巖溶地區(qū)樁基溶洞處理技術研究

王東東

（中鐵二十一局集團有限公司，重慶 402160）

0 引言

巖溶地貌又被稱作喀斯特地貌，它是由于可溶性巖石長期受地下水的侵蝕而形成的一種特殊地貌。中國擁有960 萬平方公里的土地，其中不乏存在著許多特殊的地貌，而巖溶地貌占我國國土面積的1/3，是世界上喀斯特地貌分布面積最大的國家，其主要分布在碳酸鹽巖出露地區(qū)。由于巖溶地區(qū)長期被侵蝕而造成承載力不足，致使修建在巖溶地區(qū)上的建筑物及基礎易發(fā)生不均勻沉降、翻漿或管涌、崩塌等變形破壞。

由于長期受地下水的溶蝕，石灰?guī)r地區(qū)逐漸形成溶洞。由于溶洞本身具有隱蔽性，因此施工難度相當大，同時，任何施工中的錯誤都可能會導致泥漿滲漏、鉆井或井壁坍塌等事故，直接影響到項目的施工質量，故不能保證建筑物的安全與穩(wěn)定，并且由于施工場地的特殊性，建筑物的使用壽命也不能得到保證。因此，在巖溶地區(qū)樁基施工前，有必要深入施工現場，做好地質調查工作，掌握樁基施工過程中遇到的溶洞的大小、規(guī)律和形態(tài)。

近年來，在巖溶地區(qū)樁基溶洞處理方面的研究取得了很大成果。例如，結合工程實例，劉信才[1]分析了溶洞處理方案，其包括拋填法及鋼護筒跟進法，并總結經驗；針對橋梁樁基特殊溶洞處理技術存在的不足，徐海寧[2]提出處理技術和施工管理對策；賀鑫[3]介紹了橋梁樁基溶洞的處理方法，他主張針對溶巖地區(qū)地質的不同特點，選擇合適的處理方式，并提出想要保證工程施工質量，便要在質量、安全、工期三個方面著手；侯錫標[4]分析了在施工時不同類型的溶洞采用不同處理工法，以及工程實際過程中遇到的多發(fā)緊急事項的處理辦法，達到樁基施工既經濟又安全的目的。結合工程實際，陽樹良等[5]對巖溶地區(qū)進行鉆孔樁施工進行了探討和分析，得出了良好的結果，并根據地質資料和各種勘察數據，經過分析研究提出地下溶洞施工的注意事項；以多安大橋樁基施工為依托，胡擁軍[6]介紹了該施工過程中所遇溶洞時的技術處理方法，提出了溶洞處理的技術措施，得到了良好效果；李勇[7]以某特大橋樁基溶洞處理研究為背景，對溶洞的處理工作進行十分詳盡的研究和分析，為了防止了施工過程中出現崩塌、混凝土澆筑漿液流失等問題，其采取鉆成孔的方法；賴在不同地質類型、地表條件、溶洞大小形狀、地下水豐富程度等施工條件不同的情況下，咸根等[8]通過不同方案的總結，得出一套完整的處理方案；彭勇鋒[9]工程實例，通過不同的方法，即：分級注漿和分級下鋼護筒，順利對其進行處理，結果表明該處理辦法切實有效；Zheng[10]等以石灰?guī)r巖溶裂隙加固中的樁基工程為例，討論了巖溶地區(qū)樁基的加固原理，介紹了樁基加固的一些施工技術，在工程實踐中，提出了一套安全，經濟，合理的處理方案，以加固技術解決了巖溶樁基問題；通過對橋梁樁基特色溶洞進行有效的分析處理，梁忠周提出有效的解決措施，并在工程實例中的到驗證，證明了其可行性；向勁針對成樁后對樁基底部溶洞處理技術和施工工藝，向勁進行了詳細的介紹；吳程航等結合工程實例，對樁基溶洞成孔處理技術進行了詳細探究，提高了施工質量；陳富登結合工程實例，分析了巖溶地區(qū)施工中常見的問題及處理方法，并討論樁基施工方法；包東旭介紹了液注漿施工技術，其優(yōu)點在于施工迅速，這既能夠有效處理溶洞，又能保證成樁質量。

1 工程背景

1.1 工程概況

該施工場地特點是雖然大部分都是石灰?guī)r巖溶發(fā)育，但是沒有典型的地面巖溶現象，比如落水洞、暗河、孤峰等等，且由于受到各種因素的影響，石灰?guī)r中巖溶的發(fā)育程度不同。在鉆孔數據中現實，樁基遇串珠式溶洞的層數最多可達到4 層，累積最大高度是13.7m，而遇單層溶洞的數據是12.8m。無填充的溶洞最大高度是8.3m，相比最大無填充土洞高度的8.4m 少了0.1m。

1.2 樁基工程在巖溶地區(qū)的不利之處

橋梁樁基工程如果地處巖溶地區(qū)，溶洞會給工程的施工帶來很多不便，一般表現為：

在溶洞區(qū)域，樁基開挖就會形成塌孔。原理是當樁基或者鉆井施工到溶洞位置時，泥漿就會通過孔流失掉之后，液面下降會導致孔的內外壁的壓力不同，泥漿護壁在受力不均之下就會產生塌孔。

常見的鉆孔切斜也是由于溶洞導致。通常由于溶洞洞壁不同的分化程度，壁厚和硬度也不相同，當鉆孔至溶洞洞壁位置時，由于洞壁兩側鉆口位置的偏差，致使鉆孔發(fā)生傾斜。

溶洞會導致鉆機卡鉆。當選擇不合理的沖程時，就會產生一種很危險的情況，就是鉆頭會被卡在溶洞頂板的底部，這時，鉆孔正通過溶洞頂板。

樁基失效的一大原因也是溶洞造成的。在對溶洞進行填充時，比如填充的不夠緊密，就有可能會造成樁基的下降，嚴重了就會產生樁基失效的現象，還有的情況就是在在處理溶洞內的熔巖液體時有殘留，樁基也會被侵蝕從而影響承載力，時間長了也會造成失效。

綜上所述可以發(fā)現，在巖溶地區(qū)進行樁基施工，溶洞的存在會造成很大的施工障礙，所以必須處理好溶洞，才能保證樁基的質量，對于巖溶地區(qū)橋梁發(fā)展也有積極意義。

2 溶洞處理施工技術方案

2.1 小溶洞或裂縫

小溶洞和巖溶裂隙一般是指高度在1 米以下的溶洞，這樣的溶洞地質條件相對簡單，危害比較小，主要的危害是泥漿漏出，如果出現這種情況，一般用片石和粘土拋填，用沖錘使其進入樁孔周圍的溶洞間隙，從而起到防護作用。

2.2 中型溶洞

中型溶洞又叫一般型溶洞，指的是那些洞高在1m 和5m 之間的溶洞，包括全填充軟塑、可塑黏土溶洞，對于那些流塑溶洞，不管有沒有填充，只要大于1m 也屬于一般型溶洞，由于其溶洞的充填不足，當鉆頭對巖壁進行作業(yè)時，有可能造成上部土層的落渣情況，從而導致塌方，所以一般型溶洞安全高度不高。這種溶洞有一定的危險，其主要危害為漏水漏漿，也有可能塌孔。如發(fā)生漏水漏漿，就需要補水補漿，補水補漿的常用方法是拋填法，把填片石及黏土混合物利用沖錘向樁孔內進行拋填，使其能夠進入到樁孔周邊溶洞間隙中，這樣就起到了護壁的作用。這種方法可在再次出現漏水漏漿問題時進行重復使用。

2.3 大型溶洞

一般洞高超過5m 的溶洞都屬于大型溶洞，在溶洞樁基施工工程中存在的也比較廣泛，這種溶洞的危害是，不管是孔的尺寸還是深度在數值上都比較大，且分布不均勻，在處理的時候比較困難而且風險比較大，一般會在成樁后進行二次注漿處理，因為采用正常方法處理后不能保持其長期的使用效果。

2.4 溶洞處理方案的確定

由于巖溶地段樁基施工期間，在溶洞被擊穿后泥漿會快速流失，導致一定時間內孔中便會處于負壓狀態(tài)，在孔壁沒有泥漿壓力之后便可能導致孔壁塌陷或鉆機傾覆等現象。在樁基施工過程中，很多單位都采用十字形實心鉆頭沖擊鉆，根據施工期間的具體情況一般有以下幾種處理方法：

2.4.1 常規(guī)回填

常規(guī)回填是一種應用較為廣泛的溶洞處理方式，比較適合高度較低，并且發(fā)育面積不大、地質硬度不均勻、巖石具有斜面或探頭石等溶洞。這些溶洞都可以利用填片石或水泥等材料進行封堵，避免漏漿問題的出現，而且提高孔壁的穩(wěn)定性，提高樁基施工質量的同時控制其成本。

2.4.2 鋼護筒跟進

鋼護筒跟進的方法適用于高度在2m 以上同時沒有充填物的溶洞，也可以適用一些大型或多層的溶洞。鋼護筒跟進的方式安全性更高，應用質量也比較好，需要跟進到基巖中1m，直徑相較于設計樁高出30cm 左右，若覆蓋層高于30cm 則不能應用振動跟進，可以根據跟進的鋼護筒直徑進行鉆孔。

2.4.3 壓漿加固

壓漿加固適用于一些深層的溶洞，或者土巖界面土洞，表面溶洞不高于3m 的溶洞等。這種方法的加固消耗較高，溶洞封堵效果并不是很理想，最主要作用便是避免擊穿土洞或表層溶洞后泥漿帶來的安全隱患。

3 施工工藝及優(yōu)勢

3.1 施工工藝

樁基施工地點在巖溶地區(qū)時，施工的泥漿比重都會比較大，一般為1.5—1.6 之間，這是為了避免局部漏漿的情況發(fā)生；而且在進入灰?guī)r地段時，為了防止偏孔和卡錘的情況，進行進尺會選用小沖程。在進入溶洞之后的片石粘土回填過程中，可以多次沖擊夯實回填，這樣孔壁空隙才能被回填物擠滿，保證孔壁沖擊堅實，另外在回填物的選擇上，一般用大塊片石，這樣能有效地避免縮孔，成孔直徑應該比護筒外徑略大，差值一般為0.1—0.10m，應讓護筒穿過整個溶洞。

3.2 施工優(yōu)勢

對巖溶地區(qū)樁基的施工的各種辦法進行總結，改進了之前只針對單個溶洞進行單一處理的處理方式，結合工程實例，如魯南高速鐵路巖溶地段趙莊特大橋橋梁樁基施工中的溶洞處理問題，系統的統計并總結分析了整個項目場地的勘察的數據信息，其優(yōu)勢有：

（1）其施工整體能保證企業(yè)的經濟效益，對各種處理情況匯總成決策表格，加強了施工中與周邊重要構筑物的安全距離的分析。

（2）通過此總決策表格，在巖溶處理時，可以起到簡化決策和快速處理的作用，同時通過對方案決策的分類和統計，能夠事先預算出工程施工過程中產生的費用。

（3）合理的監(jiān)控和檢測能控制對周邊建筑的影響，其中包括樁基施工過程的監(jiān)控和成樁后質量的檢測，成樁質量也符合規(guī)范要求，取得了較好的實踐效果。

4 小結

巖溶地區(qū)地質情況復雜，溶洞發(fā)育情況多變，在勘察方案設計時應采用多種方法進行勘察，確定清楚樁端持力層巖溶的發(fā)育情況，防止因單一方法的局限性，造成建筑物基礎的隱患。

本工程通過對不同隱伏溶洞模式的溶洞處置技術的分析，對這個配套材料進行明確，在巖溶區(qū)隱伏溶洞施工的關鍵問題中，譬如溶洞探查、樁基施工質量控制、溶洞綜合處治等都組成了成套的技術，從技術上為巖溶區(qū)樁基工程施工質量控制提供了保障，對巖溶地區(qū)樁基工程的發(fā)展起到了極大的促進作用。