巖溶地區(qū)樁基溶洞處理技術(shù)研究

王東東

（中鐵二十一局集團(tuán)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(chǔ)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(dāng)大，同時(shí)，任何施工中的錯(cuò)誤都可能會導(dǎo)致泥漿滲漏、鉆井或井壁坍塌等事故，直接影響到項(xiàng)目的施工質(zhì)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(xiàn)場，做好地質(zhì)調(diào)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(jié)合工程實(shí)例，劉信才[1]分析了溶洞處理方案，其包括拋填法及鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)；針對橋梁樁基特殊溶洞處理技術(shù)存在的不足，徐海寧[2]提出處理技術(shù)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(zhì)的不同特點(diǎn)，選擇合適的處理方式，并提出想要保證工程施工質(zhì)量，便要在質(zhì)量、安全、工期三個(gè)方面著手；侯錫標(biāo)[4]分析了在施工時(shí)不同類型的溶洞采用不同處理工法，以及工程實(shí)際過程中遇到的多發(fā)緊急事項(xiàng)的處理辦法，達(dá)到樁基施工既經(jīng)濟(jì)又安全的目的。結(jié)合工程實(shí)際，陽樹良等[5]對巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆孔樁施工進(jìn)行了探討和分析，得出了良好的結(jié)果，并根據(jù)地質(zhì)資料和各種勘察數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析研究提出地下溶洞施工的注意事項(xiàng)；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(shí)的技術(shù)處理方法，提出了溶洞處理的技術(shù)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(jìn)行十分詳盡的研究和分析，為了防止了施工過程中出現(xiàn)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(zhì)類型、地表?xiàng)l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(jié)，得出一套完整的處理方案；彭勇鋒[9]工程實(shí)例，通過不同的方法，即：分級注漿和分級下鋼護(hù)筒，順利對其進(jìn)行處理，結(jié)果表明該處理辦法切實(shí)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(shù)，在工程實(shí)踐中，提出了一套安全，經(jīng)濟(jì)，合理的處理方案，以加固技術(shù)解決了巖溶樁基問題；通過對橋梁樁基特色溶洞進(jìn)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(shí)例中的到驗(yàn)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(shù)和施工工藝，向勁進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；吳程航等結(jié)合工程實(shí)例，對樁基溶洞成孔處理技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探究，提高了施工質(zhì)量；陳富登結(jié)合工程實(shí)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(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于施工迅速，這既能夠有效處理溶洞，又能保證成樁質(zhì)量。

1 工程背景

1.1 工程概況

該施工場地特點(diǎn)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(xiàn)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(shù)據(jù)中現(xiàn)實(shí)，樁基遇串珠式溶洞的層數(shù)最多可達(dá)到4 層，累積最大高度是13.7m，而遇單層溶洞的數(shù)據(jù)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(xiàn)為：

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

常見的鉆孔切斜也是由于溶洞導(dǎo)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(dāng)鉆孔至溶洞洞壁位置時(shí)，由于洞壁兩側(cè)鉆口位置的偏差，致使鉆孔發(fā)生傾斜。

溶洞會導(dǎo)致鉆機(jī)卡鉆。當(dāng)選擇不合理的沖程時(shí)，就會產(chǎn)生一種很危險(xiǎn)的情況，就是鉆頭會被卡在溶洞頂板的底部，這時(shí)，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(jìn)行填充時(shí)，比如填充的不夠緊密，就有可能會造成樁基的下降，嚴(yán)重了就會產(chǎn)生樁基失效的現(xiàn)象，還有的情況就是在在處理溶洞內(nèi)的熔巖液體時(shí)有殘留，樁基也會被侵蝕從而影響承載力，時(shí)間長了也會造成失效。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，在巖溶地區(qū)進(jìn)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(zhì)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(shù)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(zhì)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(xiàn)這種情況，一般用片石和粘土拋填，用沖錘使其進(jìn)入樁孔周圍的溶洞間隙，從而起到防護(hù)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(dāng)鉆頭對巖壁進(jìn)行作業(yè)時(shí)，有可能造成上部土層的落渣情況，從而導(dǎo)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(xiǎn)，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(bǔ)水補(bǔ)漿，補(bǔ)水補(bǔ)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(nèi)進(jìn)行拋填，使其能夠進(jìn)入到樁孔周邊溶洞間隙中，這樣就起到了護(hù)壁的作用。這種方法可在再次出現(xiàn)漏水漏漿問題時(shí)進(jìn)行重復(fù)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(shù)值上都比較大，且分布不均勻，在處理的時(shí)候比較困難而且風(fēng)險(xiǎn)比較大，一般會在成樁后進(jìn)行二次注漿處理，因?yàn)椴捎谜７椒ㄌ幚砗蟛荒鼙３制溟L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(dǎo)致一定時(shí)間內(nèi)孔中便會處于負(fù)壓狀態(tài)，在孔壁沒有泥漿壓力之后便可能導(dǎo)致孔壁塌陷或鉆機(jī)傾覆等現(xiàn)象。在樁基施工過程中，很多單位都采用十字形實(shí)心鉆頭沖擊鉆，根據(jù)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(yīng)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(zhì)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(jìn)行封堵，避免漏漿問題的出現(xiàn)，而且提高孔壁的穩(wěn)定性，提高樁基施工質(zhì)量的同時(shí)控制其成本。

2.4.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)

鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法適用于高度在2m 以上同時(shí)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(hù)筒跟進(jìn)的方式安全性更高，應(yīng)用質(zhì)量也比較好，需要跟進(jìn)到基巖中1m，直徑相較于設(shè)計(jì)樁高出30cm 左右，若覆蓋層高于30cm 則不能應(yīng)用振動跟進(jìn)，可以根據(jù)跟進(jìn)的鋼護(hù)筒直徑進(jìn)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(diǎn)在巖溶地區(qū)時(shí)，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(jìn)入灰?guī)r地段時(shí)，為了防止偏孔和卡錘的情況，進(jìn)行進(jìn)尺會選用小沖程。在進(jìn)入溶洞之后的片石粘土回填過程中，可以多次沖擊夯實(shí)回填，這樣孔壁空隙才能被回填物擠滿，保證孔壁沖擊堅(jiān)實(shí)，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(yīng)該比護(hù)筒外徑略大，差值一般為0.1—0.10m，應(yīng)讓護(hù)筒穿過整個(gè)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(jìn)行總結(jié)，改進(jìn)了之前只針對單個(gè)溶洞進(jìn)行單一處理的處理方式，結(jié)合工程實(shí)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(tǒng)的統(tǒng)計(jì)并總結(jié)分析了整個(gè)項(xiàng)目場地的勘察的數(shù)據(jù)信息，其優(yōu)勢有：

（1）其施工整體能保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對各種處理情況匯總成決策表格，加強(qiáng)了施工中與周邊重要構(gòu)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(shí)，可以起到簡化決策和快速處理的作用，同時(shí)通過對方案決策的分類和統(tǒng)計(jì)，能夠事先預(yù)算出工程施工過程中產(chǎn)生的費(fèi)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(zhì)量的檢測，成樁質(zhì)量也符合規(guī)范要求，取得了較好的實(shí)踐效果。

4 小結(jié)

巖溶地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，溶洞發(fā)育情況多變，在勘察方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用多種方法進(jìn)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(chǔ)的隱患。

本工程通過對不同隱伏溶洞模式的溶洞處置技術(shù)的分析，對這個(gè)配套材料進(jìn)行明確，在巖溶區(qū)隱伏溶洞施工的關(guān)鍵問題中，譬如溶洞探查、樁基施工質(zhì)量控制、溶洞綜合處治等都組成了成套的技術(shù)，從技術(shù)上為巖溶區(qū)樁基工程施工質(zhì)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(jìn)作用。