多溶洞地區橋梁樁基施工技術

楊勝文 項 逍 張 平 王 磊 張戰彪

(1.中國一冶集團有限公司湖北分公司，湖北 武漢 430080; 2.武漢理工大學交通學院，湖北 武漢 430063； 3.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010)

0 引言

橋梁樁基礎是最常見的一種深基礎，它能適應各種地質條件，克服淺層土質不良以及滿足建筑物對地基承載力及抗傾覆穩定性等方面的要求，樁基礎因其顯著的優勢在巖溶地區被廣泛采用。由于巖溶地段樁基施工的復雜度和困難度較高，給鉆孔和注漿帶來一系列的難題，在施工過程中極易發生偏孔漏漿、鉆孔偏斜、卡錘掉鉆、鋼筋籠被卡住等問題。在多溶洞地質樁基施工中，認識不同巖溶作用的特點，充分發揮有利因素，對不利因素進行限制，對公路橋梁建筑施工安全是非常重要的。

多溶洞地區橋梁樁基施工技術在國內有著豐富的施工經驗。張慶[1]對巖溶地區樁基施工中常見的問題進行了介紹，并對這些施工問題給出了解決方法。石振明、沈丹祎等[2]以吉安永和大橋樁基施工為例，總結了溶洞對樁基的影響，結合工程實際建設要求，采用“鋼護筒跟進+片石、黃泥回填”的方案進行技術處理，取得了良好的效果，確保了成樁的質量。叢偉[3]介紹了溶洞樁基施工中的溶洞造壁技術、鋼護筒跟進施工技術和密閉壓漿施工技術，并給出了橋梁樁基施工中常見故障處理手段。王林山[4]結合廣樂高速公路坪石至樟市段地處粵北山區段橋梁樁基施工，依據溶洞處理方法和原則，介紹了大型溶洞分類處理方案。歐陽柱,潘殿琦等[5]結合深圳巖溶地區樁基施工技術難題，針對性地提出了解決土洞、溶洞復雜地層鉆孔灌注樁施工技術方案。采用片石黏土回填、注漿或素混凝土回填技術，解決了溶洞復雜地層灌注樁施工難題，取得了較好的效果。

綜上所述，樁基溶洞施工難題解決方法都是相似的，不同的地段適用不同的施工方法，但是大多數研究者并沒有給出各個施工方案的適用性以及優缺點，本文通過介紹不同地質條件下樁基溶洞處理技術，并給出各個施工方案的局限性及適用情況，方便施工人員根據現場實際情況快速選擇施工方案。通過分析溶洞施工常見難題及其發生原因，論述了針對這些工程問題的解決方案。

1 多溶洞樁基地區施工方案及其局限性

1.1 拋填片石處理法

拋填處理方法適用于填筑小規模的溶洞，并且具有施工快捷、簡單、經濟等優點。拋填片石法就是在發現護筒內的泥漿出現流失時，在溶洞用拋填材料進行回填，一般可采用片石、黏土、磚塊等，采用鉆頭沖擊將它們緊密的擠入溶洞中，直到回填材料接近溶洞頂部。填充后用鉆頭進行慢速沖擊，保證泥漿能充分擠入溶洞縫隙內，使溶洞內部形成泥漿護壁。在施工過程中，一旦發現泥漿面下降需再次進行回填和沖擊，直至溶洞不再出現漏漿現象。

局限性：拋填片石法適用于較小溶洞，當溶洞面積較大，深度較深時。一方面拋填材料不容易運輸至溶洞內部，拋填難度較大，施工周期較長。另一方面由于填充物處于松散狀態，施工質量難以控制，施工人員安全風險較大。對于一些面積較大的溶洞，應采用鋼護筒跟進施工法，防止在施工過程中出現泥漿流失現象，保證孔壁不會坍塌。

1.2 灌注砂漿法

溶洞層數較多，為避免漏漿引起溶洞塌方，常采用灌注砂漿法填充溶洞空間，使其凝固成堅實的固結體，在壓注24 h后進行鉆進，可有效防止漏漿、塌孔。

壓漿材料采用普通硅酸鹽水泥，為了避免灌注時砂漿堵塞管道，灌注的砂要選擇潔凈的中粗砂。在注漿前鉆進4個孔，其中一個中心孔用來壓漿，另外三個樁周孔用來排水以及檢查砂漿高度。在注漿的過程中，中心孔灌砂、注漿輪流進行。灌砂過程要分為幾次，將砂注入溶洞高度約為4 m～5 m時，停止灌砂，然后開始灌注水泥漿。在灌注時注漿管插入砂中一定深度，以免砂和水泥漿灌注不均勻。在灌注完成后用清水沖洗注漿管，避免水泥漿凝結在管壁上。等到溶洞內水泥漿凝固后，反復進行灌砂、壓漿操作直至灌滿溶洞。

局限性：若溶洞空間較大，混凝土使用量較多，施工成本較高。在灌注砂漿時，一部分溶洞有向周邊及下邊發育的跡象，并且溶腔內部裂隙較多，在灌注砂漿時，混凝土可能會隨著裂隙流向地下暗河，混凝土會隨著大量流失，導致施工成本過高。

1.3 旋噴帷幕法

旋噴帷幕法主要針對高度大于8 m的溶洞，適用于樁周附近易塌土層預加固處理。采用單管水泥砂漿注漿。在旋噴樁位放樣后，采用優質泥漿護壁鉆進。成孔后，拔出巖芯管，換上帶有特制噴嘴的噴管插入指定深度。按照設計參數配備好水泥砂漿后，利用高壓脈沖泵從噴嘴噴出水泥漿液破壞溶洞周圍土體，同時將噴桿旋轉、提升，將漿液與溶洞四周崩落的土混合。等到它們凝固后，便形成圓柱狀固結體。通過旋噴樁的相互咬合搭接，使之搭接成閉合的帷幕，起到阻截地下水和支護溶洞的作用。

局限性：旋噴帷幕法施工過程較復雜，對設備的要求較高。調配的泥漿稠度要合適，稠度過大容易堵塞管道，稠度過低噴射效果不好。在現場要設有專業人員經常測試水泥泥漿比重，噴漿作業中，還需要及時了解地層情況，施工人員適當調整水泥漿和水灰比來調整漿液性能，保持漿液的可噴性。施工過程還需要經常檢查、記錄注漿壓力、注漿深度、漿液流量及噴機轉速。

1.4 鋼護筒跟進施工法

對于較大型溶洞，且洞內無填充物或有少量填充物，漏水情況比較嚴重，采用其他方法仍無法形成泥石護壁，一旦處理不當將會出現泥漿迅速流失現象，嚴重時甚至可能出現斷樁風險。面對這種情況，可采用鋼護筒跟進施工法。該方法是在鉆孔時將鋼護筒跟進下放至溶洞底部巖層，可隔絕溶洞內流塑狀填充物或水的活動，有效防止溶洞頂板大量漏漿使地面層塌陷，防止塌孔風險。

在施工過程中，施工人員先通過振動打樁錘將孔壁打壓嚴實，在沖擊過程中要隨時掌握孔內地層情況，并且勻速、輕緩的提升沖錘，以免護壁失穩坍塌。之后提起鉆頭，將鋼護筒吊起，并將其插入外鋼護筒內，緩慢下放至巖面，在接近溶洞時，向其中拋入填充片石，若鋼護筒出現下沉困難的情況，可輕緩振動輔助其下沉。對外護筒進行固定后，開始對頂板進行沖鉆，反復提升沖錘。當沖錘感受不到明顯障礙物時，說明溶洞內已經成功成孔。在此過程中要不斷拋填片石及黏土塊，對回填的片石進行反復沖砸，并隨時注意孔內情況，及時補充泥漿至孔內。通過對回填材料反復沖砸，使孔樁旁邊形成護壁，然后將內鋼護筒放入其中。

局限性：鋼護筒在施工過程中要嚴格遵守工藝流程，在鉆孔和下放鋼護筒時要確保其垂直度滿足要求，避免出現傾斜現象。施工結束后，由于鋼護筒難以回收造成其成本較高。鋼護筒施工法適用于大型溶洞或者地層有深厚淤泥質等復雜土層。

2 溶洞樁基施工常見問題

2.1 漏漿、塌孔

漏漿問題是溶洞樁基施工中重點監視的問題，由于巖溶地段地層中有很多結構復雜的縫隙、空洞、溝壑等，并且在鉆孔施工時溶洞內未填充密實，在灌漿的過程中泥漿會流失，造成漏漿，嚴重時孔內液面會快速降低，孔內外產生巨大的壓力差而塌孔。

塌孔多由漏漿產生，也有可能由于施工操作不當，比如在提鉆頭或者下放鋼筋籠時觸碰破孔壁，或者是護筒附近放置太多重物造成塌孔。塌孔主要分為孔內塌孔和孔口塌孔兩種，一般孔內塌孔更難處理。塌孔問題影響較嚴重，甚至可能造成樁孔報廢，因此及時發現并能有效解決塌孔問題在巖溶地段樁基施工中是非常重要的。

2.2 偏孔

偏孔是指在成孔施工過程中，樁孔出現傾斜，其傾斜程度不符合施工和規范要求。偏孔產生的主要原因是巖層風化程度不均或者樁孔內部底層巖石軟硬不均，當沖錘沖到此處時，鉆桿突然偏向一側。此外，鉆孔過程中，樁基平臺由于支撐不好、機器被移動以及出現儀器故障等原因也會導致偏孔現象。

2.3 卡鉆、掉鉆、埋鉆

當鉆孔施工時因為操作不當、孔壁不規則或者機器故障會經常導致卡鉆、掉鉆、埋鉆等事故的發生。事故發生的主要原因有卡鉆時強行提升，導致鉆桿或者鋼絲繩發生斷裂；在黏土層中黏土添加過多導致埋鉆；鋼絲繩。轉向環等儀器老舊或者損壞，沒有及時更換；鉆孔前地質探查不明，鋼護筒沒有跟進到足夠深度位置。卡鉆和掉鉆如果沒有處理被埋沒，就會造成埋鉆。從以上因素可以看出，導致卡鉆、掉鉆、埋鉆事故的主要原因有機器設備故障和人為操作不當。

2.4 鋼筋籠被卡住

在鉆孔完成后吊放鋼筋籠被卡住，說明鉆孔是彎曲的或“蛇形孔”。彎孔或蛇形孔出現的原因主要是由于鉆進速度過快，鉆頭在鉆進過程中避開堅硬的巖層，沿著松軟的土層鉆進導致的。

3 溶洞樁基施工事故處理方法

3.1 漏漿、塌孔處理

在巖溶地區的樁基施工，施工前期要做好防護工作，施工后期要做好補救措施。在施工中要準備好足量的片石、黏土和水，以便出現漏漿現象時能及時補救。針對施工過程中出現的塌孔現象，為了保護鉆機，施工之前在鉆機底部墊上鋼板，擴大承重面積，防止鉆機因土層塌陷而損壞，保證現場施工人員的人身安全。

3.2 偏孔處理

針對偏孔問題，在施工過程中可采用片石和黏土進行回填，這是最方便也是最經濟的處理措施。回填片石要回填至偏孔2 m以上位置，用鉆頭將片石沖砸密實，施工人員要隨時注意鉆頭是否保持水平，一旦出現偏孔，馬上糾正。若在施工過程中出現較堅固的探頭石，采用回填片石方法仍然處理不好時，可以采用高標號混凝土回填，待混凝土強度滿足要求后繼續鉆孔。

3.3 卡鉆、掉鉆、埋鉆處理

現場人員要經常檢查鉆桿、鋼絲繩和聯結裝置。對有損壞的設備及時更換。在鉆頭上裝備保險繩方便掉錘后的打撈。面對卡鉆的情況開始要輕提鉆頭，如果提拉不上鉆頭，可采用沖擊的方法使鉆頭周圍的土石松軟后再提出。在拋填片石黏土時，要對泥漿稠度和鉆頭進尺深度進行檢查。若發現已糊鉆，應立即改用小沖程緩慢施工，并回填部分砂和礫石以降低泥漿稠度。

3.4 鋼筋籠被卡住處理

鉆孔驗收合格后才能下放鋼筋籠，如果吊放鋼筋籠被卡住，立即停止下放，避免鋼筋籠被卡死，先嘗試能否將鋼筋籠提上來，提上來后就重新下鉆掃孔，并檢測鉆孔垂直度。如鋼筋籠提不上來也放不下去，此時應下放兩個吊鉤用起重機提升鋼筋籠，提升完成后對該孔位再次驗收合格后才可重新下放鋼筋籠。

4 結語

多溶洞地區橋梁樁基施工是橋梁施工中的難點，本文介紹了4種常見的溶洞樁基施工技術，并論述了各個施工方法的適用情況、優點、技術難點以及缺點，討論了各個方法的適用情況。多溶洞地段地質條件復雜，樁基處理一旦處理不當容易造成大的安全事故。面對這些施工難題，針對性的提出解決漏漿、塌孔、偏孔、掉鉆和鋼筋籠被卡住等問題的方法，為類似溶洞處理提供了參考依據。