔桩基事故。

2 溶洞处理方法

2.1 黏土、片石填充法

黏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，该方便、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，直至回填至溶洞顶部 1～2m。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。

2.2 钢护筒跟进方法

对于洞高较大( 洞高大于10 m)且填充物为流塑状的溶洞,采取的另一种方法就是长护筒钢护筒跟进。当钻孔进入充填物为软流塑状高大溶洞时，由于充填物为流塑状，钻头冲进后提起，会发生填充物回流现象。因此可采取回填卵石、块石、粘土混合物后用长护筒跟进的方法。钢护筒采用 1 cm~ 1. 5 cm 厚钢板弯制的圆筒，直径应略大于设计桩径。为保证钢护筒刚度， 防止受压变形，钢护筒采用 8 mm~ 10 mm 的钢板卷制。钢护筒跟进方法能将桩孔与溶洞隔开，有效地避免软流塑状填充物回流现象，加快了钻孔速度。但桩孔四周泥浆侧压力不均匀时，易造成护筒倾斜；且溶洞内有突出的岩块时，护筒跟进困难，容易造成孔内局部偏斜，影响成桩质量。

2.3 贫混凝土回填法

对于较大的溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，当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，可采用灌低标号混凝土的方法处理。施工准备和开孔方法与填粘土块和片石方法相同，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。

2.4 注浆法

当溶洞封闭且较小时，采用注浆处理岩溶底层，加固地基。若溶洞内无填充物或少量填充物时，先填充碎石或干砂后再注浆；若填充物呈松散或软塑状时可直接注浆。采用间歇注浆，压力控制在0.5—1.0MPa，渗透直径不小于3m。为防止浆液的流失，应及时向孔内投放黏土、水泥和片石，以加大泥浆密度。采用优质泥浆或在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末，可以提高泥浆胶体率和悬浮能力。该方法能有效保证冲桩成孔的安全，从而确保桩基施工的质量和工期。但是会增加一定的施工成本，由于要先进行注浆理，然后才能进行冲孔桩施工，增加了一道工序作业时间。

2.5 压注双液浆法

压注双液浆法一般适用于10m 以下半填充或全填充溶洞的处理。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，以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。采用少量多次、反复压浆的方式。双液浆配制时，要控制浆液比例，掌握浆液最佳凝固时间，若凝固时间太快，不利于注浆施工，而凝固时间太慢，浆液流动性大，会使用量增大。

2.6 灌砂压浆法

灌砂压浆一般适用于6～10m 无填充溶洞的处理。先以灌砂的方式对注浆孔周围的溶洞空间进行充填，使砂体在孔内周围形成锥形堆积体，然后采用压浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，以防止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。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。此种方法在冲孔施工时能够减少漏浆速度和漏浆量, 便于有时间进行补浆和回填黄泥片石, 减少出现塌孔的风险。

3 施工操作要点

3.1 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。平整场地，清除杂物，保证孔口周围地面密实，必要时换填软土，碾压夯实。桩孔附近要备足回填材料和挖掘机、铲车、水泵等机械。

3.2 埋设护筒

在桩基定位并经复核无误后方可进行护筒埋设, 护筒中心的位置要准确, 倾斜度小于1%, 长度根据不同的地质而定，护筒底部 50 cm 采用黏土、水泥、 碎石混合物换填并夯实，顶面需高于地面0.5m～1.0m, 以便提高孔内水头压力。护筒长度不短于3m～4m, 护筒四周分层填筑夯实黏土。对地质较差的情况，开孔时可加些泥块和片石，冲击加固护筒刃角。

3.3 钻孔

钻孔时泥浆要稍稠，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。接近岩溶时主绳放长量控制为1～2cm，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，要及时投放粘土块、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

3.4 清孔

采用换浆法清孔，利用泥浆泵向孔底压注泥浆，让钻渣上浮并随泥浆流入泥浆池沉淀。为了加速清孔， 施工人员可用滤网捞出钻渣。同时邀请监理、设计人员对孔深、孔径、孔的倾斜及孔位偏差进行实测检查。当各项指标符合规范要求后，即可停止清孔，吊装钢筋笼。钢筋笼下完后在灌注混凝土前要进行二次清孔，主要防止沉淀，降低砂率，并向孔内注入稀浆循环流动降低泥浆比重至1.1 左右。

3.5 灌注混凝土

灌注混凝土前，为减少孔底沉渣，采用滤砂器二次清孔。针对水下混凝土灌注过程流失的现象，可采取了以下施工措施：①与商品混凝土厂家沟通，加大混凝土生产和运输能力，2台罐车同时运输；②加大混凝土初存量，如按正常施工应为1.8～2.2m3，考虑到溶洞的影响，增加至3.0 m3,避免因首盘混凝土量少而造成导管埋深不足而断桩； ③灌注过程中加大导管埋深，一般控制其不小于3m到达溶洞位置不小于5m，以防混凝土挤破护壁后突然下沉，造成断桩。混凝土应连续浇筑，并留意混凝土面高度，拆除导管时确保混凝土的埋深，必要时对导管加长；④仔细观察孔内泥浆面，如下降过快则需补浆；⑤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再拔出导管。

4 结语

岩溶地区的施工应坚持预防为主、安全经济、保障到位的原则，全面了解溶洞的分布和填充情况，针对性地制定相应的施工方案和措施，可有效保证桩的质量，加快施工进度。对于穿越多层溶洞尤其是穿越呈流塑状填充物的高大溶洞的钻孔桩施工，目前尚未形成统一工法，有待各有关单位进一步探索和总结经验，以期取得更加规范和有效的施工方法。

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