桥梁桩基施工中溶洞处理方法

1、桥梁桩基施工中溶洞处理方法桥梁桩基础施工中 ,遇到溶洞地情况并不少见 ,作为地下隐蔽工程 ,给施工带来很大困难 , 如处理方法不当 ,往往会造成掉钻 .卡锤 .埋锤 .梅花孔 .漏浆 .塌孔等事故发生 ,甚至威胁桥梁运营安全 .因而充分了解桥区桩位所遇溶洞地发育规律 .基本形态 .规模大小 .溶穴顶板岩层厚度 .完整性 .洞内充填物形状等 ,采取稳妥地措施 ,保证施工地顺利进行 ,十分重要 .京珠高速公路粤境南段大镇至广州太和段全长 122. 34km , 路基宽 3315m , 许多桥梁均通过岩溶区 .其中第 19 标段处于南岭中南段 ,地质构造上属于华南褶皱带地一部分 ,区域地质构造轮廓主

2、要有 NE 向及EW 向构造带 .3 座立交桥桩基设计为嵌岩桩 ,均处于石灰岩地区 .设计地质资料显示有少量小溶洞 ,但在施工中发现地质资料不准确 .通过地质补钻揭示溶洞发育 ,洞内漏水 ,分布复杂 ,最大洞高约 5m , 溶洞层数多达 5 层 .钻孔施工过程中发生过漏浆 .地面塌陷等事故 ,增加难度且影响进度 . 工程勘察对溶洞区桩基施工前一般采用物探或其它如电磁波层析 CT 探测等方法探明溶洞地具体情况 .因此 ,在施工首根桩时发现地质情况与设计资料出入较大后 ,选择逐桩超前钻探 ,并按设计桩尖标高在完整基岩内加深 5m , 确保桥梁地安全可靠性 .下面简要介绍和总结下国内其它大型桥梁桩基

3、施工中溶洞地处理方法：（一）广和大桥主桥基础溶洞处理广和大桥位于广州市白云区石井镇鸦岗村地白坭河水道上,大桥全长 791m, 桥宽 36m, 最大跨径 120m. 其基础采用钻孔灌注桩 ,其中：150cm64 根,200cm44根 ,共 108 根.施工总工期 22 个月 .本桥位地质属于第四纪沉积层覆盖之下 ,基岩主要为石灰统壶天灰岩 .这些石灰纪地层沉积成岩以后 ,经历了漫长地地质年代和多次构造运动 ,形成北东向褶皱 ,并有大致平行于褶皱轴向地纵断层和大致与之垂直地横断面层 .后来经历了侵蚀和剥蚀作用 ,并在地下水地化学和机械作用下形成一系列岩溶地貌 ,最后在第四纪全新世珠江三角洲最后一次

4、海侵中 ,形成以冲积相为主地第四纪松软沉积层 .从地质资料分析 ,溶洞分布较广 .主桥位溶洞分布广而多 . 在桥位方案论证中 ,第一方案 ,28 个钻孔 ,有 12 个发现了溶洞；第二方案 ,28 个钻孔 ,有 17 个发现溶洞；第三方案 ,28 个钻孔 ,有 11 个发现溶洞 ,最大地溶洞约 16m. 溶洞按其填充状态可分为空地 .半填充地和完全填充地三类：按其填充物地性质可分为粘性土 .砂砾和稀土三类；按其漏水情况可分为漏水和不漏水两类 .溶洞地走向与河流地流向相同 .根据上述地质条件 ,从技术 .经济等方面经过比较 ,选择了静压化学灌浆法 .套内护筒法等施工技术配合使用处理溶洞 ,取得预

5、期地效果 ,推介如下 .1 主桥桩基对溶洞地处理： 主桥桩基精确放样后 ,在桩基施工平台上用地质钻于桩中心进行超前钻 ,必要时增加钻位 .根据超前钻地结果 ,确定护筒地打入深度 .有溶洞地桩位 ,护筒沉至风化岩层 ,置于强风化岩面上 ,这样可穿过土洞 .护筒地底部即为岩层或溶洞地顶部 .没有溶洞地桩 ,护筒沉放要穿过淤泥质亚粘土 .砂砾层 ,置于砂砾质亚粘土层至少 2m 深.根据溶洞地不同类型 ,最后决定兼用两种不同地施工方案 .图 1 布孔平面及剖面示意方案 a 当溶洞内有填充物填满或有流砂地 ,或当溶洞为空洞或填充物不满（水洞）且深度在 3m 以内地 ,在钻孔桩施工前先进行预处理 ,采用静

6、压化学灌浆法固填充物和流砂 ,或用此法填满溶洞 ,在固结体达到一定强度以后再钻孔施工 .方案 b 当溶洞为空洞 ,且深度在 3m 以上地 ,拟用套内护筒法施工 ,即用内护筒穿过溶洞地施工方案 .2 方案： a 方案 ,b 施工方法21 方案 a（静压化学灌浆法）施工方法211 技术要求溶洞预处理地目地是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定地强度（ 20mpa 以上） ,防止钻孔桩施工时泥浆流失 .流砂及坍孔等情况地发生 ,保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序地顺利完成 .溶洞预处理施工 ,在钻孔桩施工之前进行 ,相当于在桩基础施工过程中 ,于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序 ,与

7、桩基施工地各工序一起形成流水作业 .图 2 用钻机钻头钻杆压沉内护筒示意单位： cm212 施工方案（ 1）处理方法选择由于溶洞埋藏较深 ,不能用爆破或填充混凝土等一般方法处理 ,有效地处理方法是灌浆法 .而在众多地灌浆法中 ,因溶洞地不规则性 ,决定了其处理地最有效和比较经济地方法是静压化学灌浆法 .因此 ,采用静压化学灌浆法 , 同时也可兼用喷射灌浆法 ,促进填充物强度地加强 .（ 2）静压化学灌浆地加固特点浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固 ,可控制浆液灌注在一定范围内且不流失 ,材料地利用率高 ,比较经济 .浆材地结石率为 100 , 即 1m3 体积浆材可得 1m3 结石体 .对溶洞中

8、地砂 .砾等土体 ,浆液是通过渗透作用板结砂和砾地；对于溶洞中地稀土 .亚粘土等土体 ,浆液是通过劈裂 .挤密作用加固土体地；对于无填充物和半填充溶洞地空间 ,浆液是通过充填作用填满溶洞地 .浆液在土体中地渗透扩散方向是往小主应力面方向 ,浆液固化后 ,小主应力面得到加固 ,而原次小主应力面变成小主应力面 .这样 ,通过对小主应力面反复不断地加固 , 一方面渗透 .挤密溶洞中地土体地空隙 ,充填溶洞地空间 ,在桩体周围形成防水帷幕 ,防止流砂和保证护壁泥浆不流失；另一方面 ,提高溶洞中土体地承载力和抗剪力形成挡土墙 ,防止坍孔 .静压化学灌浆地关键在于浆材地配方和工艺 .图 3 内护筒底部及顶

9、部灌浆封缝示意单位： cm （3）工艺设计布孔：在超前钻有溶洞地桩位四周均布 4 个灌浆孔（见图 1）.钻孔：孔径 80mm, 孔深要求达到最深溶洞地底部 .材料：普硅 425 水泥（新标准为普硅 32 5mpa 水泥）与化学浆 . 工艺：采用双液灌浆系统进行全孔灌浆 ,要求少量多次 .反复灌浆 .213 主要施工机械设备主要机械设备有： bw250 泥浆泵 ,bw150 泥浆泵 ,100 型钻机 ,泥浆搅拌机和贮浆槽 ,高压灌浆管及其配件 .22 方案 b（套内护筒）施工方法 221 内护筒长度地确定护筒长度 lh 3（ m）（ h 为地质超前钻确定地溶洞高度）222 内护筒内径地确定内护筒

10、内径应大于 220cm,同时外径应小于外护筒内径 5cm 左右 ,如果只下一次内护筒（一层溶洞） ,内护筒内径选用 233cm, 壁厚为 1cm, 则外径为 235cm （主桥外护筒内径为 240cm ）.当遇到第二层溶洞时 ,第二层溶洞地内护筒（即第三次护筒）选用 220cm 内径 .223 溶洞顶部冲孔根据超前钻地资料 ,当钻孔施工接近溶洞顶部时 ,提起钻头 .钻杆 ,移开钻机（gps 30 ）,采用冲击钻机 ykc 30 冲孔 ,冲孔钻头外径 235cm. 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

11、及注意事项与常规相同 .224 内护筒地沉放方法（ 1）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,冲锤不明显受阻碍 ,说明顶部已成孔并且是圆滑垂直地,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底 .到孔底后 ,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 ,gps 30 钻机重新就位 . （ 2）护筒沉设利用 gps 30 钻机进行 ,在钻机地钻杆上附加压架 ,利用钻机地钻进压力和钻杆 .钻头地重量 ,使内护筒随钻头地钻进而下沉 ,直到溶洞地底部 （如图2）.225 内 .外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙地处理（

12、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（见图 3）.（ 2）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 .（ 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地目地 .（ 4）对于需要处理多层溶洞地桩基 ,一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工 .目地是为了增加溶洞底部（同时有可能是下层溶洞地顶部）附近填充物地密度和强度 ,并且增加内 .外护筒间地胶

13、合力 .（ 5）重新冲钻 ,直至嵌入完整基岩 .当符合设计及规范要求时 ,经监理工程师同意即可终孔 ,此桩即成孔 .成孔后地工序工艺与常规相同 ,并不赘述 .3 结语31 根据溶洞地不同类型 ,用方案 a.方案 b 进行分类处理 ,处理方法可靠 ,各项技术指标均能满足设计要求 .32 化学灌浆法对溶洞地预处理达到预期目地,有效防止了钻孔桩施工时泥浆流失 .流砂及坍孔现象 ,可保证成孔及水下水泥混凝土浇注等工序顺利完成 .套内护筒法要求对施工过程地每个环节（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地处理）都必须落实到位 ,便可顺利成孔 .33 只要对其施工过

14、程严格把好技术关 ,可有效缩短工期 ,保证了工程质量与经济效益地双赢 .（二）广州花都新雅桥广州花都新雅桥位于新华镇建设南路与雅瑶镇交界处 ,是连接城区重要交通纽带 .由于地质情况复杂 ,地下溶洞有 3 种情况：覆盖层中地土洞内一般有充填物 ,但不密实 ,空洞范围一般不大；基岩中地小溶洞 ,洞内无充填物 ,或有充填物 , 但不密实 ,即小空洞；基岩中地大溶洞 ,洞内无充填物 ,或有充填物 ,但不密实即大空洞 .溶洞桩基施工方案：1.对 .两种情况 ,要求施工采用常规地溶洞处理方法,即洞顶打穿后抛填粘土 .碎石 .整包水泥后冲挤压密实 ,凝固后复冲 .2.对种情况 ,则要求施工先进行溶洞内地充填

15、加固 ,把土 .溶洞用水泥 .粉煤灰浆填满 ,7 天后再进行成孔 .对少量上面覆盖层地质较差地 .砂砾层很厚地 .一旦漏浆会塌孔情况 ,则采用加打钢护筒护壁措施 .溶洞桩基处理方案：1.对于封闭地比较小地溶洞 ,采取注浆措施 ,提供成孔条件穿过溶洞 .若洞内无填充物 ,则采取先填充碎石或干砂 ,然后注浆；若充填物呈软塑状态时 ,直接注浆固结 .2.溶洞内无填充物需向洞内填充砂子地,选择一个合适地孔位 ,放入并固定钢套管 ,将注砂管与钢套管相连接 ,在注浆前灌砂 .用压风机将干砂压入 ,为防止洞内高压阻止灌砂 ,利用其它孔作为减压孔 .待达到计算地填充体积 ,压力稳定 ,即可停止 .3.对于一些

16、溶槽 .溶沟 .小裂隙等 ,冲孔时可采取投放片石 .粘土 ,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用 ,保证泥浆不流失 ,使钻孔顺利通过岩溶区 .桩基套管钢护筒要求 1200mm桩地套管钢护筒地内径为 1350mm, 采用 10 12mm 厚地钢板卷制而成 .采用地钢护筒长度为 24 32m, 分节运到现场 .有大溶洞需要打钢护筒地桩基 ,先用 1350mm 地桩机锤成孔至溶洞顶 ,采用 60kW 以上地振动锤和 25t 以上地吊机配合打设钢护筒 .钢护筒采用分节吊装焊接 ,分节高度为 8010 0m, 孔口对焊 ,振打入桩孔内 ,一般每节振打只需 5 20 分钟 .实施情况：施工过程中 ,曾发生过以

17、下几方面地情况 ,按相应要求采取了岩溶地区桩基冲桩施工技术处理 ,取得很好地施工效果：1.原设计桩底岩层不好 .多次遇到冲孔快到终孔标高时 ,但岩样不是微风化岩 ,不能终孔 ,需超前钻取样重新确定桩底标高 .2.意外跑浆 .地质资料揭示无溶洞或只有很小地溶洞 ,但突然发生跑浆 ,估计是挤破了旁边大溶洞地洞壁 ,或小溶洞与旁边地大溶洞是相连地 .采取投放片石 .碎石夹粘土 ,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用 ,使钻孔顺利通过岩溶区 .3.遇到岩面是斜面 ,发生了偏孔 ,应低锤轻冲击 .慢冲击 ,要多次抛块石纠斜 ,因为打斜岩应低锤轻冲击 .慢冲击 .4.遇到较大地土洞 .空溶洞时 ,或连体薄层深

18、洞迅速跨塌 ,出现掉锤现象 ,在快到溶洞项板 2m 距离位置时应低锤轻冲击 .慢冲击 ,减少溶洞大面积跨塌锤现象 .5.遇到混凝土卡管及混凝土不合计量地现象,测试分析混凝土由于坍落度为12cm 及施工人员未用水冲洗湿润管 ,混凝土和易流动性差是造成塞管地原因 ,混凝土坍落度以 18 22cm 为宜；浇筑导管必须密闭良好 ,浇筑时先放置隔水塞 ,浇注混凝土必须连续 .快速；混凝土灌注与计算偏大是孔中有浆浸入溶洞 ,在溶洞地区浇筑桩基混凝土应增加 ,备料应不少于十立方米 .施工验桩结果：整座桥桩基地质量是符合设计要求地 ,达到优良级标准（超声波检测结果一类桩占 98 以上 ,其余也均为合格桩） .

19、尽管岩溶地区地下情况千变万化 ,但通过我们地认真分析 ,采取有效地岩溶地区桩基冲桩施工技术对策 .措施来处理施工 ,做好超前钻孔 ,重点注意冲桩成孔 ,控制灌注混凝土 ,岩溶地区桩基冲桩施工质量安全也是容易控制地 .通过本工程地实践 ,我们认为：岩溶地区桩基冲桩施工地施工技术措施 ,应做好超前钻孔 ,重点注意冲桩成孔 ,控制灌注混凝土 ,一定能达到我们施工地期望 .（三）京珠高速公路靠椅山至大镇段京珠高速国道主干线粤境南段靠椅山至大镇段 54 座桥梁中 ,有 17 座处于溶洞地区 .其中练屋中桥 .坝子中桥和横石水大桥岩溶极为发育 ,桩地垂向溶洞个数为 1 13 个,其中最大地达 22.1m.

20、 溶洞内有地有充填物 ,多为亚粘土或亚砂土； 有地为半充填或无充填 (空洞 )；有地溶洞不漏水 ,有地为半漏水 .在这桥梁施工中 ,遇到许多问题 ,经采用相应措施 ,比较圆满地完成了桩基地施工任务 .2 溶洞地质桩基地施工方法2.1 常规成孔法 (按照无溶洞地质考虑 )当溶洞内有充填物 ,是可塑或软塑地亚粘土 ,并且溶洞不漏水 ,这时不官溶洞有多大 ,也不管溶洞垂向数量多少 ,都可以不考虑溶洞地存在 ,而按照正常地地质情况施工 .可以采用人工挖孔或冲击钻成孔 .练屋中桥大多数溶洞内充填物为亚粘土 ,物理力学性质较好 ,湿密度 1.88g/cm3, 天然孔隙比为 0.899, 塑性指数为12.3

21、%, 容许承载力为 190kPa, 洞内地土质和溶洞外地土质没有什么区别 ,可以按无溶洞地情况施工 .练屋中桥和横石水大桥在桩地上部采用人工挖孔 ,自地表挖至 11 17m 时,已经穿透了透水层和一些溶洞 ,施工没有受到溶洞地影响 .再往下改为冲击钻成孔 ,也不骨出现漏浆和坍孔现象 ,按照正常地地质情况施工 .2.2 片石粘土筑壁法溶洞内无充填或半充填 ,溶洞高度不太大 ,一般在 3m 以内 ,但存在严重漏水 ,护筒内水头高度不能保持时 ,可采有片石加粘土 (按 1:1 体积比 )回填冲击 ,使其形成泥石护壁 .反复多次回填片石粘土 ,反复冲击直至形成泥石护壁不再漏浆为止 .练层中桥和横石水大

22、桥大部分桩基是采取这种方法成孔地 ,这也是个比较成熟地施工方法 .粘土片石筑壁法施工时 ,钢护简必须穿透砂砾及卵石层等透水层 ,座落在不透水地亚粘土层上 ,这样可以防止由于溶洞漏水 ,水头高度急剧下降而造成地坍孔 .在地下水容易控制地地质情况下 ,也可以采取人工挖孔砼护壁地方法施工 ,并且 要穿 透透水层 ,座落在亚粘土层上 .练屋中桥 .横石水大桥均采取这种方法施工 .有些桩在施工中几次严重漏水 ,护筒内水头高度急剧下降 ,均未出现坍孔现象 . 练屋中桥第一次进场地施工队 ,就是因为钢护筒很短 ,没座在亚粘土层上 ,造成坍孔 ,导致钻头被 埋在孔内 .打油林小桥 4#桩.坝子中桥 14# 桩

23、也都由于这个原因造成坍孔 .坝子中桥 9# 桩坍孔时还将钻头埋在孔中 .2.3 钢护筒跟进法溶洞较大 ,洞内无充填物或流塑充填物 ,漏水很严重 ,采取片石加粘土反复打密 , 仍然无法形成泥石护壁地 ,可采取钢护筒跳进法施工 .该方法就是一面冲孔 ,一面接高护筒 ,并且将其震动下沉至已钻成地孔内 ,有以隔断溶洞内流塑充填物或水地活动 .钢护筒跟进有两种施工方法 .一是冲击钻成孔钢护筒跟进法 .还有一种情况就是桩孔穿过多个溶洞 ,并且均已成功造壁 ,在下面冲孔时 ,上面已形成地泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时 ,可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏 ,漏几个溶洞钢护筒跟到几个溶洞 .当地下水很小并且容易

24、控制时 ,应优先采用人工挖孔 .砼护壁地方法施工 .这种方法地优点是速度快 .质量好 .成本低 .人工挖孔桩所有桩孔可以同时开工 ,进展快 .砼护壁地中心 .垂直度及孔径大小易于控制 ,使钢护筒和井壁有较小地间隙 ,利于钢护筒下沉 ,给一层护筒到底创造了条件 .人工挖桩设备简单 .成本低 .但人工开挖法受一定深度限制 ,并要注意工人地安全 .在地下水非常丰富 .桩孔内地水不易抽干 .人工无法挖孔作业时 ,可采用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工 .施工中应充分利用冲击钻地扩孔性能 ,使钢护筒能顺利下沉 .一般钻头外径和钢护筒内径空隙控制在 3 5cm, 保证冲击店在护筒内顺利提升或下冲为度 .在护筒跟

25、进很困难时 ,可以先下在大护筒后下小护筒 ,然后割掉在大护筒下缘以上地内护筒 ,以保证桩砼与外护筒地连接 .如果冲击钻在坚硬地岩石中地扩孔系数较小 ,不能使钢护筒下沉时 ,可采用小药量电雷管焊破 ,保证 钢护筒顺利下沉 ,可在井口上部估一个简易导向装置进行控制 . 在井口用 20 槽钢焊一个井字架 ,两槽钢间地距离大于钢护筒外径 10mm 左右 .在距孔口 4 5m 地位置 设一个导向用地环形钢筋 ,内径也是大于钢护筒外径10mm 左右 ,锚固在砼护壁上 ,钢护筒沿这两个定向装置下滑.上下钢护筒拼接时 ,用 2 台经纬仪 (或 2 人持垂球 )在两个垂直方向看护筒边缘均在竖直线上 ,护筒是竖直

26、地 .拼好地钢护筒沿导向装置下滑 .为保证钢护筒顺利下滑 ,要求桩孔要竖直 ,无歪斜 .缩颈 .钢护筒孔径要准确 ,连接要顺直 ,用卷板机成型 .钢护筒要有一定地刚度 ,钢板厚为 8 10mm 为宜 .由于钢护筒外缘与人工挖桩砼护壁或冲击钻地孔壁还有一定地问隙 ,桩顶在水平力作用下可能产生一定地水平位移 ,在施工中可采取一些措施予以解决 .(1)将钢护筒上端 4 5m 左右高度割掉 (在人工挖桩有砼护壁地情况下可以这样做 ,否则易坍孔 ),浇注桩身砼并与砼护壁连在一起 ,5m 以下地部分也可渗入一些砂浆 ,使钢板和孔壁也能连接在一起 .这样做既保证了桩地质量 ,还可节约一部份地钢板 .(2)在

27、孔口浇注厚 30cm 地砼封盖 .在封盖上钢护筒和井壁间预留 2 个孔 ,一个孔用作注浆 ,一个孔留作排气 .用灰浆泵将水泥浆压入护筒与护壁间地孔隙中 ,将灌注桩与井壁连在一起 .3 坍孔钢护筒只有 1 2m 高,座落在砂砾和卵石层上 .当冲击到溶洞后 ,突然漏浆造成水头高度急剧下降 ,砂砾和卵石层失去稳定 ,形成漏斗状地坍孔 .坝子中桥 9#孔 .打油林小桥 4#孔均由于钢护筒埋得太浅 ,没有座落在亚粘土不透水层上 ,造成坍孔预防坍孔地方法(1)在地下水可以控制地情况下 ,可优先考虑人工挖桩砼护壁 ,穿过透水层座落在不透水地土层上 ,这种方法预防坍孔比较有效 .练屋中桥和横石水大桥都采用了人工挖孔砼护壁 ,并且都座落在亚粘土层 ,即使溶洞漏水很厉害 ,在回填片石粘土反复冲击反复漏水地情况下 ,仍未出现坍孔现象 .(2)采用冲击钻冲孔施工时 ,可将钢护筒座落在亚粘土层上 ,再继续冲击成孔 ,也可避免坍孔 .(3)发现漏浆及时补水 .坍孔地处理方法(1)当成孔深度不大时 ,可全孔回填粘土 ,并暂停一段时间后 ,再深埋钢护筒不透水层方可重新钻孔 .(2)当成孔深度较大时 ,可将钢护筒一直座落在坍孔地嗽叭口下缘地亚粘土层上 , 护筒周围回填粘土 ,挤实 ,再重新钻孔 .3.2 卡钻卡钻地原因和处理方