橋梁鉆孔樁基礎穿越溶洞地層處理方法分析

張文鋒

（重慶市市政設計研究院，重慶 400000）

巖溶作為一種不良工程地質現象在我國分布極為廣泛，尤其在西南地區巖溶最為發育[1]。在巖溶地區進行樁基礎施工，若處理不當，極易在施工過程中引發事故，影響工期并對工程質量產生不利影響[2]。因此，在施工前準確調查分析溶洞的實際情況，選擇合適的方案對溶洞進行處理，避免工程事故的發生，具有非常重要的現實意義。

1 溶洞處樁基礎設計和施工前的準備工作

（1）做好地質勘察工作。若在工程初步勘察階段發現橋位出存在巖溶現象，則在施工圖設計前結合橋梁基礎布置方案逐個墩臺設置鉆孔進行詳細勘察，以便為施工圖樁基設計提供依據；根據詳勘成果，當同一墩臺處溶洞分布較為復雜，則在正式施工前要對每根樁進行施工勘察補充鉆探，以便查明樁位處溶洞具體分布情況，溶腔的深度、高度、填充狀況、填充物類別，為制定相應設計和施工方案提供詳實依據。在樁基施工過程中如發現樁位處溶洞布置異常復雜時，需逐樁周圍進行三孔或四孔的超前鉆。

（2）對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為可能選擇的注漿方案計算提供設計計算參數依據。

（3）根據地質鉆探資料和填充物情況，對每根樁設計出相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。

（4）確定處理方案后，施工前在樁位處還需要進行溶洞注漿及試樁試驗，取得注漿率、沖孔速度、沖程等經驗數據，完善施工方案，指導施工。

2 鉆孔樁穿越溶洞處理方法

在實際工程中，橋梁鉆孔灌注樁基礎穿越溶洞處理方法通常有如下幾種：

2.1 片石、粘土填充復鉆

對于半充填、無充填的溶洞，或全充填流塑狀土的溶洞，通過填充片石、粘土然后進行復鉆的方式進行處理，施工簡單、操作方便且費用低廉，此方法也可作為鉆孔漏漿時的應急處理措施。

2.2 填充混凝土

針對單溶腔高度超過6m 的大型半填充或無填充溶洞，可通過灌注C15 或C20低標號混凝土的方式進行填充處理。為節約施工時間，需在混凝土中摻加一定比例的早強劑。有些較大的半填充溶洞內，由于溶蝕程度不同，容易形成傾斜巖面，在鉆孔的時候容易發生斜孔、卡鉆等現象，此時采用填充混凝土的方式處理效果較好。

2.3 注漿加固法

注漿加固法是通過機械壓力將水泥漿或水玻璃溶液等化學漿液壓入到溶腔內的填充土體中，使原來松散的砂石散粒體或巖石裂隙充滿漿液，漿液固結后與溶腔內的填充物一起形成一種強度較高、抗滲性好且與周圍巖體膠結穩定的土體結構，從而極大地改善樁基鉆孔條件，使鉆孔得以順利進行的方法。

注漿加固法主要適用于較大溶洞，根據注漿實施時間的不同，可分為施鉆中加固和施鉆前加固兩種情況。如果溶洞內為半填充或無填充，可以在樁孔鉆穿溶腔頂板后，往洞內填充碎石、砂子等，然后再注漿加固填充物；如果經地質勘查確定洞內為全填充時，則可以在樁孔施鉆前，用小型鉆機鉆孔至溶洞所在位置，用高壓注漿泵將化學漿液注入溶洞的砂石層中，迅速填滿溶洞凝結砂石散粒體和圍巖裂隙，從而改善地質類型。當溶洞內填充物或砂石固結完成后，便可采用沖擊鉆施鉆成孔。

2.4 鋼護筒圍護法

鋼護筒圍護法主要適合于水中或陸上樁基礎穿越串珠狀溶洞或溶洞大而空且覆蓋層不穩定的情況。樁基成孔過程中采用鋼護筒穿透覆蓋層及上部串珠狀溶洞后，跟進至穩定土層，從而起到樁孔孔壁防護的作用，并可防止因貫通溶槽的漏漿或樁基沖擊至溶洞位置時造成的塌孔。鋼護筒跟進法施工所需的工序和輔助設備較多、進度慢、成本高，但成孔和成樁質量穩定。

對于單層溶洞，在樁基施工前埋設外護筒，再用內護筒跟進。外護筒起到保護水頭壓力與樁基沖孔定位的作用，內護筒的內徑一般比設計樁徑大20-30cm。對于多層溶洞，采用多層鋼護筒跟進的方法進行施工，護筒直徑由下至上依次增大。每層施工時采用比護筒大一級的沖擊鉆成孔，逐層擊穿溶洞，每層沖進距離溶洞頂板1 米位置時，停止沖進，下放鋼護筒，在鋼護筒與泥漿護壁間注漿，待注漿強度滿足要求后再進行下一層施工。

3 溶洞處鉆孔樁施工常見事故及處理方法

根據工程經驗，溶洞處鉆孔灌注樁施工最適合選擇沖擊鉆[3]。在沖擊鉆孔施工的過程中，常會發生一些事故，因此我們需要熟悉處理措施并做好相關的預防。

3.1 斜孔

當溶洞底部存在軟硬不均的巖面傾斜時，或出現石筍等突出巖石時，沖擊鉆頭底部受力不勻，可能會出現沖錘偏斜的情況。在鉆孔過程中遇到軟硬不均的地層情況時，懸吊沖錘的鋼絲繩會向一側有規律的擺動，此時可向孔內較低的一邊拋填片石，然后用小沖程進行沖擊，直到鋼絲繩上下垂直，擺動幅度正常，就可以正常鉆進施工。

3.2 卡鉆

當溶洞頂板被鉆穿時，由于沖程過大，常發生卡鉆。如果發生卡鉆，不能強拉，可慢慢地活動鉆頭，松動后再緩緩提出；或用水下爆破將巖石破碎；也可用大鉆頭破掉石塊后提出。預防方法：在即將擊穿溶洞的時候，用小沖程進行鉆進。

3.3 埋鉆

埋鉆主要是由于孔壁塌陷造成的，尤其是當鉆頭鉆過溶洞頂板時，有可能會造成頂板塌陷，引起溶洞坍塌，從而引發埋鉆現象。埋鉆不易事先預防，主要是在施工過程中進行控制。可以采用的預防措施包括:保持孔內水壓穩定，防止孔壁塌陷；接近頂板鉆程時要降低鉆孔速度，并事先做好鉆機撤離準備。

3.4 漏漿

鉆孔過程中遇到無填充物的溶洞時，如施工控制不當，鉆穿溶腔頂板，極易發生漏漿。為預防鉆孔過程中發生嚴重漏漿現象，需要根據地質勘察資料，擬定詳細施工方案，并做好相應的準備工作。當沖擊鉆孔施工接近溶洞頂部約0.5m-1m時，應采用減小沖程，并加大泥漿比重，鉆孔過程中密切觀察孔內泥漿情況，一旦出現樁孔中泥漿液面急速下降，應立即提起鉆頭，往樁孔中回填片石和粘土混合物，再注入儲備泥漿，待泥漿液面穩定后方可繼續鉆孔施工。

3.5 塌孔

在溶洞區沖擊鉆孔出現嚴重漏漿情況時，如果溶洞頂是松散的砂性土覆蓋層時，極易引發孔壁及周邊土體塌落，甚至造成地面塌陷等嚴重后果。出現上述情況時，應采用粘土、片石回填基坑，待地面穩定后重新放樣開孔鉆進，重新沖擊時盡量采用小沖程。如樁位臨近道路或建筑，為防止地面道路及周邊塌陷，需要先注漿固砂。

4 結語

在橋梁建設過程中，樁基的安全穩定性對整個工程的影響極大，溶巖區溶洞災害是影響樁基質量的重要因素之一。通過對樁基處溶洞地質情況的詳細勘察分析，選擇合適的設計和施工方案，能夠有效避免在樁基鉆孔過程中出現埋鉆、漏漿和塌孔等施工事故，提升樁基成樁質量，保證樁基及橋梁整體的使用安全。