CN110230309B - 岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，包括以下步骤：冲孔和溶洞处理，重复执行冲孔和溶洞处理，直到最后成孔；溶洞处理具体包括鉴别类型和处理方法步骤，其中鉴别类型是在开始钻孔前、在钻进过程中以及在灌注过程中，根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型；其中处理方法包括施工前的预处理，钻孔中的处理和砼灌注过程中的处理。本发明对不同溶洞，采用不同处理方法，使溶洞桩基施工更加安全有效；达到加快成孔进度，保证成桩质量，节约施工成本的目的。

Description

岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法

技术领域

本发明涉及岩溶发育地区桥梁桩基施工技术领域，尤其涉及一种岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法。

背景技术

位于喀斯特地貌区的桥梁桩基施工，容易发生卡钻、斜钻、塌孔、地面塌陷等安全事故。本申请以武汉市南四环线第1标段桥梁桩基施工为背景，根据地质勘测资料揭示的溶洞高度、溶洞层数、埋深、顶板岩层厚度等资料，结合现场实际溶洞处理效果，简要阐述不同岩溶地质发育形态下的桩基溶洞处理方法。

武汉市南四环线第1标段主要由龚家铺互通立交桥和工业一路至京广铁路高架桥两大部分组成，主线全长5.129km。本项目发现的单个溶洞高度一般在0.2m～5m之间，少量达5m～34.5m。单桩溶洞总高度一般在1m～15m之间，少量达15m～37.4m，最大单桩溶洞高度为69.7m。

发明内容

针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，该方法不同地质条件、不同溶洞类型的溶洞桩基施工，采用不同的溶洞处理方法，使溶洞桩基施工更加安全有效。达到加快成孔进度，保证成桩质量，节约施工成本的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，包括以下步骤：冲孔和溶洞处理，重复执行冲孔和溶洞处理，直到最后成孔；所述溶洞处理，具体包括以下步骤：鉴别类型，在开始钻孔前、在钻进过程中以及在灌注过程中，根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型，溶洞类型包括岩溶一般发育、岩溶较发育、岩溶极发育和全填充；处理方法，所述处理方法包括施工前的预处理，钻孔中的处理和砼灌注过程中的处理；所述预处理对于熔岩极发育的溶洞，采用钢护管跟进的方式，岩溶一般发育、岩溶较发育和全填充溶洞以注水泥浆为主，双液浆为辅；所述钻孔中的处理为回填一定比例的片石、粘土、水泥，其质量比为20:10:1；所述砼灌注过程中的处理为混凝土填充。

优选方式为，所述鉴别类型的具体方式为：

在开始钻孔前，根据地勘资料进行初步统计，部分钻孔中溶洞是否呈串珠状分布，确定溶洞分布范围，也可根据详勘取样，确定即将开钻墩位是否存在溶洞；根据临近已施工桩基，初步确定施工区域是否存在溶洞；

在钻进过程中，若孔内水位下降、井口钢丝绳异常松动，表明出现漏浆情况；根据渣样进行分析，看渣样是否出现异常变化；根据进尺速度进行判断，钻进过程中，漏浆之前钻进进尺发现异常，进尺较平时正常工作时快，可能出现全填充；根据钻头是否偏斜进行判断，钻进过程中发现钻头、钢丝绳偏离中心位置，初步确定出现斜坡岩、小溶洞或裂隙；

灌注过程中，砼顶面上升高度与理论上升高度出现较大差距，判定为混凝土流失，出现溶洞。

优选方式为，在施工之前还包括以下步骤：通过对已施工溶洞桩基的地勘资料、钻孔记录、成孔时间、灌注记录、成桩质量的统计与分析，对根据不同地质条件、不同溶洞类型的溶洞桩基施工，采用不同的溶洞处理方法，具体为：

对于覆盖层地质不良，土质松散的桩位，采用加长孔口护筒至岩层顶板的方式进行处理；孔内发生漏浆时，根据溶腔的填充物、高度、漏浆速度不同情况，分别采用回填片石粘土、混凝土、袋装水泥的方法，通过小冲程挤压片石、粘土混合料形成较密实稳定的护壁；

对于大型的单个溶洞及串珠状溶洞，采用全护筒跟进的处理方式，钢护筒直接穿过溶洞形成钢护筒护壁。

优选方式为，所述根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型中，具体判断方式为：岩溶一般发育，h＜3，无填充半填充；岩溶较发育，3≤h≤5，无填充或半填充；岩溶极发育，h＞5m，无填充或半填充；全填充。

优选方式为，所述预处理采用单液水泥浆注浆预处理，施工方法为：

(1)测量放样：根据已布设好的控制点坐标，计算引孔的坐标位置，使用全站仪放出孔位，用水准仪测量地面高程，确定引孔深度；

(2)钻孔、钻孔成孔法包括钻机就位、下沉钻进、提出钻头、移位四步工作，钻机安装就位后，使其平稳，钻头对准桩孔位，下沉钻进；钻进时，钻机保持水平，保证桩的倾斜度小于设计要求值，钻进深度应达到注浆固结段，钻进过程中要做好记录，为注浆作业提供参考数据；

(3)注套壳料、在空中插入无孔眼钢管，并通过此管压入套壳料，直至孔内泥浆完全被顶出孔外，拔出钢管；

(4)埋管、首先根据引孔深度连接袖阀管，袖阀管上口露出地面20～30cm，将连接好的袖阀管下口用尖底封好；然后，将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底，最大误差不超过20cm，在安插过程中如遇阻力，不能顺利插入时，应查明原因，严禁使用过大外力强行压入，安装完成后向孔内注满水，盖好保护帽并做标记；

(5)封口、在孔口周围的地面到地面一下1m的距离范围内采用速凝水泥砂浆封堵，以防止注浆过程中冒浆现象的发生；

(6)注浆、套壳料养护3天左右，具有一定强度后采用后退式分段注浆，注浆方式是自下向上，每段注浆长度为注浆步距，开口钢管长度为注浆步距长度。注浆步距一般选取0.6～1m，这样可以有效地减少地层不均一性对注浆效果的影响。注浆过程中，每段注浆完成后，向上移动一个步距的芯管长度，一般取值60cm；

(7)采用提升设备移动，或人工采用2个管钳对称夹住芯管，两侧同时均匀用力，将芯管移动。每完成3～4m注浆长度，要拆掉一节注浆芯管。注浆结束后，在注浆管上口盖上闷盖，以便于复注施工。

(8)拔管、每一单孔灌浆后，应将注浆管先提起60厘米，稍待片刻后再压浆。最后拔管前，应在注浆的同时，关闭注浆管上球管阀，然后拔出注浆管。

优选方式为，所述双液浆注浆法，具体包括以下步骤：

注浆孔布设：利用袖阀管注浆孔；

机械设备：ZMB-6型液压双液注浆泵、泥浆泵；

注浆管：注浆管内Φ51mm，抗压为35Mpa；

浆液：以水泥和水玻璃为主剂；

下管：孔内下Φ51注浆钢管，注浆管的底端伸入溶洞以内，注浆管采用花管，管头花管段长度为2m；

注浆控制：注浆前进行压水试验，压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15min；压水试验合格后才开始正式的双液浆注浆；注浆采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，少量多次、反复灌浆；采用的材料为普硅P.0.42.5水泥浆、水、玻璃浆液，配比根据经验暂取值为：水灰比0.8；水泥浆水玻璃体积比为1∶0.5；水泥：水：水玻璃：注浆剂的重量比为1000Kg：800Kg：700Kg：50Kg；水玻璃模数2.4～3.4，波美度22～40°；注浆压力控制在0.3～1MPa的范围；注浆速度为15～20L/min，渗透最小直径定为3.0m；

注浆时,通过注浆泵上的PQ仪分析确定注浆的速度和结束时间,压入量根据渗透半径、固结体积来计算；

注浆结束标准：注浆结束标准包括最终吸浆量和达到预定设计压力时的持续时间；

注浆管封堵：所有孔底注浆完成后，注浆管均不再拔出，埋入地层中；注浆管采用直径20mm管径的PVC管对注浆钢进行注浆封填；压力为0.3～1Mpa；封填过程中，一边注浆一边提拔PVC管，提升速度根据现场情况控制。

优选方式为，所述钢护管跟进，具体为：

对于覆盖层地质不良，土质松散的桩位，采用加长孔口护筒至岩层顶面的方式进行处理；

钢护筒对接时，接口处应采用满焊；

桩基施工前先埋设外护筒，外护筒直径应比桩径大30cm～50cm，长5m，埋设时应注意护筒位置的偏差，预埋位置偏差不得大于5cm；使用比正常成孔钻头大10cm的钻头钻进至内护筒预定下放位置处，采用25T汽车吊，先将内钢护筒分节下沉如预定位置，再进行冲击成孔；

在下沉钢护筒的施工过程中，吊车必须平稳，牢固的吊着钢护筒顶部并在护筒顶面的平面位置居中；同时采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200，力求钢护筒垂直入土。

优选方式为，所述钻孔中的处理包括水泥、粘土、片石充填法和素混凝土回填法；

所述水泥、粘土、片石充填法具体为：

在钻至离溶洞洞顶附近时,采用小冲程,逐渐将洞顶击穿,孔内泥浆面大幅下降,当钻进过程中突然出现溶洞时，迅速补充片石、粘土和水，回填高度超出溶洞顶口高度不小于1m，然后采用小冲程冲击粘土加片石混合料至溶洞边形成粘土碎石外护壁；

待片石和粘土充分形成孔内护壁后并且漏浆现象全部消失后转入正常冲进，继续钻进至设计桩底标高，桩基成孔；

当初次回填复打后仍存在漏浆现象，可按质量比为水泥：粘土：片石

＝1:10:20的比例继续回填片石、粘土，重复上述过程，直至桩基成孔；

回填材料添加顺序为水泥、粘土、片石；继续进行钻孔，若发现泥浆泥失严重，再重复投入片石和粘土，直到将溶洞填满，保证孔内泥浆不渗漏；

桩基成孔，继续钻进，直至桩基成孔。当钻进的过程中出现漏浆情况时，可按照片石：黏土：水泥的质量比为20：10：1比例投入片石、黏土及水泥；所述素混凝土填充具体为：

溶洞高度在50～150㎝范围内，溶腔为无充填或半充填时，采用素混凝土填充；当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻冲击成孔；

混凝土标号及配合比、混凝土标号通常采用C20素混凝土，在混凝土中掺加一定的早强剂；

充填方法、对于倾斜岩面，为校正孔位，回填素混凝土应与倾斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm；

工注意事项：回填8h后回填混凝土强度达到70％方可重新开钻；

继续钻进，直至桩基成孔；

当钻进的过程中出现漏浆情况时，按照上述方法重复处理。

优选方式为，所述单液水泥浆注浆，

采用袖阀管单液注浆时，对于全填充溶洞桩位，根据桩基及注浆孔揭露的岩溶发育情况，沿桩身周边20cm处均布4个孔，所有勘察孔均应及时注水泥浆封闭；注浆钻孔开孔直径要求采用100mm，垂直精度小于1.5％；

袖阀管由Φ90mm PVC外管、镀锌内管、橡皮套、密封圈等组成，只能向管外注浆，不能向管内返浆，PVC管每隔50cm钻一组射浆孔，射浆孔管底必须密封；

注浆材料：浆液采用单液浆，单液浆注浆材料采用P.O.32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1～1：1；

套壳料配方，水泥：粉质粘土：水＝1:1.5:1.88,3d龄期抗压强度为0.3MPa。

优选方式为，所述砼浇筑过程中溶洞处理，具体为：

成桩过程时泥浆指标控制在1.2～1.3，混凝土的容重为2.4t/m3；

浇筑前泥浆护壁完好，浇筑时泥浆护壁破裂或回填物被挤破，混凝土开始流入裂隙或溶洞，必须继续灌注混凝土，灌注的混凝土中加入3％～5％的速凝剂，控制混凝土初凝时间，确保桩基能够一次浇筑成功。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于本发明的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，包括以下步骤：冲孔和溶洞处理，重复执行冲孔和溶洞处理，直到最后成孔；溶洞处理具体包括鉴别类型和处理方法步骤，其中鉴别类型是在开始钻孔前、在钻进过程中以及在灌注过程中，根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型；其中处理方法包括施工前的预处理，钻孔中的处理和砼灌注过程中的处理。本发明根据不同地质条件、不同溶洞类型的溶洞桩基施工，采用不同的溶洞处理方法，使溶洞桩基施工更加安全有效。达到加快成孔进度，保证成桩质量，节约施工成本的目的。

附图说明

图1是桩基浇砼遇岩层裂隙示意图；

图2是桩基浇砼遇溶洞示意图；

图3是桩基浇砼挤破回填物示意图；

图4是溶洞注水泥浆浆孔布置示意图；

图5是根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型的示意图；

图中：1-桩身，2-注浆孔，3-浇筑前，4-浇筑时，5-浇筑后。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清除明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图4共同所示，一种岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，包括以下步骤：冲孔和溶洞处理，重复执行冲孔和溶洞处理，直到最后成孔；本实施例具体包括：施工准备、方案初选择、冲孔、溶洞处理、继续冲孔……(循环进行溶洞处理，根据实际效果选择处理方案、冲孔)、成孔。

溶洞处理，具体包括以下步骤：

鉴别类型，在开始钻孔前、在钻进过程中以及在灌注过程中，根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型，溶洞类型包括岩溶一般发育、岩溶较发育、岩溶极发育和全填充；

处理方法，处理方法包括施工前的预处理，钻孔中的处理和砼灌注过程中的处理；

预处理对于熔岩极发育的溶洞，采用钢护管跟进的方式，岩溶一般发育、岩溶较发育和全填充溶洞以注水泥浆为主，双液浆为辅；

钻孔中的处理为回填一定比例的片石、粘土、水泥，其质量比为20:10:1；砼灌注过程中的处理为混凝土填充。

本实施例中：溶洞处理方式原则如下：

1)针对事先已经发现溶洞较大的桩位，依溶洞情况进行预注浆处理，其目的是减少因塌孔、塌方等地质灾害造成人员伤亡。

2)由于场地位于长江高阶地，可溶性岩面直接覆盖粘性土等，未见直接覆盖砂类土的钻孔。因此，当下伏基岩为钙质砂岩夹砾岩时不致发生施工工程中岩溶地面塌陷；当下伏基岩为石灰岩且岩溶发育时，首先查明灰岩面是否有深溶沟、溶槽，溶沟上部有无软、流塑状红粘土，如发现上述情况，则可能发生岩溶极土洞型地面塌陷，应进行预注浆处理，保证施工安全。

3)竖向深度3m以内无填充或半填充的溶洞，采用回填粘土、碎石、片石或混凝土反复冲击造壁为主，对于勘察未发现而在成孔过程中发现溶洞的情况，同样采用片石、粘土、水泥按一定比例进行填筑、复打，直至成孔，如需多次回填复打，可适当添加其他添加剂增加泥浆粘性和胶体率，增强泥浆护壁质量。

4)在混凝土浇筑过程中，如发现溶洞，出现液面下降或者不上升的情况，采用混凝土浇筑直至成桩。

5)对于串珠状溶洞，采用预注浆及回填片石和粘土冲击成孔处理。施工中配置优质泥浆，增加泥浆储存量，防止漏浆塌孔。

鉴别类型的具体方式为：

在开始钻孔前，根据地勘资料进行初步统计，部分钻孔中溶洞是否呈串珠状分布，确定溶洞分布范围，也可根据详勘取样，确定即将开钻墩位是否存在溶洞；根据临近已施工桩基，初步确定施工区域是否存在溶洞；

在钻进过程中，

①漏浆：孔内水位下降、井口钢丝绳异常松动。

②捞取渣样分析：根据渣样进行分析，看渣样是否出现异常变化，如入岩后出现粘土等填充物情况。

③钻进进尺速度：钻进过程中，漏浆之前钻进进尺发现异常，进尺较平时正常工作时快，可能出现全填充钻头偏斜：钻进过程中发现钻头、钢丝绳偏离中心位置，初步确定出现斜坡岩、小溶洞或裂隙；灌注过程中，砼顶面上升高度与理论上升高度出现较大差距，判定为混凝土流失，出现溶洞。

在施工之前还包括以下步骤：通过对已施工溶洞桩基的地勘资料、钻孔记录、成孔时间、灌注记录、成桩质量的统计与分析，对根据不同地质条件、不同溶洞类型的溶洞桩基施工，采用不同的溶洞处理方法，具体为：

对于覆盖层地质不良，土质松散的桩位，采用加长孔口护筒至岩层顶板的方式进行处理；孔内发生漏浆时，根据溶腔的填充物、高度、漏浆速度不同情况，分别采用回填片石粘土、混凝土、袋装水泥的方法，通过小冲程挤压片石、粘土混合料形成较密实稳定的护壁；对于大型的单个溶洞及串珠状溶洞，采用全护筒跟进的处理方式，钢护筒直接穿过溶洞形成钢护筒护壁。

根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型中，具体判断方式为：

岩溶一般发育，h＜3，无填充半填充；

岩溶较发育，3≤h≤5，无填充或半填充；

岩溶极发育，h＞5m，无填充或半填充；

全填充；溶洞分类详见图5。

本实施例中预处理方法，注水泥浆为主，双液浆为辅。

结合施工勘察孔分析判断桩位处岩溶发育情况，确定孔深至泥沙层、冲积层、残积层与基岩分界处，且注浆厚度仅限上述地层层面，其他可不进行预注浆。在实施中以逐桩勘察的地质勘察报告为准则，针对报告中明确有溶洞的桩位、数量，选择性的预先进行预注浆处理，以确保施工安全。水泥浆压注工作完成7天后再开始钻进。压注时压力控制根据现场实际情况确定。

对于特大型溶洞或半充填的溶洞，为防止泥浆突然流失，造成孔壁坍塌，钻孔之前，同样先采取高压注浆填充、加固的方法处理。如果施工过程中发现溶洞为连通溶洞，只需要对其中最大的溶洞进行注浆加固。

采用单液注浆为主，双液浆注浆为辅的注浆方式。在注浆开始阶段和渗漏水部位采用双液注浆，对渗漏水裂隙和漏浆缝隙进行封堵，形成一个“止浆层”。

在双液浆注浆达到堵水和堵缝效果后，再进行单液浆补注浆，进一步加大浆液扩散范围，改善岩体性能。

注浆根据现场情况调整注浆方式和注浆配合比。漏浆时进行双液浆封堵，达到效果后再进行单液注浆加大扩散范围。单液注浆进行一段时间后，注浆压力没能提升，可再次进行双液注浆处理，使压力达到设计要求。此时的双液注浆胶凝时间控制在3分钟范围，利于浆液扩散和施工操作，减少堵管故障的发生。

如图4所示，单液水泥浆注浆，采用袖阀管单液注浆时，对于全填充溶洞桩位，根据桩基及注浆孔揭露的岩溶发育情况，沿桩身1周边20cm处均布4个孔，所有勘察孔均应及时注水泥浆封闭；注浆钻孔开孔直径要求采用100mm，垂直精度小于1.5％；水泥采用袋装普通硅酸盐P.O.32.5水泥(双液浆采用P.O.42.5水泥),严禁使用过期、受潮、结块变质的劣质水泥；水胶比采用0.27。浆液凝固后，其结实体单轴无侧限抗压强度应在1.5MPa以上，注浆压力0.3-1.0MPa；布孔具体如下图4所示。

所需材料及设备注浆材料：浆液采用单液浆，单液浆注浆材料采用P.O.32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1～1：1。

套壳料：套壳料基本功能为封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液到处流窜，在橡皮袖阀和止浆塞的配合下，逼使浆液只在一个灌段范围内开环(挤破套壳料)而进入地层。套壳料以粘性土为主，水泥为主的低强度配方，参入细砂可提高套壳料脆性。本工程借鉴套壳料配方，水泥：粉质粘土：水＝1:1.5:1.88,3d龄期抗压强度为0.3MPa。

引孔设备：采用HGY-100型工程地质钻机,钻穿溶洞顶板后取出套管及钻具，跟进采用满足质量要求的Φ90mm PVC管。

注浆设备：ZMB-6型液压双液注浆泵，并配备注浆管路系统和制浆设备注浆。

注浆管：采用单向袖阀管，袖阀管由Φ90mm PVC外管、镀锌内管、橡皮套、密封圈等组成，只能向管外注浆，不能向管内返浆，PVC管每隔50cm钻一组射浆孔，射浆孔管底必须密封。

预处理采用单液水泥浆注浆预处理，施工方法为：

(1)测量放样：根据已布设好的控制点坐标，计算引孔的坐标位置，使用全站仪放出孔位，用水准仪测量地面高程，确定引孔深度；

(2)钻孔、钻孔成孔法包括钻机就位、下沉钻进、提出钻头、移位四步工作，钻机安装就位后，使其平稳，钻头对准桩孔位，下沉钻进；钻进时，钻机保持水平，保证桩的倾斜度小于设计要求值，钻进深度应达到注浆固结段，钻进过程中要做好记录，为注浆作业提供参考数据；

(3)注套壳料、在空中插入无孔眼钢管，并通过此管压入套壳料，直至孔内泥浆完全被顶出孔外，拔出钢管；

(4)埋管、首先根据引孔深度连接袖阀管，袖阀管上口露出地面20～30cm，将连接好的袖阀管下口用尖底封好；然后，将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底，最大误差不超过20cm，在安插过程中如遇阻力，不能顺利插入时，应查明原因，严禁使用过大外力强行压入，安装完成后向孔内注满水，盖好保护帽并做标记；

(5)封口、在孔口周围的地面到地面一下1m的距离范围内采用速凝水泥砂浆封堵，以防止注浆过程中冒浆现象的发生；

(6)注浆、套壳料养护3天左右，具有一定强度后采用后退式分段注浆，注浆方式是自下向上，每段注浆长度为注浆步距，开口钢管长度为注浆步距长度。注浆步距一般选取0.6～1m，这样可以有效地减少地层不均一性对注浆效果的影响。注浆过程中，每段注浆完成后，向上移动一个步距的芯管长度，一般取值60cm；

(7)采用提升设备移动，或人工采用2个管钳对称夹住芯管，两侧同时均匀用力，将芯管移动。每完成3～4m注浆长度，要拆掉一节注浆芯管。注浆结束后，在注浆管上口盖上闷盖，以便于复注施工。

(8)拔管、每一单孔灌浆后，应将注浆管先提起60厘米，稍待片刻后再压浆。最后拔管前，应在注浆的同时，关闭注浆管上球管阀，然后拔出注浆管。

注浆结束标准：采用水泥浆液注浆：①达到或超过设计终压；②终量<100L/min；③稳定时间20～30min。

注单液水泥浆结束后8个小时开始扫孔，一般经验为注浆达到结束标准后，注水15～30分钟后，等孔口压力表自然降到1Mpa以下后泄压，开始扫孔进行下一步的施工。

对于袖阀管注浆时压力不上升、液面不升高或出现有流失通道时采用压双液浆封堵流失通道的方法进行处理，封堵流失通道后继续采用袖阀管注水泥浆处理。

双液浆注浆法，具体包括以下步骤：

注浆孔布设：利用袖阀管注浆孔；

机械设备：ZMB-6型液压双液注浆泵、泥浆泵；

注浆管：注浆管内Φ51mm，抗压为35Mpa；

浆液：以水泥和水玻璃为主剂；两者按一定的比例以双液方式注入，必要时加入附加剂所组成的注浆材料。在地下水流速较大的地层中采用这种混合型的浆液可达到快速堵漏的目的；

下管：孔内下Φ51注浆钢管，注浆管的底端伸入溶洞以内，注浆管采用花管，管头花管段长度为2m；即在钢管上钻三组对穿孔，孔外采用轮胎橡胶皮裹封，注浆管与钻孔间采用水泥浆封填。

注浆控制：注浆前进行压水试验，压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15min；压水试验合格后才开始正式的双液浆注浆；注浆采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，少量多次、反复灌浆；采用的材料为普硅P.0.42.5水泥浆、水、玻璃浆液，配比根据经验暂取值为：水灰比0.8；水泥浆水玻璃体积比为1∶0.5；水泥：水：水玻璃：注浆剂的重量比为1000Kg：800Kg：700Kg：50Kg；水玻璃模数2.4～3.4，波美度22～40°；注浆压力控制在0.3～1MPa的范围；注浆速度为15～20L/min，渗透最小直径定为3.0m；

注浆时,通过注浆泵上的PQ仪分析确定注浆的速度和结束时间,压入量根据渗透半径、固结体积来计算；公式为，式中,R为渗透半径；H为溶洞高度；μ为填充物的孔隙率，一般取1％～5％；α为超灌系数；λ为地区性经验系数，约为0.3～0.9，视岩层性质而定，γ、β为充填率与充填系数。这些参数和系数取值可根据现场试验确定。注浆采用高压泵(压力可达到2Mpa)。

注浆结束标准：注浆结束标准包括最终吸浆量和达到预定设计压力时的持续时间；一般水泥—水玻璃双液结束标准是：注浆压力达到设计终压；吸浆量为50～100Lmin，稳定约20min即可结束；在正常的情况下，一般采用定压注浆，当注浆压力达到或接近终压时结束注浆，当压力接近终压或达到终压的80％时，如出现较大的跑浆，经间歇注浆后勤部达到或接近终压也可结束注浆。

注浆施工注意事项：为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入的浆液与溶洞内充填的砂子(或碎石)初步达到胶合后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆的压力必须调高，最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。

注浆管封堵：所有孔底注浆完成后，注浆管均不再拔出，埋入地层中；注浆管采用直径20mm管径的PVC管对注浆钢进行注浆封填；压力为0.3～1Mpa；封填过程中，一边注浆一边提拔PVC管，提升速度根据现场情况控制。

注双液浆预防堵管措施，水泥－水玻璃浆液的主要特点之一是胶凝时间快(一般控制在60s～180s范围内)，采用双液方式注入，施工工艺较单液复杂。以上特性容易造成注浆间歇过程中堵管故障的发生。堵管故障是(水泥－水玻璃)双液浆施工的一大难题。为了减少堵管故障的发生，双液浆施工过程中应注意以下几点：

①输浆管路的安装应尽量缩短浆液汇合管的长度，浆液汇合管的长度应控制在1米以内；水泥－水玻璃浆液汇合处的三通混合器应安装减压阀，并可通过减压阀注水清理汇合管路；

②双液注浆临时停止前应停用水玻璃，以单液水泥浆方式再注浆60秒至120秒，用纯水泥浆置换出注浆管路里的双液混合浆液，防止输浆管路的堵塞；

③在堵水、堵漏成功后，可调整双液浆配合比，延长双液浆初凝时间；

④充分做好双液浆注浆前的准备工作，减少注浆过程中临时停注次数和时长。

钢护管跟进，具体为：

对于覆盖层地质不良，土质松散的桩位，采用加长孔口护筒至岩层顶面的方式进行处理；防止击穿溶洞后快速漏浆，孔壁失去泥浆护壁压力支撑造成塌方。采取此种方案处理后，减轻了覆土层对泥浆护壁的依赖，即使发生漏浆，孔壁也不会因为覆土层失稳而坍塌。避免反复回填，造成人工、材料、机械及工期的增加，达到顺利按期终孔的要求。

钢护筒对接时，接口处应采用满焊；避免随着护筒下沉深度的增加，所承受的压力不断增加，造成护筒的断裂，上下两节护筒脱离偏位。

桩基施工前先埋设外护筒，外护筒直径应比桩径大30cm～50cm，长5m，埋设时应注意护筒位置的偏差，预埋位置偏差不得大于5cm；使用比正常成孔钻头大10cm的钻头钻进至内护筒预定下放位置处，采用25T汽车吊，先将内钢护筒分节下沉如预定位置，再进行冲击成孔；

在下沉钢护筒的施工过程中，吊车必须平稳，牢固的吊着钢护筒顶部并在护筒顶面的平面位置居中；同时采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200，力求钢护筒垂直入土。若一旦发现有偏斜的趋势，马上进行纠正，将可能发生偏斜的不利因素消除在萌芽状态中。

钻孔中的处理包括水泥、粘土、片石充填法和素混凝土回填法；

水泥、粘土、片石充填法具体为：

在钻至离溶洞洞顶附近时,采用小冲程,逐渐将洞顶击穿，防止卡锤,一旦发现孔内泥浆面大幅下降,当钻进过程中突然出现溶洞时，迅速补充片石、粘土和水，回填高度超出溶洞顶口高度不小于1m，片石大小30-50cm为宜，片石、粘土按质量比2：1投放，同时补充水，确保孔内不塌孔，片石回填高度超出溶洞顶口高度不小于1m，然后采用采用小冲程冲击粘土加片石混合料至溶洞边形成粘土碎石外护壁；

待片石和粘土充分形成孔内护壁后并且漏浆现象全部消失后转入正常冲进，继续钻进至设计桩底标高，桩基成孔；

当初次回填复打后仍存在漏浆现象，可按质量比为水泥：粘土：片石

＝1:10:20的比例继续回填片石、粘土，重复上述过程，直至桩基成孔；

回填材料添加顺序为水泥、粘土、片石；继续进行钻孔，若发现泥浆泥失严重，再重复投入片石和粘土，直到将溶洞填满，保证孔内泥浆不渗漏；

桩基成孔，继续钻进，直至桩基成孔。当钻进的过程中出现漏浆情况时，可按照片石：黏土：水泥的质量比为20：10：1比例投入片石、黏土及水泥；

素混凝土填充具体为：

溶洞高度在50～150㎝范围内，溶腔为无充填或半充填时，采用素混凝土填充；当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻冲击成孔；

混凝土标号及配合比、混凝土标号通常采用C20素混凝土，在混凝土中掺加一定的早强剂；为尽快提高混凝土强度，节约施工时间，应在混凝土中掺加一定的早强剂，提高素混凝土的早期强度。

施工注意事项：回填8h后回填混凝土强度达到70％方可重新开钻。

充填方法、对于倾斜岩面，为校正孔位，回填素混凝土应与倾斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm；

施工注意事项：回填8h后回填混凝土强度达到70％方可重新开钻；

继续钻进，直至桩基成孔；

当钻进的过程中出现漏浆情况时，按照上述方法重复处理。

对于根据地勘资料不存在溶洞但在正常钻孔过程出现泥浆面突然下降的桩，采取同样的方法；对小型或多层溶洞，为防止其不与相邻孔窜孔或成孔后孔型有葫芦状，必要时可灌注低标号砼进行填充，等强后再钻进。

砼浇筑过程中溶洞处理，具体为：

成桩过程时泥浆指标控制在1.2～1.3，混凝土的容重为2.4t/m3；混凝土与泥浆(或水)容重相差较大，当孔壁附近有岩层裂隙或溶洞时，在混凝土灌注过程中由于容重不同，而产生的压强之差会导致泥浆护壁破裂，混凝土流入裂隙或溶洞。

如图1、图2和图3所示，浇筑前3泥浆护壁完好，浇筑时4泥浆护壁破裂或回填物被挤破，混凝土开始流入裂隙或溶洞，必须继续灌注混凝土，灌注的混凝土中加入3％～5％的速凝剂，控制混凝土初凝时间，确保桩基能够一次浇筑成功；图中5为浇筑后。

采用本发明的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，取得的有益效果如下：

运用以上溶洞处理方法，按照溶洞的类型，选择合理的处理方案，加快了桩基工程的施工进度；同时确保了桩基工程成孔质量和施工安全，已施工的溶洞桩基经超声波检测仪检测，桩基工程质量优良，均为Ⅰ类桩；并且在有利于溶洞桩基工程成本控制。

效益分析，溶洞桩基施工过程中，按照溶洞的分类，选择经济可行的处理方案，通过加快施工进度，控制溶洞桩基工程的施工成本，减少机械台班和计人工费用。根据现场实际施工情况统计，选用合理的处理方案，可使每根溶洞桩基提前3—5完成施工，相应节约成本为3480—5800元(机械台班800元/台班×3天+计日工120元×3人×3天＝3480元，机械台班800元/台班×5天+计日工120×3人×5天＝5800元)。每根溶洞桩基可节约成本3480元至5800元，根据地勘资料统计有220根左右的溶洞桩基需进行特殊处理，从经济成本来讲，按照溶洞大小、充填情况及选定经济可行的处理技术方案，预计可节约成本76.56万元至127.6万元。

应用效果，虽然本工程已进行了岩土地质勘察，但由于钻孔位置、数量的局限，并不能完全探明地下复杂的地质情况，部分复杂地质形态具有不可预见性，施工中稍不注意就会造成严重的质量、安全事故和经济损失，因此在分析岩溶地区桩基的主要施工工艺的基础上，从岩溶地区桩基全过程质量控制入手总结其施工的技术控制措施，对后期此类地质条件下的桩基施工质量、进度和成本控制具有重要意义。

以上所述本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法及铺筑方法结构的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，包括以下步骤：冲孔和溶洞处理，重复执行冲孔和溶洞处理，直到最后成孔；

所述溶洞处理，具体包括以下步骤：

鉴别类型，在开始钻孔前、在钻进过程中以及在灌注过程中，根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型，溶洞类型包括岩溶一般发育、岩溶较发育、岩溶极发育和全填充；

处理方法，所述处理方法包括施工前的预处理，钻孔中的处理和砼灌注过程中的处理；

所述预处理对于岩溶极发育的溶洞，采用钢护管跟进的方式，岩溶一般发育、岩溶较发育和全填充溶洞以注水泥浆为主，双液浆为辅；

所述钻孔中的处理为回填一定比例的片石、粘土、水泥，其质量比为20:10:1；

所述砼灌注过程中的处理为混凝土填充；

所述鉴别类型的具体方式为：

在开始钻孔前，根据地勘资料进行初步统计，部分钻孔中溶洞是否呈串珠状分布，确定溶洞分布范围，也可根据详勘取样，确定即将开钻墩位是否存在溶洞；根据临近已施工桩基，初步确定施工区域是否存在溶洞；

在钻进过程中，若孔内水位下降、井口钢丝绳异常松动，表明出现漏浆情况；根据渣样进行分析，看渣样是否出现异常变化；根据进尺速度进行判断，钻进过程中，漏浆之前钻进进尺发现异常，进尺较平时正常工作时快，可能出现全填充；根据钻头是否偏斜进行判断，钻进过程中发现钻头、钢丝绳偏离中心位置，初步确定出现斜坡岩、小溶洞或裂隙；

灌注过程中，砼顶面上升高度与理论上升高度出现较大差距，判定为混凝土流失，出现溶洞；

所述双液浆注浆法，具体包括以下步骤：

注浆孔布设：利用袖阀管注浆孔；

机械设备：ZMB-6型液压双液注浆泵、泥浆泵；

注浆管：注浆管内Φ51mm，抗压为35Mpa；

浆液：以水泥和水玻璃为主剂；

下管：孔内下Φ51注浆管，注浆管的底端伸入溶洞以内，注浆管采用花管，管头花管段长度为2m；

注浆控制：注浆前进行压水试验，压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15min；压水试验合格后才开始正式的双液浆注浆；注浆采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，少量多次、反复灌浆；采用的材料为普硅P.0.42.5水泥浆、水、水玻璃浆液，配比根据经验暂取值为：水灰比0.8；水泥浆水玻璃体积比为1∶0.5；水泥：水：水玻璃：注浆剂的重量比为1000Kg：800Kg：700Kg：50Kg；水玻璃模数2.4～3.4，波美度22～40°；注浆压力控制在0.3～1MPa的范围；注浆速度为15～20L/min，渗透最小直径定为3.0m；

注浆时,通过注浆泵上的PQ仪分析确定注浆的速度和结束时间,压入量根据渗透半径、固结体积来计算；

注浆结束标准：注浆结束标准包括最终吸浆量和达到预定设计压力时的持续时间；

注浆管封堵：所有孔底注浆完成后，注浆管均不再拔出，埋入地层中；注浆管采用直径20mm管径的PVC管对注浆管进行注浆封填；压力为0.3～1Mpa；封填过程中，一边注浆一边提拔PVC管，提升速度根据现场情况控制。

2.根据权利要求1所述的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，在施工之前还包括以下步骤：通过对已施工溶洞桩基的地勘资料、钻孔记录、成孔时间、灌注记录、成桩质量的统计与分析，对根据不同地质条件、不同溶洞类型的溶洞桩基施工，采用不同的溶洞处理方法，具体为：

对于覆盖层地质不良，土质松散的桩位，采用加长孔口护筒至岩层顶板的方式进行处理；孔内发生漏浆时，根据溶腔的填充物、高度、漏浆速度不同情况，分别采用回填片石、粘土、混凝土、袋装水泥的方法，通过小冲程挤压片石、粘土混合料形成较密实稳定的护壁；

对于大型的单个溶洞及串珠状溶洞，采用全护筒跟进的处理方式，钢护筒直接穿过溶洞形成钢护筒护壁。

3.根据权利要求1所述的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，所述根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型中，具体判断方式为：

岩溶一般发育，h＜3，无填充半填充；

岩溶较发育，3≤h≤5，无填充或半填充；

岩溶极发育，h＞5m，无填充或半填充；

全填充。

4.根据权利要求1所述的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，所述预处理采用单液水泥浆注浆预处理，施工方法为：

(1)测量放样：根据已布设好的控制点坐标，计算引孔的坐标位置，使用全站仪放出孔位，用水准仪测量地面高程，确定引孔深度；

(2)钻孔、钻孔成孔法包括钻机就位、下沉钻进、提出钻头、移位四步工作，钻机安装就位后，使其平稳，钻头对准桩孔位，下沉钻进；钻进时，钻机保持水平，保证桩的倾斜度小于设计要求值，钻进深度应达到注浆固结段，钻进过程中要做好记录，为注浆作业提供参考数据；

(3)注套壳料、在孔 中插入无孔眼钢管，并通过此管压入套壳料，直至孔内泥浆完全被顶出孔外，拔出钢管；

(4)埋管、首先根据引孔深度连接袖阀管，袖阀管上口露出地面20～30cm，将连接好的袖阀管下口用尖底封好；然后，将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底，最大误差不超过20cm，在安插过程中如遇阻力，不能顺利插入时，应查明原因，严禁使用过大外力强行压入，安装完成后向孔内注满水，盖好保护帽并做标记；

(5)封口、在孔口周围的地面到地面以下1m的距离范围内采用速凝水泥砂浆封堵，以防止注浆过程中冒浆现象的发生；

(6)注浆、套壳料养护3天左右，具有一定强度后采用后退式分段注浆，注浆方式是自下向上，每段注浆长度为注浆步距，开口钢管长度为注浆步距长度，注浆步距一般选取0.6～1m，这样可以有效地减少地层不均一性对注浆效果的影响，注浆过程中，每段注浆完成后，向上移动一个步距的芯管长度，一般取值60cm；

(7)采用提升设备移动，或人工采用2个管钳对称夹住芯管，两侧同时均匀用力，将芯管移动，每完成3～4m注浆长度，要拆掉一节注浆芯管，注浆结束后，在注浆管上口盖上闷盖，以便于复注施工；

(8)拔管、每一单孔灌浆后，应将注浆管先提起60厘米，稍待片刻后再压浆，最后拔管前，应在注浆的同时，关闭注浆管上球管阀，然后拔出注浆管。

5.根据权利要求1所述的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，

所述钢护管跟进，具体为：

对于覆盖层地质不良，土质松散的桩位，采用加长孔口护筒至岩层顶面的方式进行处理；

钢护筒对接时，接口处应采用满焊；

桩基施工前先埋设外护筒，外护筒直径应比桩径大30cm～50cm，长5m，埋设时应注意护筒位置的偏差，预埋位置偏差不得大于5cm；使用比正常成孔钻头大10cm的钻头钻进至内护筒预定下放位置处，采用25T汽车吊，先将内钢护筒分节下沉入预定位置，再进行冲击成孔；

在下沉钢护筒的施工过程中，吊车必须平稳，牢固的吊着钢护筒顶部并在护筒顶面的平面位置居中；同时采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200，力求钢护筒垂直入土。

6.根据权利要求1所述的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，所述钻孔中的处理包括水泥、粘土、片石充填法和素混凝土回填法；

所述水泥、粘土、片石充填法具体为：

在钻至离溶洞洞顶附近时,采用小冲程,逐渐将洞顶击穿,孔内泥浆面大幅下降,当钻进过程中突然出现溶洞时，迅速补充片石、粘土和水，回填高度超出溶洞顶口高度不小于1m，然后采用小冲程冲击粘土加片石混合料至溶洞边形成粘土碎石外护壁；

待片石和粘土充分形成孔内护壁后并且漏浆现象全部消失后转入正常冲进，继续钻进至设计桩底标高，桩基成孔；

当初次回填复打后仍存在漏浆现象，可按质量比为水泥：粘土：片石＝1:10:20的比例继续回填片石、粘土，重复上述过程，直至桩基成孔；

回填材料添加顺序为水泥、粘土、片石；继续进行钻孔，若发现泥浆流失严重，再重复投入片石和粘土，直到将溶洞填满，保证孔内泥浆不渗漏；

桩基成孔，继续钻进，直至桩基成孔，当钻进的过程中出现漏浆情况时，可按照片石：黏土：水泥的质量比为20：10：1比例投入片石、黏土及水泥；

所述素混凝土填充具体为：

溶洞高度在50～150㎝范围内，溶腔为无充填或半充填时，采用素混凝土填充；当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻冲击成孔；

混凝土标号及配合比、混凝土标号通常采用C20素混凝土，在混凝土中掺加一定的早强剂；

充填方法、对于倾斜岩面，为校正孔位，回填素混凝土应与倾斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm；

施工注意事项：回填8h后回填混凝土强度达到70％方可重新开钻；

继续钻进，直至桩基成孔；

当钻进的过程中出现漏浆情况时，按照上述方法重复处理。

7.根据权利要求4所述的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，所述单液水泥浆注浆，

采用袖阀管单液注浆时，对于全填充溶洞桩位，根据桩基及注浆孔揭露的岩溶发育情况，沿桩身周边20cm处均布4个孔，所有勘察孔均应及时注水泥浆封闭；注浆钻孔开孔直径要求采用100mm，垂直精度小于1.5％；

袖阀管由Φ90mm PVC外管、镀锌内管、橡皮套、密封圈组成，只能向管外注浆，不能向管内返浆，PVC管每隔50cm钻一组射浆孔，射浆孔管底必须密封；

注浆材料：浆液采用单液浆，单液浆注浆材料采用P.O.32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5：1～1：1；

套壳料配方，水泥：粉质粘土：水＝1:1.5:1.88,3d龄期抗压强度为0.3MPa。

8.根据权利要求1所述的岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，其特征在于，所述砼灌注 过程中溶洞处理，具体为：

成桩过程时泥浆指标控制在1.2～1.3，混凝土的容重为2.4t/m³；浇筑前泥浆护壁完好，浇筑时泥浆护壁破裂或回填物被挤破，混凝土开始流入裂隙或溶洞，必须继续灌注混凝土，灌注的混凝土中加入3％～5％的速凝剂，控制混凝土初凝时间，确保桩基能够一次浇筑成功。

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