在溶洞地质条件下桥梁桩基施工技术

1、在溶洞地质条件下桥梁桩基施工技术摘要：本文结合剑溪1号大桥的实际施工经验，分析了桥梁施工时溶洞的特征，总结了在溶洞地质条件下桩基施工的常规成孔法，从而安全、经济、高效地完成桩基础施工。关键词：剑溪1号大桥; 桥梁桩基; 溶洞1.工程概况 剑溪1号大桥位于向莆铁路福建省三明市尤溪县境内，属于沿海内陆山区，主要为跨越洼地而设。本桥在向莆线中仙站站场范围内，铁路等级：级。孔跨布置：1-24m简支T梁+3-32m简支T梁，共五线，其中、线为双线T梁，4、6线第一孔24m跨为双线T梁，其它均为单线梁。全桥长：135.67m，基础均采用钻孔桩基础，桩径1.0m，设计院地质队对该桥进行逐桩地质勘探，该桥溶洞

2、地质主要集中在2号墩与3号墩，共计16根溶洞桩，桩身设计长度为3643.5m。溶洞填充物为角砾土，稍密中密，o=100200kPa，部分溶洞为空洞、半填充。地下水不发育，本次逐桩钻探，所有溶洞均未发现地下水。土洞和灰岩溶洞（部分为空洞）极为发育，地基存在潜在的不稳定漏浆。 2.溶洞处理目的及处理方法 2.1溶洞处理的目的 溶洞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，防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及完成水下混凝土灌注。 2.2处理方法 由于溶洞埋藏较深，不能直接采用填充混凝土等一般方法处理，通常处理溶洞的方法是片石粘土筑壁法、灌浆法、钢护筒跟进法

3、等。 3.方案比选 3.1片石粘土筑壁法 在溶洞不是太大(一般2m以内)，存在漏水或半漏水，护筒水头高度不能保持时，可采用片石加粘土，（按1:1体积比）回填冲击使其形成泥石护壁，一次不行回填冲击两次，两次不行回填冲击三次，如此反复回填片石粘土，直至形成泥石护壁，不再漏浆为止。该方法优点是操作简单，原材料价格低廉，处理溶洞造价较低。缺点是该方法对单桩出现溶洞处理效果明显，对溶洞较大且贯通性溶洞则不易采用。 3.2灌浆法 在溶洞埋藏较深、溶洞较大且与其他溶洞相通，易采用灌注水泥浆、水泥砂浆的方法，该方法直接对溶洞进行填充，主要集中对溶洞较大桩位处进行地质加固，以保证钻孔时护壁泥浆不流失。该方法优点

4、是对埋藏较深、溶洞较大且与其他溶洞相通，通过注浆可将溶洞直接填充，多用于溶洞集中处，避免在桩基施工时，需对逐根溶洞桩进行处理，可节约时间、加快进度、节省大量成本。采用该方法需对溶洞地质勘探准确。 3.3钢护筒跟进法 在溶洞较大，洞内无填充物或有流塑充填物，采取片石加粘土反复冲击仍无法形成泥石护壁时，可采用钢护筒跟进方法，这种方法是一边冲孔，一边接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内，用以隔断溶洞内流塑充填物或水的方法。该方法优点是对单根较大溶洞桩处理效果明显。缺点是需购买大量钢护筒，造价相当大，对相连通溶洞则不易采用。 根据本工程的地质情况，我部经过认真分析，经济比选，决定采用片石粘土筑壁法结

5、合灌浆法来进行施工。 4.施工技术 根据该桥桩基地质展示图显示，3号墩6线，14#号桩基，该桩基平均深度为39.25 m，溶洞埋藏深度为2632 m，且面积大、互相连通并呈串珠型分布，我部在研究后决定，先采用冲击钻成孔，在接近溶洞顶板1m左右时，加大泥浆比重(一般为不小于1.5)，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，同时加强对孔内泥浆面变化的监测，发现孔内泥浆面明显下降，立即提起冲锤，及时补充泥浆，回填粘土、片石，若孔内泥浆继续下降，说明该溶洞较大，应及时灌入水泥浆（或水泥砂浆），以填满并固结溶洞，同时补充泥浆，待孔内泥浆稳定后，方可继续冲孔，直至成孔。 决定先施工6线4号桩，该桩护筒顶标高为307.6

6、53m，设计孔底标高266.509m，应钻深度41.144m.采用冲击钻成孔，钻头直径1. 0m，钻头质量4200Kg。 上部地质为粗圆砾土、粉砂岩夹泥岩（全风化），厚度分别为1.47m、4.51 m，钻进速度较快。下部地质为粉砂岩夹泥岩（强风化、弱风化），厚度分别为11.27m、9.04m，与设计地质基本一样，再下面钻至第一层溶洞，泥浆迅速流走，水头高度急剧下降，造成漏浆，及时回填片石、粘土并用桩锤冲击造壁，并马上补水，防止水头高度继续下降，以免造成塌孔。为保证固壁良好，向孔内投放片石，以0.6m的小冲程钻进，并按比例投入粘土，溶洞内钻进时，泥浆比重为1.5。经以上方法反复操作，不再漏浆，顺

7、利通过第一层溶洞。 第一层溶洞与第二层溶洞之间为7.66m的粉砂岩夹泥岩（弱风化），岩质较硬，进尺慢，在冲至离第二层溶洞约1m处，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，进入第二层溶洞，与设计地质相符，同样出现漏浆现象，29米高的水头瞬间流走，溶洞高为5.25m，由于该层溶洞较大且与1-3号桩相连通，经反复向孔内投放片石与粘土均不见效，所以改用注入水泥浆来填充溶洞，该方法虽需大量水泥浆，但可一次性填充1-3号桩基溶洞，为以后其他桩基施工节省时间、加快进度。灌入水泥浆采用垂直导管法进行灌注，将导管深入溶洞处，由搅拌站供应水泥浆（比例为1：1），并用3台混凝土运输车运送水泥浆，经导管灌入水泥浆并流入溶洞，如此不

8、间断循环，直至该溶洞填充完成，待水泥浆固结24小时后，才能继续钻进。 最后一层地质为灰岩，弱风化，厚度为1.96m，在该层施工中，为保证第一层溶洞的稳定，泥浆比重均在1.5以上，泥浆未加水稀释，只保持循环，浓度较大。采用抽浆法清孔，利用钻机的泥浆泵持续吸渣5min15min左右，将孔底钻渣清除干净。当下完钢筋笼和导管后进行二次清孔，使清孔后孔内泥浆指标及孔底沉渣厚度符合设计及规范要求。 本桩2010年12月5日开钻，12月20日穿过最后一层溶洞并成孔，实际钻孔深度41.163m。 5.施工过程技术控制 5.1卡钻 发生原因：钻头击穿溶洞顶部；出现探头石梅花孔、溶洞等。 采取的措施：钻进至较大溶

9、洞顶部时，改用小冲程冲砸并事先准备好用钢轨焊制的小钻头，在出现卡钻时，用小钻头冲击，砸碎卡钻物体。如已发生卡钻，应仔细分析原因，以免越卡越紧或发生掉钻。 5.2斜孔、弯孔、缩孔 发生原因：由于溶洞的存在、断裂带、地质不均匀或由于钻头磨损直径变小等。 采取措施：钻进中每钻进4m6m时检孔一次，当检孔器不能沉到原来钻达的深度或发现吊检孔器的大绳的位置偏移护筒中心时，应考虑可能发生了弯孔、斜孔或缩孔等情况，如倾斜度在规范允许偏差内，可继续钻进，如超出规范，则采取向孔内反复回填片石，反复修孔，如发生缩孔说明钻头直径已经磨损，应及时用钢板加固钻头，使钻头直径满足设计要求。 5.3钻孔过程中发生漏浆 发生

10、原因：本工程施工过程中多次发生了漏浆现象。钻进过程中发生漏浆，极易导致卵石层和全风化层发生坍孔，进而危及行车和现场施工人员机械的安全。 采取措施：根据实际漏浆情况，在最短的时间内对桩孔补充泥浆，并不断加入粘土进行回填，再用钻机进行小冲程反复冲砸，直至不再漏浆，采用以上措施有效解决了漏浆问题。 5.4清孔过程中漏浆 发生原因：为保证孔底沉碴厚度同时控制泥浆比重，在清孔过程中可能使原先被堵上的溶洞重新漏浆。 采取措施：若漏浆数量有限，可继续清孔，正常施工。若漏浆无法回补满，孔内沉碴厚度无变化，则查看原有钻进记录，判断该孔在哪个深度上漏浆，采用回填团状黏土至溶洞以上，冲击堵漏，直至正常，在清孔排渣时

11、注意保持孔内水头，防止坍塌。 5.5灌注过程中钢筋笼上浮 发生原因：在灌注混凝土过程中，由于钢筋笼未在孔口牢固定位，以及导管提升时速度过快，将钢筋笼带动提升，由此发生浮笼现象。 采取措施：钢筋笼采用汽车起重机吊装，并在孔口牢固定位，首批封底混凝土数量，使导管下口埋入混凝土不小于1m并不大于3m。在浇筑过程中，按规范要求控制导管的埋深。导管提升时保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，可避免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。 5.6灌注过程中漏浆 发生原因：原有的溶洞堵口又被比重较大的混凝土压破。 采取措施：灌孔前通知混凝土供应商保证混凝土连续供应，灌注现场始终保持两辆以上的罐车待灌，现场由专业工程师控

12、制灌注进度并根据地质情况控制埋管深度，当灌注到溶洞位置时保持较大的埋管深度（不小于4m），防止混凝土由于挤破护壁后突然下沉，造成断桩。若出现大方量超灌，且混凝土面不上升，可在灌注一定方量后暂停片刻，再进行灌注。 6.处理效果 该桩从开钻到穿过最后一层溶洞，历时15天，其中溶洞处理共耗时9天，溶洞处理抛投片石共计56m3，粘土60m3，水泥浆240m3。我部采用片石粘土筑壁法结合灌浆法的施工方法，顺利完成该桥16根桩溶洞桩基施工。实践证明，采用片石粘土筑壁法结合灌浆法比采用全钢护筒施工方法，节省了施工时间，加快了施工进度，同时节约大量费用。 7.结束语： 剑溪1号大桥溶洞桩基成孔施工方法，是经过实践经验总结出来的。 地质勘探必须具备足够的深度，以保证提供准确的地质资料。为确保安全，需逐桩进行钻探。 在灌桩过程中，当灌注到溶洞位置