岩溶地区桩基常用施工方法及事故处理

李涌

【摘 要】我国是世界上喀斯特分布面积最大的国家，几乎所有的省区都有喀斯特的分布，但多分布于广西、云南、贵州等省区。在岩溶地区进行桥梁桩基施工经常能遇到溶洞、斜岩及半边岩等不良地质。结合贵广铁路东家山特大桥岩溶桩基处理为例介绍分析岩溶桩基施工过程中针对各种不良地质而分别采取的施工及事故处理方法。

【关键词】岩溶 桩基 施工方法 事故处理

我国是世界上喀斯特分布面积最大的国家，几乎所有的省区都有喀斯特的分布，但多分布于广西、云南、贵州等省区。在喀斯特地区进行桥梁桩基施工遇到溶洞、斜岩及半边岩等不良地质若处理不好极易造成塌陷、卡锤、埋锤、漏浆等事故发生，即增加成本又影响进度。本文以贵广铁路东家山特大桥岩溶桩基处理为例介绍分析岩溶桩基施工过程中针对各种不良地质而分别采取的施工及事故处理方法。

1 工程概况

贵广铁路东家山双线特大桥起讫里程为DK415+650.080～DK419+233.844，长3583.425m，下部结构为φ1.25m钻孔桩基础、φ1.5m钻孔桩基础及明挖基础。地表上覆第四系全新统人工填筑土，冲洪积之粉质黏土、粉砂、粗砂、细圆砾土、粗圆砾土；下伏基岩为石炭系下统鹿寨组之页岩、炭质页岩、白云质灰岩、泥质灰岩、灰岩，地下岩溶发育。

2 施工前的准备

只有掌握桥区桩位所遇溶洞的基本形态、大小、岩层上覆盖物性质及厚度、溶穴顶板岩层厚度、洞内充填物特性等，才能采取稳妥的措施，保证施工的顺利进行。因此在施工前，要仔细研究地质勘探资料等设计资料，并结合现场实际情况，决定钻孔顺序。决定钻孔顺序的原则是：根据岩溶裂隙的走向，溶洞的大小、多少、岩面的高低等地质条件逐步进行，一般可按由深到浅、由多到少、由大到小的原则安排，有利于及时封闭溶洞，隔断通道。

3 溶岩地区桩基施工常用的处理方法

根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，对溶洞采用不同的處理方法，主要处理方法有：抛填法、注浆固结法、灌注混凝土填充法、钢护筒法等。斜岩及半边岩的处理方法有混凝土固结法、水下爆破法等。

3.1 钻孔过程中溶洞的处理

（1）本桥18#-25#墩位地勘显示为溶洞发育地段，溶洞范围广、地质复杂，因此先进行预注浆处理，利用水泥浆的流动性，填充溶洞和裂隙。注浆压力0.1～0.2Mpa，直到顶部返浆。

（2）对于高度小于1m的小型溶洞，往桩孔中抛填片石、粘土，先用小冲程冲击桩孔，使溶洞范围形成护壁后，再继续钻进施工。

（3）溶洞的高度在1.0～3.0m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先向抛填片（碎）石、砂混合物和注水泥浆，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁，水泥砂浆将片石空隙初步堵塞后，停止冲击，24小时后，待水泥的强度达到2.5Mpa后，再继续冲击，穿过溶洞。

（4）溶洞的厚度在1.0～3.0m之间，且为空洞的，先利用超前钻孔向孔内灌注混凝土干料，填满溶洞，在固结体达到一定强度后（2.5Mpa）即可进行冲孔施工。混凝土干料将采用425#普通硅酸盐水泥拌制，如溶洞空间容积大、导水性强，则在混凝土干料中添加一定量水玻璃。

（5）溶洞高在3.0

（6）溶洞高大于5.0m（多层），且溶洞间距较大时，采用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。护筒长度L=h+2m（h为多层溶洞高）内护筒内径应比设计桩径大20cm左右，外径应小于外护筒内径5cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护筒外径比上层内护筒内径小3～5cm。

3.2 溶洞桩基础施工注意事项

（1）桩基精确放样后，依据地勘资料及现场探查岩层面以上覆盖层的性质及厚度，若岩层面以上有砂层、圆砾土层及淤泥等软弱层存在，且存在无填充物的空溶腔时，必须将钢护筒沉至岩面，防止钻进至溶腔时突然失水造成软弱层的垮塌。

（2）掌握钻进标高或冲击声判断，快到溶洞项板2m距离位置时应低锤轻冲击、慢冲击。钻进离溶洞顶50cm左右时，应控制钻机的冲程在1m以内，慢慢将溶洞顶板击穿，减少溶洞大面积跨塌造成埋锤。

（3）空洞或半填充溶洞，在击穿溶洞顶前后，要观察护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水，然后回填粘土和片石，直到泥浆面不再下降，然后用冲锤挤压，反复回填粘土和片石，直到把桩身周围的溶洞都填满堵死。有空洞的桩，一定要控制冲程，以免钻头突然进入空洞，造成钢丝绳断裂或钻机前倾。

（4）若溶洞内充填物为淤泥，也应回填粘土和片石，反复冲砸，加固护壁，防止孔壁坍塌。

3.3 斜面岩及半边岩的处理

斜岩面一般出现在粘土、全风化和弱风化的交接层，东家山特大桥地段土层与岩层交界处，岩层起伏度很大，加上岩石为弱风化石灰岩，很坚硬。使得打桩时在入岩处，重锤会强烈摆动，经常性的造成卡钻、偏孔。这就是我们常说的斜岩，一般来说斜岩处理有以下几种方法：

（1）直接钻进：采用小冲程冲击，一次重锤抬高一米内，适用于斜岩高低处相差不大的地层。在此过程中应经常检查有无偏孔迹象，保证在规范允许误差范围内，超出后要及时回填片石修正。优点是桩基可以一直正常工作，零成本；缺点是有偏孔的危险，必须经常检查。

（2）回填片石：一般来说一次回填起来1m到1.5m，再冲击，将片石打至与岩石一样高度后，慢慢削平岩石层至同一高度，再往下钻进。回填片石次数根据实际情况而定。优点是不影响桩机正常工作，成本小；缺点是每次回填效果不明显。详见图1：斜岩片石回填示意图。

（3）浇筑水下混凝土：将混凝土与岩层连接在一起，等于是人工修平斜岩面。当反复充填片石后仍出现偏孔等现象就要考虑采用浇筑水下混凝土的方法，下放导管至斜岩面，浇筑C30水下混凝土并高出斜岩面1米。待混凝土强度达到要求的30Mpa时正常钻进。

（4）水下爆破：当斜岩面走向的坡度过大时回填的片石或混凝土在锤头的重力下会沿着斜坡的走向滑入泥层，每天频繁的回填片石但效果不佳，浇筑水下混凝土等待强度时间过长且混凝土与岩面结合处仍然会形成滑动面。因此必须考虑水下爆破的方法：水下爆破就是采用地质钻机在斜岩位置钻一深孔，孔的位置要选在靠近斜岩面的最高位置处，钻孔深度一般取2～3米，钻孔前先下一根外径11厘米的套管，套管壁厚为6毫米，套管长度为护筒顶至桩底的高度，套管底应按装一个底座紧贴岩层以防止桩内的泥浆或杂质流入孔内，详见图2：套筒安装示意图。当套管按装完毕后在放置钻孔机械，直径9厘米的钻杆从套筒慢慢放至岩层在钻进。钻孔完毕后应立即拔出钻杆，在从套管向下装炸药，8～12管炸药两两一绑相连做成炸药包，炸药包下端放一根0.2米长Ф20钢筋以配重。上端用木杆把炸药包一直推入孔底，爆破采用起爆器引爆。这种方法由于套管在爆破前不能拔出，所以套管底节最好选择0.5～1米长以控制爆破对套管的最小损失，详见图3：装药示意图。东家山特大桥的18#、19#墩的爆破效果是明显的，每次2～3米孔深的爆破都可以使桩基顺利钻进1.5～2.5米，这种方法优点是可以一次性解决斜坡岩的问题，缺点是爆破会损坏套管要造成经济损失，且机械按拆频繁。

4 事故的防止与处理

4.1 漏浆的成因及处理

在冲击成孔中，由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通，泥浆迅速流走，或是遇到空腔溶洞击穿顶板后水头高度急剧下降，造成漏浆。在溶洞桩基施工中，要在孔边备足一定数量的片石和粘土，一旦出现漏浆，要及时回填片石粘土冲击造壁，并且马上补水，防止水头高度继续下降。若在打桩过程中发生快速漏浆时，应及时补浆，补浓浆，条件容许的话，向桩孔内回填黄土，也可往泥浆中加入木屑或稻壳等尽量将泥浆调浓，提高泥浆稠度。

若在打桩过程中发生慢速渗浆时，泥浆调浓也无法阻止漏浆时，可向桩孔内抛填水泥，用锤子上下搅动；若渗浆处在孔底部分，割小口，用锤将水泥砸到孔底，待水泥硬化四小时以上时候，再进行施工。

4.2 卡钻的原因和处理方法

（1）冲击钻刃脚磨钝、孔径变小，造成卡钻。应经常对冲击钻进行焊接补刃。

（2）钻头在冲击回填的片石时，有石块将钻头和孔壁的空隙挤住，钻头不能上下。可放小炮震活钻头，也可用小冲击钻冲动，或用冲吸的方法将卡在钻头的石碴松动再提出。

（3）钻头冲破溶洞顶板，掉入溶洞，钻头倾斜，提不出来，应放小炮炸顶板岩。一般用药量为400g左右，一次不行可反复几次。

（4）卡钻时不宜强提，免得拉坏机械，拉断钢丝绳，掉钻头。

4.3 坍孔

溶洞上部覆盖层为砂砾、淤泥或卵石层等软弱层。当冲击到溶洞后，突然漏浆造成水头高度急剧下降，软弱层失去稳定，形成漏斗状的坍孔。

4.3.1 预防坍孔的方法

（1）在地下水可以控制的情况下，可考虑人工挖桩砼护壁，穿过软弱层座落在岩层上在进行钻孔桩施工，这种方法预防坍孔比较有效。东家山特大橋45-47#墩桩基施工采用了此办法，即使溶洞漏水很厉害，在回填片石粘土反复冲击反复漏水的情况下，仍未出现坍孔现象。

（2）也可采用10mm 厚钢护筒穿过软弱层座落在岩层上，再继续冲击成孔，也可避免坍孔。

4.3.2 坍孔的处理方法

全孔回填粘土，并暂停一段时间后，再深埋钢护筒至岩层，护筒周围回填粘土，挤实，再重新钻孔。

4.3.3 坍孔埋钻

埋钻的原因是坍孔造成的。施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外，如果未及时提钻，漏浆后坍孔，钻头便被埋在孔中。处理方法有如下几种：

（1）钢护筒跟进人工挖孔法。桩孔进尺较短，地下水易于控制，没有大的承压力，人可以下到桩孔中去挖坍落的泥石，护筒及时跟进。一直挖到钻头的位置，护筒也跟进到钻头位置。

（2）真空吸渣法。将导管置于坍孔的底部，用9m3空压机通过钢管压入空气吸出沉渣。

5 结语

虽然在岩溶地区进行桥梁桩基施工是比较困难的，但经过不断总结经验，东家山特大桥近500根岩溶桩基顺利施工完毕，通过本桥的实践，我们认为：岩溶地区桩基施工时，应首先做好超前钻孔，查明地质情况，其次各种物资材料如钢护筒、片石、粘土等要备料充足，最后要根据不同地质条件灵活运用各种处理方法，最终一定能顺利达成我们施工的期望。希望本文能对类似的工程施工提供参考和帮助。