桩基溶洞处理方案(5.28最新版)(已批)

徐州市三环东路高架快速路建设工程桥梁桩基溶洞处理方案编制： 复核：审批：中国建筑第七工程局有限公司2012年5月目录一、编制依据2二、工程概况3三、施工条件43.1地形、地貌43.2地质条件53.3自然地理情况63.4地下管线情况73.5施工用电73.6施工用水7四、钻孔灌注桩溶洞处理措施74.1施工准备措施74.2岩溶裂隙及小型溶洞的处理84.3一般溶洞处理94.4大型溶洞处理104.4.1片石水泥土造壁法：104.4.2钢护筒跟进法104.4.3灌注混凝土护壁二次成孔钻进法114.5溶洞桩基病害的处理124.5.1卡钻事故124.5.2埋钻及掉钻事故134.5.3钻孔偏位处理134.5.4塌孔处理144.5.6灌注混凝土砼流失处理15五、人工挖孔桩溶洞处理措施155.1一般溶洞处理155.2人工挖孔过程中的涌水处理17六、质量控制措施17七、安全保证措施19八、环保、水保措施20一、 编制依据1、交通部标准公路工程地质勘查规范（JTG C-2011）；2、交通部标准公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；3、交通部标准公路工程抗震规范（JTJ004-89）；4、交通部标准公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）；5、交通部标准公路土工试验规程（JTG E40-2007）；6、交通部标准公路勘查规程（JTG/T C10-2007）；7、交通部标准公路工程水质分析操作规程（JTJ056-84）；8、国家标准岩土工程勘查规范（GB50021-2001,2009年版）；9、国家标准工程岩土试验方法标准（GB/T50123-1999）；10、国家标准工程岩土分级标准（GB50218-94）；11、国家标准建筑抗震设计规范（GB50011-2010）；12、国家标准中国地震动参数区划图（GB18306-2001）；13、住建部标准城市桥梁工程施工与质量验收规范（CJJ 2-2008）；14、建房部标准房屋建筑和市政基础设施工程勘查文件编制深度规定（2010年版）；15、工程地质勘查报告和设计图纸。二、工程概况徐州市三环东路高架快速路建设工程二标段所处范围岩溶发育，溶洞大概可分为4类，即空溶洞、多层溶洞、小型溶洞、一般溶洞、大型溶洞（H3m）、有充填物溶洞（全填充、半填充）。类型主要以有填充物溶洞为主，其充填物主要有半充填硬塑粘土、含有少量风化岩屑和碎石等，而且微有漏水。最大溶洞高4.7m。，多层溶洞一般高度较小。为了保证岩溶发育地区钻孔灌注桩施工过程中不漏浆，或漏浆但不发生坍孔，保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求。施工时应根据地质钻孔柱状图来判别溶洞地层情况、空洞大小、溶洞填充物情况。根据施工方法（人工挖孔与冲击成孔）、溶洞类型的不同采取不同的方案，人工挖孔遇溶洞时采用素混凝土回填并砖砌造壁、堆筑袋装水泥并砖砌造壁，冲击成孔遇溶洞采用向孔内抛填片石、粘土混合物，抛填袋装水泥，灌注砼二次成孔，以及采用钢护筒跟进等不同施工工艺。三、施工条件3.1地形、地貌桥位区位于徐州市东侧三环路上，两侧建筑物较为密集，由于修建公路、桥梁、房屋等人类活动，原地貌形态略有改变。根据地质勘察所揭示底层，根据形态+成因+微地貌特征，本桥位区地貌类型自南向北分为岩溶丘陵区（剥蚀残丘）、冲积平原区、冲湖积平原区。K7+950K10+210路段地貌类型属于岩溶丘陵区（剥蚀残丘），主要由第四系上更新统、中更新统黏土和古生界寒武系灰岩构成。K10+210K11+150路段地貌类型属于冲积平原区，浅表部主要分布第四系全新统粉土，下伏基岩为下古生界寒武系灰岩。K11+150K13+237路段地貌类型属于冲湖积平原区，浅表部主要分布第四系全新统粉土、软塑黏土、粉细砂，含砂姜黏土，下伏基岩为下古生界寒武系灰岩、其间局部路段见燕山期侵入闪长岩。3.2地质条件沿线地貌、地质条件复杂，特殊性岩土种类较多。详见工程地质特征表。工程地质特征表层 号岩土名称工程地质特性1-1填筑土主要为路基结构层，中等低压缩性1-2素填土主要由粘性土组成，含有砖瓦、碎石等杂物，不均匀，强度低，透水性较强2-1粉土夹粉质黏土稍密，中压缩性，轻微液化，工程地质特性较差2-1A黏土可塑，中偏高压缩性，工程地质特性一般2-2粉质粘土夹粉土软塑，中偏高压缩性，工程地质特性较差，易缩孔3-1黏土可塑，中压缩性，工程地质条件较好3-1A粉细砂中密，局部密实，含砂礓石，工程地质特性较好3-2黏土可塑，中压缩性，工程地质条件较好3-3含砂姜黏土硬塑，中偏低压缩性，工程地质条件较好4-1含角砾黏土硬塑，中偏低压缩性，工程地质条件较好RD溶洞以硬塑黏土夹碎石、风化岩屑充填5-1强风化闪长岩风化强烈，呈砂土、砂石状，局部夹中风化硬块8-1强风化灰岩岩体破碎，呈砂土、砂石状，工程地质特性一般8-3Y-1强风化泥质灰岩夹页岩岩体破碎，呈砂土、砂石状，工程地质特性一般8-2S-1破碎状中风化砂岩裂隙发育、岩体破碎8-2PS破碎状中风化灰岩裂隙发育、岩体破碎、见溶蚀孔洞8-3Y-S破碎状泥质灰岩夹页岩中风化，岩体破碎，呈砂石状，工程地质特性一般5-2中风化闪长岩岩体较完整，属较软岩，可作为桩端持力层8-2中风化灰岩岩体较完整，属较硬岩，可作为桩端持力层8-2S中风化砂岩岩体较完整，属较软岩，可作为桩端持力层8-2T中风化灰岩岩体较完整，属较硬岩，可作为桩端持力层8-3Y-2中风化泥质灰岩夹页岩岩体较完整，属较软岩，可作为桩端持力层3.3自然地理情况（1）水文徐州地区水系主要属于沂、沭、泗水系中的泗运水系下游，上接微山湖，下泻骆马湖，我国南水北调东线方案经徐州通过。区内河流主要有京杭大运河、废黄河、奎河、房亭河等。其中京杭大运河在徐州境内的支流自北而南有：园河、掴城河、万寨河、荆马河、不牢河等。区内湖泊、水库主要有云龙湖和大龙口水库。（2）气候、气象徐州市气候属于南温带的鲁淮区，具有长江流域及淮河流域的过渡性质。全区气候温和，光照充足，年降水量充沛。春秋季短，冬夏季长。冬寒干燥，夏季多雨，春秋干旱突出。常年平均气温14.4，极端最高气温40.6（1972年6月11日），极端最低气温-22.6（1969年2月6日）。历年平均降水量842.5mm，最大年降水量1213.4mm（1963年），最大月降水量481.3mm（1982年7月）。历年平均年日照时数2261.9小时，最多年日照时数2592.8小时，平均日照百分率51%。历年平均风速2.6m/s，实测10分钟平均最大风速15.8m/s（SSW），全年主导风向ENE（频率12%），夏季主导风向ENE、E、ESE（频率11%），冬季主导风向：ENE（频率13%）。历年最大积雪深度25cm（1964年2月15日），最大冻土深度24cm（1968年1月2日）。3.4地下管线情况施工地段没有提供管道资料图纸，据我项目部技术人员摸排调查，管线过路形式多样，与道路中心线有平行、倾斜顺延、相交、等多种关系，施工前应先通知各管线产权所属单位，要对施工区域地下管进行探测，先开挖样洞，弄清管线位置后，以先建后废的原则迁改后，再进行施工，遇到地下管道时应加以保护。3.5施工用电由于本工程施工用电量较大，从业主提供的变压器引入施工现场配电房。3.6施工用水生产用水拟借用沿线单位水管或消防水，抽取沿线河道水的办法解决生产用水。四、钻孔灌注桩溶洞处理措施4.1施工准备措施施工前，应根据工程地质勘察资料，确定哪些桩有溶洞以及溶洞的类型、大小及所在的位置，提前做好施工准备工作。 对钻探显示有地下溶洞的桩位，需做好以下施工准备工作：（1）准备钢网架（槽钢或工字钢纵横制作而成）。钢网架用于冲击成孔作业时，垫设在钻机下，以防止因钻至地下大型溶洞而导致坍塌孔对钻机及施工人员造成损伤。（2）准备粘土、片石、加长钢护筒、麻袋、袋装水泥、砂石料等溶洞处理所需材料。片石采用强度30MPa石灰岩，片石粒径为1550cm；钢护筒采用48mm钢板制成，长度为3.3m，数量为2个，（溶洞高度小于3m，且溶洞位置距地面高程不大于5m时使用），并配备电焊机、直径大于20mm的钢筋（焊制加长护筒时使用）；袋装水泥选用普通硅酸盐水泥，50kg/袋；砂石料采用中粗砂+粒径大不大于15cm砾石1：1配置并拌合均匀，无集料窝。（3）配置泥浆。严格控制粘土的选择，选择并备足良好的造浆粘土，采用施工现场自来水进行拌制，入孔泥浆比重可为1.11.3，入孔泥浆黏度，一般地层为1622s，接近溶洞地层调制为1928s。（4）施工前对施工作业班组进行溶洞处理相关技术、安全交底。 4.2岩溶裂隙及小型溶洞的处理（1）溶洞高度在0.5m以下按小型溶洞进行处理。（2）在冲击钻钻进施工过程中，密切注意护筒内泥浆面的水平位置变化情况，当泥浆面迅速下降时，首先要赶快补水。（3）然后采用小型挖掘机（60型）将施工前准备好的粘土和片石按大约 1：1 的比例往孔内投入8m左右（竖向高度为23m），再重新开钻。（4）当再次漏浆时，仍按上述方法处理。4.3一般溶洞处理 （1）溶洞高度小于 4m且连通性较差的溶洞按一般溶洞进行处理。（2）根据地质勘察资料及超前钻资料，有此类溶洞的桩基施工时要配置专人密切注意桩机地盘水平、岩样和护筒内泥浆面的变化，熟记图纸、资料中标注的溶洞位置。（3）在击穿洞顶之前，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，防止卡钻。（4）一旦发现泥浆面下降、孔内水位变化较大、泥浆稠度、颜色发生变化或钻进速度明显加快又无偏孔现象时，表明已穿越溶洞顶进入溶洞。（5）首先应迅速用大功率泥浆泵补浆补水，同时及时提钻，防止埋钻。（6）应适当增加泥浆中的粘土数量，提高泥浆密度。泥浆粘稠度控制在1928s。（7）然后用转载机配合小型挖掘机（60型）及时将准备好的片石、粘土按1：1的比例抛入，必要时投以袋装水泥。投入量按溶洞竖向高度加2米计算，少量多次进行投放。（8）采用小冲程进行钻进，让钻锤击碎黏土和片石并挤入溶洞内壁发挥护壁作用。（9）直至孔中的泥浆面停止下降，并慢慢上升，此后可加大冲程进行钻进，对投入的填充物进行冲击式挤压，确保溶洞被堵死。若溶洞内进尺过快，则继续投入片石、粘土，投入量根据进尺速度确定，少量多次，每次投放在3.8m左右。（11）当泥浆漏失现象全部消失后，转入正常钻进。（12）如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。（13）击穿溶洞顶、底板后， 要用钻锤将溶洞顶、底板处的桩孔修理圆滑，以防卡钻、及钢筋笼。4.4大型溶洞处理溶洞高度大于4m，或连通性较好的溶洞按大型溶洞进行处理。4.4.1片石水泥土造壁法：（1）遇到较大的溶洞，发现漏浆后，立即使用泥浆泵向孔中补充泥浆以防止孔壁坍塌，（2）同时立即向孔中抛袋装水泥 510t。（3）然后向孔中投入35m厚粘土、片石混合物（土石比1：1，桩径2.2m的孔单次投入量约为15m左右）。（4）待漏浆现象停止后重新进行钻进。（5）冲孔到漏浆部位的时间宜控制在水泥终凝时间之前， 然后停止 钻机4h左右，直到凝固后的水泥粘土浆把漏浆源堵死为止。4.4.2钢护筒跟进法（1）当溶洞位置漏浆速度过快，泥浆泵补浆速度慢于护筒内泥浆流失速度时，且溶洞底板高程距地面高差在8m以内的大型溶洞，为防止漏浆造成孔壁坍塌，采用钢护筒方法进行处理。 （2）击穿溶洞顶板后，利用钻锤反复在顶板击穿位置小冲程冲孔，将孔壁修理圆滑。（3）修圆孔壁的同时焊接长钢护筒，采用电焊机将准备好的8mm厚的钢护筒焊接，直径为桩径+40cm，长度为溶洞顶板与地面高差加1.3m，每2m或两节护筒连接处，设置加强筋一道。（4）下放长护筒时，其位置必须准确，下放完成后，检查其高程、垂直、护筒顶面水平度。（5）然后回填粘土、片石混合物，土石比列1：1，投入量按溶洞高度+1m计算R*（H+1），采用反复冲击的办法将洞内填充物锤击密实，再转入正常钻进。4.4.3灌注混凝土护壁二次成孔钻进法 （1）对于桩基穿越洞高较大且填充物为流塑状或溶洞内有涌水、涌浆时，泥浆的侧向压力较大、自稳性较差，可采用灌注砼护壁二次成孔钻进法。（2）击穿溶洞顶板后，加大泥浆比重，防止涌水、涌浆稀释泥浆，导致泥浆护壁能力下降，发生孔壁坍塌。（3）钻至溶洞底板后，不用清孔，即向孔内灌注水下混凝土到溶洞顶 0.5m 以上。（4）待混凝土达到70%强度后，重新钻进。在溶洞发育地段进行桩基施工时，应调整施工顺序， 采用间隔施工，同一墩位的桩基严禁同时施工，必须待一根桩基混凝土浇筑完成后，且混凝土强度达到70%时，才可进行下一根桩基钻孔施工。4.5溶洞桩基病害的处理 4.5.1卡钻事故卡钻的主要原因是对溶洞分布情况不明确，在钻到离溶洞顶板很近 时采用高落程冲击，使钻头冲破溶洞顶板岩石，钻头倾斜，卡在溶洞 顶板岩石不同部位。4.5.1.1防止卡钻措施：（1）严格控制冲程，在施工过程中细心观察，根据不同的地质情况掌握好冲程。在基岩中采用 35m 的冲程，在靠近溶洞顶板1m 处采用 0.51.5m 的小冲程变化冲进，轻锤慢打使孔壁圆滑坚固，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐将洞顶击穿，防止因冲程过长导致卡钻。（2）经常检查钻机运转性能，对于故障隐患早发现早解决。（3）遇到卡钻时不可强行提拉，以防塌孔、埋钻，甚至钻机翻倒。（4）若卡在顶板岩石中部， 可缓缓上下活动钻头，待松动后慢慢提出。（5）若斜卡在顶板岩石中，可自制简易正绳器，将钻头拉正，缓缓提起。（6）若卡在顶板岩石下部，则可利用钻头上下松动，由下向上顶撞的办法，轻打卡点的石头将顶板岩石破掉后提出，也可用钢丝绳将小钻头放入把顶板岩石砸碎，再将大钻头提出。4.5.1.2卡钻的处理（1）避免沉渣埋钻，钻头不能长时间停留在孔底不动，要经常上下活动，使得泥浆不停地循环，防止沉渣埋钻的现象发生。（2）如发生塌孔埋钻，切勿强拉硬提，以免主绳断裂造成埋钻。（3）利用钻机，缓慢回旋主绳，使钻头旋转，松散卡钻处土石，尝试性提升钻头，若钻头可以提升，则继续使用此方法慢慢将钻头提出。（4）若塌孔塌落物较多，采用回旋钻头法无效时，采用“反冲法”，利用泥浆把塌落土石冲出孔外，将钻头提出。4.5.2埋钻及掉钻事故 （1）在施工过程中掉钻要以预防为主，经常检查机具设备，及时检修， 遇到损坏的部分立即维修或更换，消除隐患。（2）施工时严禁在溶洞内打空锤，应绷紧钢丝绳，采用小冲程进行抵打紧击。（3）一旦发现漏浆或异常情况，马上提锤至洞口，然后采取其他补救措施。（4）若不慎发生掉钻，应及时摸清情况，若溶洞底板平整坚硬，可在地面使用打捞工具慢慢摸索打捞，若泥浆太浓或泥渣太厚导致钻锤被沉淀物或塌孔土石覆盖，应首先清孔吸泥，使打捞工具能接触钻锤。（5）先用侧锤探测钻锤在孔底的情况，用打捞钩放入孔底，钩住钻锤保险绳再提起。（6）如果钻锤倾倒，可派潜水员带钢丝绳潜到孔底，将钢丝绳拴在钻锤顶上，再将钻锤提起。（7）如果钻锤顶朝下，将钢丝绳捆绑在钻锤的几个爪山，再将钻锤提起。4.5.3钻孔偏位处理 （1）钻孔偏位主要原因是穿越溶洞时，洞顶和洞底岩层倾斜、岩层厚度不均、基岩面陡倾不平整。（2）钻头穿越溶洞时要密切注意主绳的情况，以便判断是否偏孔。（3）当出现冲击钢丝绳摆动较大、进尺突然加大时，则预示发生偏孔，应及时停钻。（4）处理偏孔采用回填片石，片石的强度要强于岩层的强度，处理时应提起钻头，向孔内抛填粒径1525cm 大小的片石、碎石，回填到斜面顶或偏孔处 0.5m 以上后再重新冲击钻进。（5）采取小冲程、低频率的方式冲孔，使钻头保持水平，钢丝绳保持竖直，浅程缓进。（6）若一次纠偏效果不理想，则进行多次回填。并反复进行，直至进入均匀、稳定完整的基岩内 1.0m， 然后按正常施工。4.5.4塌孔处理 （1）塌孔是主要由于溶洞漏浆严重，泥浆流失速度过快，补浆来不及造成，主要预防措施是保持泥浆浓度和水头高度，采用中小冲程钻进，钻机和钻架安装稳定可靠。（2）当孔壁局部坍塌，孔内水头无明显损失时，向孔内抛粘土，加大泥浆比重进行处理。（3）小面积塌陷，且护筒无移位，除下沉内护筒外，可及时分层抛入片石、粘土块、袋装水泥、片石等，以填充和堵塞溶洞，回填至内护筒底部以 上 23m，然后采用中小冲程重新钻进。（4）大面积塌陷，溶洞发育严重时，如连通大型溶洞或连通地下河溶洞，或者护筒变形，有较大横向位移，无法纠偏时，可拔出钢护筒，用片石、粘土回填，然后重新钻进。4.5.6灌注混凝土砼流失处理地下溶洞地段钻孔灌注桩浇灌混凝土时会出现混凝土随溶洞缝隙流失，混凝土方量将会超出正常方量，针对水下混凝土灌注过程中混凝土流失的现象及防止断桩发生，一般有以下施工措施：（1）加大混凝土生产和运输能力。（2）加大混凝土初灌量，避免因首盘混凝土数量不够造成导管埋深不够而断桩。（3）灌注过程中加大导管埋深，混凝土灌至溶洞或裂隙处时，适当增加导管埋深，确认安全后，再提升导管。（4）灌注混凝土过程中，在混凝土能下去的情况下，导管下口埋入深度一般宜控制在 46m。灌注时要勤测量混凝土面高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断，防止混凝土面突然下降导管悬空造成断桩事故； （5）应加大混凝土灌注高度，一般考虑超过设计高程 1.52.0m，尽量避免 在灌注完成拔出导管后混凝土面下降造成桩长不足。五、人工挖孔桩溶洞处理措施5.1一般溶洞处理（1）施工前需仔细查阅详细工程地质勘察报告，并对照里程桩号，对于每个桩位有无溶洞，溶洞位置，溶洞大小等数据要做到心中有数。（2）人工挖孔施工过程中，下挖深度接近地质勘察报告中表示的溶洞位置时，放慢下挖速度，小面积、试探性开挖找出溶洞。（3）溶洞位置确定后，立即采取处理措施，施工人员需在腰间系好安全带，用安全栓连接安全绳的一端，另一端连接孔口附近的构造物上，施工时设专人指挥，随时与孔内施工人员保持联系。（4）溶洞处挖孔先开挖距孔壁50cm四周部分，溶洞填充并筑壁完成后，再下挖中间部分。人工挖孔溶洞处理顺序示意图（5）溶洞处挖孔每次下挖深度不得超过50cm，平整孔底，清除虚土、软泥、淤泥，若溶洞内有泥浆或者水溢出的，需进行抽水。（6）孔底清理完毕后开始处理溶洞，采用砖块沿孔壁四周砌筑砖墙，直径为挖孔直径。上部预留孔隙，以便填充混凝土。（7）砖墙砌筑完毕后，通过预留孔隙，进行混凝土填充，混凝土采用C25混凝土，填筑量按溶洞大小而定，一般需填满。（8）混凝土填筑完成后，停止作业，待混凝土强度达到70%后，才可进行继续作业，施工护壁后按此方法继续进行施工，直至溶洞全部处理完毕，恢复正常人工挖孔施工。5.2人工挖孔过程中的涌水处理 （1）涌水、涌浆量较小时，可加快溶洞处理速度，不再进行砖砌造壁，利用孔底渣土造土模，采用C25混凝土，尽快将溶洞填充。（2）涌水、涌浆量较大时，可向洞内堆砌一排袋装水泥，然后在浇筑混凝土，施工护壁，袋装水泥与护壁之间加设连接钢筋。（3）地下水非常丰富，涌水、涌浆量很大时，一般不采用人工挖孔施工，若人工挖孔过程中遇到大量涌水、涌浆或者喷水、喷浆，施工人员应立即撤出孔井，向孔内丢入袋装水泥，然后采用冲击成孔。六、质量控制措施（1）推行全面质量管理，针对地下溶洞地段的复杂性、不确定性等因素，项目部成立由项目经理为组长，项目总工为副组长的溶洞处理QC小组，按照PDCA循环的质量管理方法进行质量控制，确保施工质量达到各项要求，桩基溶洞处理QC小组机构如下：组长：项目经理副组长：项目总工组员：项目部各部门经理（技术质量部、工程管理部、物资设备部、试验室）、各工区经理、各工区技术负责人、专职质量检查员（2）做好工前准备工作，根据实际情况制定可操作的实施方案，确保现场施工有条不紊。（3）施工严格按规范进行，质量控制注重施工前和施工中的过程控制，以预防为主，加强对工作质量、工序质量和中间产品质量的检查，以良好的工作质量来保证工序质量，促进工程质量。（4）加强操作工人的培训，做到施工前工人心中有数。（5）施工现场的技术负责人跟班作业，加强技术指导，对关键工序要进行详细的技术交底工作。（6）做好生产班组的自检、互检和交接检以及专检工作。施工前对工程所采用的原材料进行严格检验，并报请监理工程师审批后方可使用；施工中实行工序交接单制度，上道工序完成经检验合格后方可交接，进行下道工序施工。（7）加强工地质量教育，提高全体施工人员的质量意识。（8）钻孔桩钻进过程中，应经常对护筒的平面位置及标高进行复核，防止护筒倾斜或偏位。（9）钻进过程中，应经常利用检孔器直接探致孔底，确保桩孔不缩径，不弯斜。（10）冲击成孔施工处理溶洞时，必须设专人观察并记录孔内泥浆水平位置。（11）冲击成孔施工过程中，施工人员必须勤测量，采用测绳测量孔底与护筒顶的深度，根据护筒高程，算出孔底高程，溶洞处理完成后，测量填充物顶面高程，与击穿溶洞顶板时记录的高程进行比较，确保填充物已完全超过溶洞顶板高程0.5m以上。（12）冲击成孔冲动处理完毕后，在未进行补浆的情况下，泥浆表面不再下沉，确保此时溶洞内填充物已经将洞口堵死，泥浆不发生泄露，才可进行继续钻机，开动钻机，以缓慢的速度进行试捶击，然后继续用测绳测量孔底高程，若孔底高程下沉量太大，则继续进行溶洞处理，若孔底高程下沉量与捶击土方下沉量差异并明显，则继续进行钻进。（13）人工挖