黄河河道非填充性溶洞桩基施工技术

黄河河道非填充性溶洞桩基施工技术

任展校

中铁一局集团第五工程有限公司，陕西 宝鸡  721000

岩溶地区的水中桩基在钻孔过程中遇到非填充性溶腔，溶洞处理方法或措施不合理就可能会出现塌孔、河床塌陷、施工平台变形、垮塌等安全隐患。某铁路黄河公铁桥2有个墩台位于黄河河道中，墩台钻孔桩基础位于岩溶发育地区，岩溶以非填充性溶洞、部分溶腔为填充性溶洞；在施工过程中出现漏浆、河床面塌陷、平台变形等异常情形，最终采用护筒跟进、注浆、回填片石等方式完成桩基上施工。

1．桩基设计情况

某铁路黄河公铁桥处于鲁西南地区，为黄河北冲积平原，属浅覆盖型岩溶区，上覆土层厚度薄，下伏基岩岩溶发育。覆盖层主要为粉砂层、细沙层及粉质黏土层、黏土层，覆盖层厚度 3.10～52.60m；下伏岩层主要为寒武～奥陶纪三山子组（ 4O1S）白云岩，岩溶中等-强发育。黄河河道内的2#、3#墩桩基为嵌岩桩、直径2.2m、桩长52m～74m；覆盖层采用旋挖钻机施工，下伏基岩采用冲击钻施工。

2、地质钻探异常情况

2#、3#桩基地质勘探分为前初步勘探以及钻孔施工平台搭设完成后的逐桩勘探，勘探方式采用地质钻探及管波探测相结合的勘察手段。根据钻探及物探资料显示，岩溶多以溶孔、溶隙、溶洞的形式存在，节理裂隙发育、极发育并溶蚀溶孔、溶蚀现象显著。2#墩位处溶洞非常发育，多根桩基位于溶洞位置，溶腔大小为0.4m~10.6m; 多个溶腔为无填充物的溶腔,2-10#桩基在地勘钻孔套管拔除过程中，出现河水沿地质探孔返灌入溶洞空腔，河床面下陷、平台变形。3#墩的两根桩基位于溶洞位置，溶腔大小为1.3m~7.9m， 3#-7桩位置处的溶洞形式为三层溶腔。

3、岩溶地区非填充性溶洞桩基的处理

现场按照在在岩溶地区钻孔过程中“不漏浆”或“出现漏浆不塌孔、河床不塌陷”的原则制定施工方案。在溶洞中钻孔过程可能会出现漏浆，尤其在钻孔进入非填充性溶腔区域时，钻孔内会出现瞬间失浆，砂层等稳定性不好地层的泥浆护壁失稳塌孔，最终导致河床面下陷坍塌、平台变形、埋钻等事故反生。对于本桥来说，由于桥址处河床粉砂、细沙层厚度在20~35米之间，自稳定性差，为保证钻孔过程中出现快速漏浆而不塌孔，现场采用长护筒穿过砂层跟进至粉质黏土层2~3米，对稳定性较差的砂层进行预防护；对于非填充性溶洞拟采取片石、黏土、注浆等方式对溶洞进行回填处理。同时根据地勘钻孔揭示出溶洞分布情况分析，2#墩岩溶分布情况较3#墩的复杂，按照“先易后难”的施工顺序进行桩基施工[1]。

4、3#墩岩溶桩基施工方法

根据3#墩揭示地质情况，先施工无溶洞的桩基、最后施工溶洞最复杂的3-7#、3-10#桩基。岩溶桩基施工采用“长护筒跟进至黏土层+回填溶腔”的方案进行桩基钻孔施工，溶腔内回填物采用优先选用回填片石、黏土、低标号混凝土[2]。

3-7#、3-10#桩基在填充性溶腔钻孔过程中，施工过程中出现少量漏浆，回填黏土基本解决。在钻孔至无填充物溶洞地层时，护筒内出现泥浆面迅速下降情况，现场采用片石、黏土回填溶洞，同时补水补浆，采用小冲程进行钻进并将回填物夯实。钻孔穿越无填充物的溶腔后，在钻孔内浇筑低标号混凝土至溶洞顶面，采用冲击钻二次成孔，在溶腔部位形成混凝土护壁后，避免下层溶洞施工时出现塌孔。

5、2#墩溶洞桩基施工探讨及实施

（1）方案研究

正常地质条件下施工环境下的桩基，护筒埋设深度只需重点考虑内外水头差以及河床冲刷深度，但针对河道中2#的施工条件、复杂的溶洞地质环境件、施工安全风险，钻孔方案制定要防范河床塌陷、平台垮塌等安全隐患出现。

方案一：长护筒跟进至溶腔底部，在进行桩基施工。采用本方案进行桩基施工安全风险小，但水中平台至溶腔底部距离最大深度79m,钢护筒采用16mm钢板、直径2.55m,每米护筒重量1005Kg, 每根桩基钢护护筒总量需要79.4t，加上打拔费用产生的费用较大。

方案二：按照3#墩“长护筒+回填溶腔”的方案进行2#墩桩基钻孔施工，增加补浆和补水设备。但考虑2#墩位置的岩溶较3#墩地段复杂，先进行地勘钻孔显示无溶腔的6#、7#桩基进行施工。

方案三：对非填充性溶洞注浆，将溶洞全部填充密室，然后进行桩基钻孔施工。采用本方案可以保证在钻孔过程水中平台安全，降低桩基施工安全风险，但注浆周期较长、注浆量大。

从经济上、施工周期上、安全上同时结合3#墩溶洞处理的经验，2#墩拟选用方案二“长护筒+回填溶腔”的方案，首先施工地勘显示无溶洞2-6#、2-7#桩基，在钻孔过程中两个钻孔内的泥浆出现大速率漏浆，河床面塌陷、护筒下沉等意外情形。

（2）方案比选

根据施工2-6#、2-7#桩基出现的意外情形及2-10#桩基在地勘钻孔出现状况来判断， 2#墩位置溶洞要比地质勘探显示出来的要复杂的多；经过召开专家咨询会认为：单纯采用片石、黏土等回填溶洞的方式施工2#墩桩基困难非常大，施工安全质量无法保证；需要再次对2#墩2-6#、2-7#以及相临桩基增加地勘钻孔；根据勘探结果显示整个2#墩承台位置的溶洞分布较为复杂，且各溶洞之间相互贯通，并且存在较多的溶腔、溶蚀、溶沟贯；建议采用“方案三”对溶洞注浆回填处理。

6、溶洞注浆

根据地质钻孔探明，2#墩位置溶洞已经延伸至承台外部同时溶洞高度逐渐增大。为保证注浆质量和减少注浆数量，按照由周边至中间、先深及浅的原则对承台影响范围内溶洞进行注浆。周边采用水玻璃双浆液注浆、隔离承台范围内与外之间的溶洞；承台范围内溶洞采用纯水泥浆注浆，实现溶洞、裂隙的密实充填及其土体固化稳定，保证桩基成孔；注浆时利用先前地质探孔作为排水孔和排气孔[3]。

在承台边布置周边注浆孔，注浆深度为溶洞底以下2m，注浆孔间距4.5m;承台内部注浆孔布置在两桩之间，位于地质勘探显示有溶腔的位置或靠近桩基护筒附近，所有钻孔统一编号，并用红油漆在平台面上标明孔位。由上游溶洞高度大的部位向下游溶洞高度小的地段进行注浆，注浆孔编号为施工顺序，施工时按已标明的孔号顺序施工。

注浆管采用壁厚3.7mm，直径Φ40mmPE管，注浆基岩孔口段压力取0.2～0.5MPa,孔底段压力取1.2～1.5MPa。注浆水灰比一般为1:1～0.8:1。水泥选用P.042.5复合硅酸盐水泥，双浆液水玻璃用量为水泥用量的20%，水玻璃模数2.4～3.4，浓度40Be。当注浆孔周围桩孔出现冒气泡和冒水，证明注浆效果明显，当初停止冒气泡、冒水时证明溶洞已经注满。或注浆孔吸浆量不大于0.4L/min，继续注浆60min即可结束注浆。

整个注浆过程，溶洞内空气及水均从护筒中地质探孔中排出，承台周边注浆孔注浆量较大，中间注浆孔注浆量明显减少，2#墩注浆量达到4290多方。注浆完成后按照正常水中桩基进行钻孔施工，过程中虽然偶尔发生小的漏浆，但不影响桩基施工。

7、结论

岩溶桩基处理方法多种多样，采用护筒跟进和注浆回填方式处理溶腔是最安全的处理方案，但施工成本较高。在现实施工中，岩溶地区桩基要做好“一桩一堪”，必要时增加孔外钻孔，详细探明溶洞分布、延伸情况以及相互贯通情况对施工方案选用有非常大的指导意义；施工方案选择时要根据施工环境、溶洞分布情况、安全风险、成本综合考虑，不论采取那种方式首先保证安全。

参考文献：

[1]陈刚, 张成良, 朱阳. 复杂岩溶区高速公路桥梁桩基勘察设计与施工技术[J]. 中国高新科技, 2023, (21): 111-113.
[2]唐发艳. 岩溶地质桩基施工中的溶洞处理技术探究[J]. 建筑技术开发, 2023, 50 (06): 151-154.
[3]刘义平. 复杂地质区域桩基施工方法浅析[J]. 砖瓦, 2023, (02): 145-147.