广东省长大公路工程有限公司 510620
摘要：本文通过结合广乐高速北江特大桥岩溶地区水中主墩桩基溶洞处理的施工实例，总结出岩溶地区水中桩基溶洞处理技术方法，在保证质量、安全的前提下提出较经济的技术解决措施。
关键词：溶洞；桩基；高压旋喷
北江特大桥主桥为80m+150m+80m＝310m预应力混凝土连续刚构，其中25#主墩位于北江南岸，共12根桩，桩径为2.5m。经地质补勘资料分析，墩位处砂层厚度约11m，卵石层厚度为4.5m～11m，差别较大，进入中风化灰岩以后，溶洞发育，该墩12根桩基有6根存在溶洞，其中右幅1根，左幅5根。
该处工程地质条件复杂，施工过程主要存在以下特点：
1、岩溶强烈发育，溶洞层数多且大，最大溶洞厚度达7.4m，且该处溶洞多为无充填物溶洞；
2、桩基直径较大，桩基间溶洞存在互通的可能性，部分溶洞存在较小隔层；
3、施工地处北江流域，施工平台采用钢管桩基础，基础进入流动性砂层为持力层，河床变化大，对施工平台结构存在较大的安全考验；
4、施工期为洪水频发时期，对施工工期要求较紧。
一、地质物探
为查明墩底部岩溶发育分布状况，以确保桥墩的基础安全，采用超高密度直流电法CT井-井透视方法对地质进行物探。使用跨孔式CT观测系统，每对孔间的数据测量可得到约6万对数据，然后在室内对这些数据进行先进的反演计算来产生一个两个钻孔之间的电阻率分布图，最后再根据此电阻率分布图来推断溶洞的位置和范围。以下是电法CT检测剖面布置的平面图：
电法勘探共完成了6个电法CT剖面，分别标注为L1 （ZKB4～ZKB9），L2 （ZKB4～ZKB5），L3 （ZKB9～ZKB5），L4 （ZKB1～ZKB9），L5 （ZKB1～ZKB7），和L6 （ZKB9～ZKB7）。以下是通过对这些数据进行先进的反演计算而产生的六个剖面的电阻率分布图。剖面L1，L2，和L3是一组，剖面L4，L5，和L6是一组。
根据以上电法勘探结果和其它有关地质资料综合分析，我们对L1， L2，和L3剖面得出以下推断：
从L1剖面上看，异常区Y1和溶洞T3相通，此区应是顶板很薄的充填溶洞区。溶洞T1和溶洞T2并不直接相连，异常区Y2是T2溶洞的延伸，而异常区Y2有可能和溶洞T1通过不大的裂隙相连。从L2剖面上看，异常区Y3和Y4不相连，但这两孔间的40-45m段为泥土或充填溶洞所占据。从L3剖面上看，T2向ZKB5孔方向仅延伸约6m左右，Y7是一个顶板很薄的充填溶洞。
根据以上电法勘探结果和其它有关地质资料综合分析，我们对L4， L2，和L3剖面得出以下推断：
从L4剖面上看，异常区Y8和溶洞T5局部相通。但溶洞T4和溶洞T5并不会直接相连。
从L5剖面上看，异常区Y9和溶洞T6局部相通。同样溶洞T4和溶洞T6并不会直接相连。
从L6剖面上看，异常区Y10可能是一个较大的溶洞群，且此溶洞群和溶洞T5局部相通。异常区Y11可能是一个2至3米的溶洞。
二、溶洞处理方式
桩基施工过程中必须尽量避免因出现急骤漏浆而造成坍孔进而导致孔口周围大面积地陷，危及施工平台的稳定和安全，在施工方案的选择上必须认真考虑。根据以上地质物探结果分析，溶洞处理根据溶洞大小、溶洞形状及客观条件确定，项目溶洞处理方式为溶洞回填及高压旋喷相结合的技术处理工艺。总体方案说明如下：
1）针对覆盖层主要为中粗砂、卵石等易塌地层的特点，桩基施工前采用高压旋喷对桩基钢护筒周围进行预注浆处理，主要范围为中粗砂、卵石、粘土层，形成帷幕围蔽作用，确保在桩基溶洞施工过程中覆盖层、钢护筒不会出现塌陷现象。
2）在击穿溶洞后，主要采用抛填法进行施工。通过抛填一定量的片石、粘土、水泥等，挤压造壁，同时利用及时补浆等方法避免出现较大的孔壁压力差，防止塌孔。
3）针对地质补勘资料，右幅溶洞较少，应充分合理安排施工顺序，宜先施工部分无溶洞桩基，浇筑完成后逐步将桩基钢护筒与施工平台钢管桩刚性连接，确保平台整体稳定性。
三、施工工艺
1、施工布置
施工采用高压旋喷施工工艺，以护筒中心为圆心Φ3.0m为直径，将高压旋喷桩均布在Φ3.0m直径的圆周上，周长9.42m。设计旋喷桩直径为0.50m，旋喷桩钻孔间距为0.47m，共20个孔。
2、高压旋喷施工
旋喷桩主要通过套管来定位及导向，套管采用φ159mm、壁厚10mm的无缝钢管，每根套管长度考虑从平台面至河床面以下5.0m共计11.5m高度。布孔时，注意控制孔的垂直度，当护筒垂直度不满足要求时，重新下放套管，同时旋喷孔垂直度不能受桩基钢护筒的影响。旋喷桩注浆范围考虑从护筒脚以上2m到进入强风化0.5m。
灌浆采用R42.5优质普硅酸水泥与清水配制，水灰比为0.8∶1，孔口补浆采用浓水泥浆，水灰比为0.5～0.6。
钻机应按设计桩位准确定位，并必须作水平校正，钻杆头对准套管桩位，其偏差不大于2cm，成孔偏斜不应大于0.50%，钻孔的有效深度应超过灌浆设计深度0.2-0.5m。为保证旋喷时浆液扩散均匀和旋喷质量，钻孔顺序采用跳打方式如：1、3、5、7、9．．．．．．，并认真做好详细的钻孔记录，特别是有串孔的薄弱地层要注意记录其标高位置，以便在高压旋喷桩（注浆）时复喷。
钻孔深度和垂直度等参数达到要求后，进行高压旋喷桩（注浆）施工，高压喷射器下入孔内最低深度后，先按照规定参数进行送浆3-5min，待泵压正常后按设计的提升速度提升旋喷管自下而上进行旋喷施工。为了保证旋喷桩直径及桩身强度，在漏浆段及有串孔的薄弱地层范围应进行复喷，高压旋喷注浆时应全孔连续作业，拆卸喷射管时，旋喷桩搭接段长度不小于30cm。
水泥浆液应严格过滤，并按喷嘴直径设置两道过滤装置：在制备水泥浆液搅拌罐和泥浆吸浆搅拌罐之间设一道过滤网，在泥浆泵吸浆管尾部设一过滤器。在旋喷作业过程中，设专业人员负责经常测试水泥浆液比重。根据地层情况，可以适当调整水泥添加剂用量来调整浆液性能，以适应注浆需要。当浆液比重与设计规定值超过0.10时，应重新调整浆液水灰比。
旋喷注浆过程中，须专人负责经常调整、检查高压泥浆泵压力、浆液流量、喷机旋转和提升速度及实际的浆液耗用量。在旋喷作业过程中，应及时准确填写施工记录。
3、溶洞漏浆处理
无论采用那一种方法，对打穿溶洞导致孔内漏浆的处理方法都是一样的，主要采用回填的处理方法。回填的材料根据溶洞的类型、大小及漏浆的情况现场确定。
根据地质勘察报告，在接近溶洞顶板1m 左右时，加大泥浆比重，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，同时安排专人观察孔内泥浆面的的变化，发现孔内泥浆面下降，立即提起冲锤，及时补充泥浆，回填粘土、片石和袋装水泥（重量比1：1：0.2），停置一段时间（一般为一天），在停置期间若孔内泥浆继续下降，应随时补充泥浆和回填混合物，待孔内泥浆稳定后，方可继续冲孔，采用小冲程冲击投下的混合物，使其挤入溶洞中，堵塞溶洞通道。
在冲击过程中，孔内泥浆还会多次下降，每次泥浆下降，及时提起冲锤，补充泥浆和回填粘土、片石，并停止冲孔一天，待稳定后继续冲孔，如此循环反复，直到桩孔不再漏浆为止，顺利穿越溶洞。穿越溶洞进入微风化石灰岩，冲击时冲程不宜过大，以免振坍溶洞已固结的护壁。
4、防塌孔加强措施
在岩溶地区采用冲击钻机成孔，最重要的问题是如何解决在成孔过程中不发生坍孔，若发生塌孔也要保障施工人员及钻机的安全。在实际施工中，我们采取以下几个预防措施：
1）在钻机底座滚筒下加铺二根长12m 的2I36工字钢，防止坍孔时钻机下沉或倾斜。
2）埋设的钢护筒用钢丝绳系在钻机底座上，防止钢护筒掉入孔中。
3）在孔位附近备有大量粘土、片石和适当数量的袋装水泥，在工作船上设置2个容量较大的泥浆池，保证桩孔一旦出现漏浆，能及时补浆和回填桩孔。
四、结语
在实际冲桩过程中，所有桩基没有出现塌孔现象，溶洞击穿出现漏浆情况时，及时回填片石土，覆盖层一直处于稳定状态，达到了预定效果，确保了桩基施工质量及施工平台的安全。其中25#-6桩基成孔后已清孔完毕，准备下放钢筋笼，突然北江涨水，水位超过施工平台2米，所有施工机械紧急撤离施工平台，在水退后检查孔底，除了少量沉渣外，并没有出现塌孔现象，表明注浆预处理形成了有效的桩基护壁，在类似的地质条件下此方案值得推广。
参考文献：
[1]周希文，岩溶地层钻孔灌注桩施工溶洞处理方法 福建建材，2009.
[2]戴祖生，岩溶地层厚覆盖层钻孔灌注桩施工溶洞处理技术，2013.
[3]李裕文，桥梁钻孔灌注桩溶洞处理方法探讨，2014．
论文作者:何畅
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/27
标签：溶洞论文; 桩基论文; 剖面论文; 泥浆论文; 浆液论文; 岩溶论文; 钻孔论文; 《基层建设》2016年10期论文;