桩基8m以上大型溶洞处理方案

1、 乐昌至广州高速公路坪石至樟市段 T10合同段8m以上大型桩基溶洞处理方案编 制： 审 核： 审 批： 中铁隧道集团有限公司乐昌至广州高速公路第T10合同段项目经理部 二一一年七月目 录一、编制依据1二、工程概况12.1 设计概况12.2 工程地质32.3 水文地质3三、施工方案43.1 方案概述43.2 施工前的准备43.2.1 人员组织43.2.2 材料准备53.2.3 机械配备53.3 施工方案53.3.1 钢护筒跟进法53.3.2 抛填片石、黄泥法63.3.3 压浆法73.3.4 低标号细石砼压注法10四、施工应急处理措施114.1 突发事件安全风险分析114.2 各种突发事件的处理措

2、施114.2.1 施工中遇到溶土洞应急措施114.2.2 过串珠状溶洞应急处理措施12五、人员、机械配置135.1 人员配置及分工135.2 机械设备配置14六、安全、质量保证措施146.1 安全保证措施146.2 质量保证措施156.2.1 施工组织管理方面的措施156.2.2 施工技术措施15一、编制依据1、乐昌至广州高速公路坪石至樟市段T10合同段施工设计图；2、桩基地质勘察资料；3、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；4、公路工程质量检验评定标准（JTGF80/1-2004）；5、以往同类工程施工成功经验。二、工程概况2.1 设计概况T10合同段位于韶关市境内，起点里程：

3、K87+747，终点里程：K99+000，本合同段范围内包括马渡互通特大桥，乳源河和江湾河两座大桥。其位置及范围见图2-1、2-2。乐广高速公路坪石至樟市段S250省道T10合同段起点K88+747G4京港澳高速T10合同段终点K99+000G323国道图2-1 工程位置图 图2-2 T10合同段范围平面示意图本合同段马渡互通特大桥、乳源河大桥及江湾河大桥下部桩基础设计均采用钻孔灌注桩，以中风化灰岩作为基础持力层。桥梁设计参数见表2-1。表2-1 桥梁设计参数表序号桥梁名称中心桩号桥梁全长（m）基础类型总长(m)/根数1马渡枢纽互通主线桥ZK95+310.1520881.2m、1.5m1.8m

4、桩基础9614/225YK95+452.711840A匝道桥AK0+476.15614.91.3m、1.5m桩基础1098/56B匝道桥BK0+204.12231.2m、1.3m桩基础556/26C匝道桥CK0+461.05405.81.2m、1.3m、1.5m桩基础844/45D匝道1号桥DK0+145.31563.031.2m、1.3m桩基础180/10D匝道2号桥DK0+500.7851431.2m、1.3m桩基础288/18E匝道桥EK0+464.26595.81.3m、1.5m桩基础1067/54F匝道桥FK0+152.63134.51.3m桩基础223/14G匝道桥GK0+526.

5、02731.2m、1.3m桩基础490/28H匝道桥HK0+476.8853431.2m、1.3m桩基础684/38拼宽小桥LK103+294241.0m、1.2m桩基础148/142乳源河大桥ZK96+967.5671.81.2m、1.5m、1.8m桩基础2371/108YK96+954591.83江湾河大桥ZK98+381.5421.81.2m、1.5m、1.8m桩基础1756/76YK98+408436.84西岸小桥ZK89+64536.041.0m、1.2m桩基础480/32YK89+646.536.042.2 工程地质桥址区出露地层主要为下统石磴子组(C1ds)、石炭系测水组地层(C

6、1dc)及第四系冲洪积层(Qal+pl)、坡积层(Qdl)、残积层(Qel)、填筑土(Qme)、种植土(Qpd)。地层从上到下依次为：填筑土、种植土、淤泥质土、粉质黏土、细砂、中砂、粗砂、角砾土、圆砾土、碎石土、卵石土、风化煤层、风化页岩、风化砂岩、风化灰岩、风化泥灰岩、风化粉砂岩。不良地质：本次勘察揭露岩溶等不良地质。特殊岩土层为谷地中软土和煤层，影响拟建桥台、墩的稳定性，须采取相应的处理措施。岩溶影响拟建桥台、墩的稳定性，桥梁基础应嵌入完整连续的灰岩内，且应保证桩端持力层及其应力扩散范围内不能存在有溶洞、溶槽或其它临空面。溶洞情况：通过对桩基地质勘察资料统计，绝大部分桩均存在溶洞，且溶洞数

7、量都在2个以上，溶洞高度0.126.9m不等，其中目前有地质补堪资料的显示8m以上溶洞共有30个，有全充填、半充填、无充填三种。溶洞充填物有粉质粘土、灰岩碎块、卵石土。马渡互通桥、乳源河及江湾河桥溶洞数量统计表见表2-2。表2-2 桥梁溶洞数量统计表工程名称已勘察总桩数溶洞桩数溶洞桩所占比例8m以上高溶洞备注马渡互通桥497根280根56%19个含匝道桥乳源河大桥102根82根80%3个江湾河大桥85根49根58%8个2.3 水文地质桥址区地表水为河沟水，受季节影响明显。地下水为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水及岩溶水。孔隙潜水主要赋存于第四系冲洪积层中，含水量丰富，局部具有承压性。基岩裂隙水主要赋

8、存于砂岩、灰岩中，水量较贫。岩溶水主要赋存于灰岩岩溶发育部位，基岩在钻探过程中，存在溶洞的钻孔及部分基岩裂隙较发育的孔，钻至溶洞及裂隙处出现微弱严重漏水现象，说明溶洞或裂隙及溶隙间有一定的连通性，且存在较大的储水空间，其水量丰富。地下水的补给来源于大气降水及砂层和溶洞、溶隙的侧向迳流补给，向下游排泄。区内地下水主要接受大气降水的垂直入渗补给，总体径流方向向溪汇集。地表水主要顺坡向沟溪排泄，区内地表水、地下水径流条件较好。区内地下水水量较丰富，对拟建桥梁墩、台基础施工影响不大。三、施工方案3.1 方案概述 根据现有桩基施工中溶洞处理方式，溶洞处理可分为事先预处理与成孔过程中处理两类。其中预处理根

9、据填充材料及施工工艺分为2种，分别是溶洞压浆法及低标号小碎石砼压注法。施工过程中控制主要分为2种，分别是钢护筒加长穿过卵、砾石土和抛填黄泥、片石及水泥回填法。 本着在保质保量的前提下尽可能节省成本的原则，根据溶洞覆盖层厚度及性质、溶洞顶板厚度、溶洞充填情况、安全影响因素等情况，分别采用如下处理方案： 1、对于全填充而桩基附近无建筑物且为陆上桩的大型溶洞桩基，采用抛填片石加黄粘土方法处理；对于全填充而桩基附近有建筑物或者全填充水上桩的大型溶洞桩基，采用压注水泥浆处理。 2、对于无填充或半填充溶洞桩基，若大型溶洞顶板覆盖层较薄，采用钢护筒跟进至大型溶洞底板处理；反之采用低标号小碎石砼压注法进行预处

10、理。3.2 施工前的准备3.2.1 人员组织项目部专门组织有关技术人员研究学习有关溶洞处理的措施，并且成立了溶洞处理应急小组。施工现场派4名技术人员分两班在工地24小时轮流值班，发现问题及时上报处理。项目部还组织桩基队钻机机长学习溶洞处理的知识，使他们对溶洞处理心中有数。总之，在人员组织方面，明确分工，各负其责。3.2.2 材料准备根据分析掌握的数据，准备足够的粘土、回填的片石及钢护筒，以便能在遇到溶洞时及时处理。3.2.3 机械配备根据现场施工情况要提前准备好充足设备，以免施工中因设备发生故障或损坏时无替换的设备而导致停工待机状态。具体机械设备配备见表5-2。3.3 施工方案3.3.1 钢护

11、筒跟进法为确保桩基在钻孔过程中不发生塌孔、偏孔，结合本工程已施工溶洞桩的情况，针对无填充或半填充溶洞桩基，并且溶洞顶板覆盖层较薄的采用加长钢护筒的方法进行施工，同时辅以抛填片石、水泥及黄泥进行封堵。3.3.1.1 施工工艺流程埋设钢护筒钻机就位场地平整、定位正常冲孔至桩底标高钢护筒制作3.3.1.2 施工工艺 根据现场实际施工情况以及地质资料显示，钢护筒至少要加长至6m才可保证能够跟进至卵石土层中，从而防止由于渗水而导致塌孔的发生。钢护筒制作：护筒采用810mm钢板制作，护筒加长至6m，护筒埋设与坑壁之间用粘土分层夯实，以防漏水。在护筒的上口边缘开设2个溢浆口，便于泥浆溢出流回泥浆池，进行回收

12、和循环。桩基施工：按普通钻孔灌注桩施工方法进行，在施工中应准备充足的片石、水泥以及黄泥，以备遇溶洞出现漏浆、偏孔进行回填封堵。 3.3.1.3 拟采用该方法处理的大型溶洞桩基 见表3-1。3.3.2 抛填片石、黄泥法抛填片石、黄泥的处理方案是在冲孔过程中，密切观察孔内的泥浆面的变化。一旦出现跑浆、漏浆及反清水等情况迅速投入片石和黄泥的混合物，其比例为 7:3，待泥浆面稳定后再进行施工。3.3.2.1 拟采用该方法处理的大型溶洞桩基表3-1 拟采用钢护筒跟进及抛填片石黄泥进行溶洞处理的大型溶洞桩基统计表桥名墩号桩号溶洞厚度（m）溶洞1溶洞2溶洞3溶洞4溶洞5溶洞6溶洞7溶洞8马渡互通主线桥Z25

13、538.8Z41934.90.90.711.8Z801974.42.94.59.41.2Y591482.50.98.214.6Y711791.75.713.5Y7218218.718.4Y782028.9马渡互通匝道桥A15299.21.1C17387.422.8C184118.8C20451.72.91.40.710.5E29乳源河大桥Z41311.2Z20450.80.20.60.51.512.92.8江湾河大桥Z92011.31.23.42.41.61.1Z153511.5Z153611.82.21.51.6Y11249.2Y112515.20.50.9Y12271.41.514.2Y1

14、6369.67.44.28.8Y16396.518.10.81.73.44.83.3.2.2 注意事项 根据超前钻的资料，当冲孔施工接近溶洞顶部时，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，其它施工工艺及注意事项与常规相同。 冲孔过程中，抛填为主，补水为辅；冲程和泥浆控制是关键；减小偏孔、斜钻发生，重点做好漏浆、反清水处置，严防坍孔、塌陷事故；人员设备安全是根本、顺利成孔是最终目标。 3.3.3 压浆法 对于全填充而桩基附近有建筑物或者全填充水上桩的大型溶洞桩基，采用压注水泥浆处理。3.3.3.1 概述 在溶洞周围钻孔（D=108mm），钻穿

15、顶板后用89mm 钢管（与隧道大管棚施工类似）打入溶洞底部。在钢管底部起至上50cm 范围内进行梅花形钻孔，钻孔间距10cm。注注浆压力23Mpa 左右。注浆过程中，当注浆量明显变小时，将钢管提升50cm 后再进行注浆，直至将溶洞内填充物在桩基施工范围内全部固结。3.3.3.2 施工工艺流程施工准备布孔钻孔压浆预处理完成3.3.3.3 施工工艺 1、布孔根据桥墩桩基布置和溶洞分布，浆液扩散半径取经验值 0.6m，在溶洞桩基钢护筒周围向外 50cm布置注浆孔，注浆孔直线间距按1m左右布置，注浆孔布置图如图 3-1 所示。图3-1 注浆孔布置图 2、钻孔用地质钻机钻注浆孔，钻穿溶洞顶板后取出套管及

16、钻具跟进89mm 钢管。采用小型机具将钢管打入溶洞填充层至溶洞底部。3、注浆注浆材料及配比参数 注浆材料采用 32.5R 级普通硅酸盐水泥，水灰比 W/C=0.8/1。水灰比根据现场情况可做适当调整。 注浆压力 根据相关实验和以往实践经验，在全填充卵石土层中注浆需要较大压力，约 3MPa5MPa 之间。而实际注浆过程中注浆设备的泵压是跳动的，因此选择合适的注浆泵后，在实际的注浆过程中并不需要调整注浆压力，而是控制浆液的注入率，并且记录浆液压力的变化。当压力发生突变时，应及时检查是否发生异常情况或者停止注浆。 注浆范围 根据相关实验和以往实践经验，注浆时浆液扩散半径取 0.6m，注浆的范围如图3

17、-2 所示。 由图3-2 可以看出，采用压注水泥浆法对溶洞桩基进行预处理，能在该桩周围形成水泥帷幕，从而能保证冲进成孔时的施工质量和施工安全。 图3-2 理论注浆范围注浆过程 试泵 开泵前先将三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升，当泵压达到预定注浆压力时，持续二、三分钟不出故障，即可结束。 安装注浆管和止浆塞 在确定注浆管内无阻塞物后，即可进行注浆管的安装。为减少拔管时的阻力，在注浆管设置防水板。用沾有 CS 胶泥的麻丝绳饶成不小于钻芯孔直径的纺锤型柱塞，把管子插入孔内，再用台车将管顶入孔内到要求深度，使麻丝栓塞与孔壁充分挤压紧实，然后在麻丝与孔口空余部分

18、，填充 CS 塑胶泥，使注浆管和止浆塞固定。注浆管外露的长度小于 3040cm，以便连接孔口阀门和管路。注浆管安装放好后，在注浆管管口加上孔口盖，以防止杂物进入。 压水实验 压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续 15min。 浆液配置 按设计要求的水灰比用高速拌浆机拌和水泥浆液。 注浆 注浆前用 1.52 倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好水、电；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备充分热身。试运行时间为 20min。 注浆时采用自下而上，分段进行灌注。将钻具与注浆泵连接好，先向孔内通清水15 分钟或看见孔口返出清水后则进行注浆。注浆

19、水灰比 0.8:1；在实际操作过程中，若注浆比较困难，调整水灰比为 1:1 后进行注浆；可若地层漏水严重，则可适当减少水灰比。根据施工控制及试验情况，注浆时可适量加入粉煤灰以降低水泥用量。当注浆量明显变小、压力维持在 2MPa 时停止注浆，5min后进行补注。如补注时注浆压力大于2MPa则将钢管提升50cm后再进行上一层注浆，直至将溶洞内填充物在桩基施工范围内全部固结。3.3.3.4 拟采用该方法处理的大型溶洞桩基 表3-3 拟采用压浆法进行溶洞处理的大型溶洞桩基统计表桥名墩号桩号溶洞厚度（m）备注溶洞1溶洞2溶洞3溶洞4马渡互通匝道桥B1210.58.540.5靠近京珠高速2113.3.4

20、低标号细石砼压注法3.3.4.1 概述 对于大型溶洞顶板覆盖层较厚的，为了降低成本可采用低标号细石混凝土进行预处理来充填溶洞以达到稳定，继而进行施工。3.3.4.2 施工工艺流程 施工准备测量放样布孔钻孔压浆3.3.4.3 施工工艺 细石砼配合比为：R42.5水泥：粉煤灰：水：砂：碎石：减水剂=180:200:220:840:990:6.86。压浆使用地泵进行泵送，采用自上而下，分段进行灌注。泵送压力约为13MPa15MPa。当孔口返浆时即可停止压浆。3.3.4.5 拟采用该方法处理的大型溶洞桩基表3-4 拟采用低标号细石砼压注法进行溶洞处理的大型溶洞桩基统计表桥名墩号桩号溶洞厚度（m）备注溶

21、洞1溶洞2溶洞3溶洞4溶洞5溶洞6马渡互通主线桥Z892242.28.6Y731861.40.81.14.21.912.6Y76195112.92.2Y792100.912.6匝道桥B124.4515.8乳源河大桥Z19430.25.20.30.22.111.30.83.49.2四、施工应急处理措施4.1 突发事件安全风险分析根据岩溶处理的施工特点及本工程地质情况，充分考虑到施工技术难度和困难、不利条件等，经多方讨论和分析，确定在冲孔时可能发生的突发事件、安全风险分析如下：1、成孔过程中遇到厚砂层时泥浆物理指标不合适，造成孔壁坍塌；2、冲孔桩施工中遇到未探知的土洞溶洞或是过串珠状溶洞时，孔壁坍

22、塌，严重时引起地面塌陷。3、临时用电防护不到位或违章操作造成的触电事故。4、机械设备因维修保养不到位或违章操作造成的机械事故。4.2 各种突发事件的处理措施4.2.1 施工中遇到溶土洞应急措施在施工中可能遇到未知的溶土洞，当冲锤穿破溶、土洞顶板，孔内的泥浆速度流失，造成砂层段孔壁内外压力失稳而溜坍，严重时可引起地面塌陷。技术人员及钻机充分掌握地质情况，每个孔的地质资料都发给相关人员，让其充分了解溶洞的位置，大小等，做到冲孔时心中有数。在现场应准备足够的小片石或狗头石（直径10-20cm）和粘土，粘土要做成泥球（15-20cm），同时组织足够的水源。在施工过程中配备一台ZL50C型装载机，司机随

23、时候命。根据冲孔进尺和冲绳拌动的情况，结合孔桩所处的地质描述图、判断出孔底位置是否是进入灰岩，在1-1.5m范围内变换为小冲程，逐渐将以防止卡锤。在入岩后要有专人观测护筒内泥浆面的变化，根据冲孔的进尺情况，如果进尺由慢突然变快，或泥浆面突然下降，这时说明击穿了未知溶洞，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水。应迅速补水和改变冲程以防止斜孔和卡锤。如果此时出现斜孔，则采用块石和粘土对斜孔部位全部回填，重新冲击成孔。在溶洞内钻进时，根据填充物的不同，要采取不同的钻进方法。当充填物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入粘土、片石混合物（比例1：1），冲砸固壁；当为砂层、卵石

24、层时还应提高泥浆的粘度和相对密度。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使冲孔顺利穿过溶洞。如果遇到多层溶洞，先对溶洞大小和是否为串珠状溶洞进行判定，如为串珠状溶洞，且漏水，则直接采用钢护筒通过，其施工方法见“过串珠状溶洞施工”，如不存在这种情况，则采取向溶洞内直接充填片石和粘土，泥浆护壁通过。对于遇到特大型溶洞或半充填的溶洞，且溶洞上方有较厚的沙层时，先向孔内回灌浓泥浆，同时抛填块石和粘土球，采用小冲程冲砸固壁，直至漏浆现象消失。如果出现一下冲破溶土洞顶板，泥浆突然间流失，引起整个孔坍塌严重，则迅速提起冲锤，要求人员马上离开钻机，待不再坍塌后，对整个孔进行回填处理，先进行预处理

25、后，重新成孔。4.2.2 过串珠状溶洞应急处理措施根据现场成孔深度和超前地质冲孔的资料相对比，以及结合钻杆钻进速度判断出孔桩接近溶洞顶部岩层时，提起冲锤、钻杆，移开回转钻机，采用冲击钻机冲孔。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，其它施工工艺及注意事项与常规相同。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的。在施工现场准备足够的粘土和块石，同时制备大量的泥浆。根据超前钻探得的串珠状溶洞顶标高反算出地面至第一个溶洞顶的深度，根据此溶洞与钻进深度相比较可知是否到

26、达溶洞顶部，装载机和小推车就位，密切注意泥浆面变化，一旦穿通溶洞后，提起冲锤，向孔内回灌泥浆，向孔内回填片石和粘土，如果不发生塌陷，则用冲锤冲击孔洞内孤石和突石，对洞底部斜岩面进行冲平，以保证钢护筒顺利下放。过第二个溶洞按过第一个溶洞的方法过进行。注意事项：(1)、过每层溶洞顶薄岩层时要采用小冲程锤击，防止一下把岩层击穿后引起钢护筒脱落下沉，严重时引起地面塌陷。(2)、冲破岩层后，要及时提起冲锤，防止塌孔引起卡锤。(3)、在溶洞内采用小冲程冲击，以防止卡锤，同时清理洞内的突石，锤平洞底部斜岩面，以保证钢护筒在下放时不会较大的产生偏斜。五、人员、机械配置5.1 人员配置及分工 人员配置及分工见5

27、-1所示。表5-1 施工人员配备计划表序号部门、工种人数备注一管理层1冲孔桩作业队队长32现场技术人员63现场安全员3合 计12二作业层1机械司机602泥浆拌制及泥浆清理工人603钢筋工204电焊工165混凝土工206电 工67杂工8文明施工合 计190总 计2025.2 机械设备配置设备配备遵循原则：根据单项施工技术要求和施工作业条件确定设备选型；按照施工进度计划指标配备设备台数，生产能力留有余地；同时考虑突发性事件所需的工程抢险应急设备。主要设备配备计划见下表5-2所示。表5-2 主要施工设备表序号设备名称数量规格型号主要工作性能指标使用部位1冲击钻机38CZ-30-1120018002导

28、管及提升井架8砼浇注3泥浆拌合机38MVT-4005.5KW制备泥浆4泥浆泵382L/2PWL40m3抽泥浆和回灌泥浆5钢筋弯曲机6GW40B40钢筋笼加工6钢筋切断机6FGQ40A40钢筋笼加工7交流弧焊机12BX1-500500A钢筋笼加工8装载机2ZL50C应急用9小斗车10应急用10抽水机20QY80-12-2.22.2KW应急及抽基坑水11发电机1DFC250GF250kw自发电六、安全、质量保证措施6.1 安全保证措施(1)冲孔桩施工时，应查明土洞、溶洞分布范围和类型，确定处理方案；技术人员及冲孔作业人员应充分掌握地质情况，每个施工段的地质资料都发给相关人员，让其充分了解施工作业点

29、地质情况，做到施工时心中有数；施工中如遇到溶洞，发生坍孔，则操作司先提起冲锤，人离开钻机，挖掘机迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水，以防止斜孔和卡锤。待处理完成后，再进行重新冲孔作业。 (2)冲孔过程中，非相关人员距离钻机不得太近，防止机械伤人、挖掘机处理地面塌陷时，现场应有警戒人员，无关人员不得进入挖掘机旋转范围内。(3)钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、少松，防止击穿岩壳卡住钻头。(4)钢筋笼吊装过程中必须注意：对接完毕，必须检查作业人员的脚是否缩回，防止钢筋笼下放时将脚刮伤甚至将人带入孔中的事故发生；吊装前应检查钢筋笼中是否有余料未清除，吊装过程中无关人员禁止进入警戒区内。(5)吊车提升拆除导管过程中，各现场人员必须注意吊钩位置，以免将头砸伤。导管安装须注意：导管对接必须注意手的位置，防止手被导管夹伤。(6)砼浇注过程中，砼搅拌运输车倒车时，指挥员必须站在司机能够看到的固定位置，防止指挥员走动过程中栽倒而发生机械伤人事故。轮胎下必须垫有枕木。倒车过程中，车后不得有人。(7)钢护筒接长安设时，操作人员不得在吊锤下作业。(8)施工时的高压泥浆泵应做好以下安全检查工作：泵体内不得留有残渣和铁屑，各类密封套完整良好，无泄漏现象；安全阀中的安全销要进行试压检验，必须确保在规定达到最高压力时，能断销卸压，决不可安装未经试压检验的或自制的安全销