钻孔桩溶洞处理方法

溶洞处理为了保证岩溶发育地区钻孔灌注桩施工过程中不漏浆，或漏浆但不发生坍孔，保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求。

施工时应根据地质钻孔柱状图来判别溶洞地层情况、空洞大小、溶洞填充物情况。

根据不同的溶洞采取不同方案，采用常规泥浆护壁方法、向孔内抛填片石、回填素混凝土、压力注浆以及采用钢护筒跟进等不同施工工艺。

1、常规成孔方案当溶洞有填充物，是可塑或软塑的亚粘土，且溶洞不漏水，这时不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向数量有多少，都可以不考虑溶洞的存在，而按正常地质情况施工。

采用冲击钻成孔，洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别，可以按无溶洞施工。

2、片石回填采用正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时，反复投入黄土和片石，利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，还可掺入水泥、烧碱和锯末，以增大孔壁的自稳能力。

1）掺加比例：为有效利用片石，片石与粘土的比例为3:7，参加水泥时，掺加比例为每米2包，掺加锯末时，掺加比例为粘土的10%。

2）掺加方法：片石采用强度≥30MPa石灰岩，石块粒径以15~50cm为宜。

掺加粘土是采用水泥袋包装后投放效果更佳。

水泥投放方法为以整袋投放为佳。

掺加方法为：片石、粘土袋（可选择添加水泥、锯末，也可不添加）分层间隔掺加，回填高度为溶洞顶板以上1米处。

3）施工注意事项：密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生，发生漏浆现象，立即处理。

根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，冲击岩层的响声，抽取的岩样来判断是否接近岩溶地层。

接近岩溶时主绳松绳量应为1~2cm，防止穿岩壳时卡钻。

钻穿岩溶地层上壳时，一旦漏浆，要及时投放粘土块、片石并补水，以保持孔内水位高度。

4）主要适用范围及优势：适用于较小溶洞（溶洞高度小于3米），无填充物或半填冲，施工方法简单，造价较低。

3、素混凝土回填采取正常成孔方法施工，当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜颜面时填入低标号混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻成孔。

1）混凝土标号及配合比混凝土可采用C20（C15、C10也可）素混凝土，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早强剂，提高素混凝土的早期强度。

2）掺加方法：对于倾斜岩面，为校正孔位，回填素混凝土应与斜岩面顶面平齐，对于溶洞处，回填顶面高于溶洞顶板50cm。

3）施工注意事项：回填48H后回填混凝土强度达到70%后，且应在桩基范围取芯检验填充效果，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。

4）主要适用范围及优势：适用于中、小溶洞，有无填充物均可采用此方案。

施工方法简单，造价相对较高。

4、注浆加固就是通过对照地质柱状图，对桩穿过的溶洞进行填充和加固。

1）注浆孔布设：根据钻孔柱状图，找出最大溶洞，如果溶洞为连通溶洞，只需对其中最大的溶洞进行注浆加固。

2）注浆压力控制：用注浆泵注浆，注浆压力不宜太大，控制在0.5~1.0MPa 范围，具体压力值现场试验确定。

注浆速度为15~20L/min，其目的是使浆液渗透到填充物内（包含灌入的砂和碎石），然后固结，渗透最小直径定位3.0米，以保证冲钻成孔是有足够的固结体。

注浆时注浆管必须插入填充物底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据珠江速度确定，应是渗透半径控制在允许范围内。

3）施工注意事项：防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，使得先注入浆液与沙子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定的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，后注浆压力必须调高，最后封孔。

注浆顺序由现场自行掌握。

且应在桩基范围取芯检验填充效果，待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。

4）主要适用范围及优势：多适用于小型（高度小于1米）或多层溶洞（多层串珠状小溶洞），也可用于各种有填充物的溶洞，但造价较高。

5、钢护筒跟进加固采用钢护筒跳进法：一面冲孔，一面接钢护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。

1）钢护筒的选择：内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=（h+H）m（h为超前钻确定的溶洞高度，H为溶洞顶到地面加30厘米的高度）；单层护筒内径大于桩直径10cm，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，并以此类推。

钢护筒孔径要准确，连接顺直，用卷扬机成型。

钢护筒要有一定的刚度，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，并以此类推。

2）内护筒的沉放：当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻，说明顶部已成孔并且圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机（或桩机自生重量）把内护筒放入外护筒内沉至孔底，必要时用振动锤下沉。

用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时，施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。

钻头直径大于刚护筒外径3~5cm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。

如果冲击钻在坚硬岩石中的扩孔系数较小，不能满足钢护筒下沉要求的，回填并加大钻头直径二次冲孔，以保证钢护筒顺利下沉。

为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔竖直，无歪斜、缩颈。

3）主要适用范围及优势：适用于特大溶洞(溶洞高度大于3米)、无填充溶洞、半填冲溶洞或溶洞上方有较厚的沙砾层时。

桥梁桩基施工中溶洞处理方法桥梁桩基础施工中,遇到溶洞的情况并不少见，作为地下隐蔽工程,给施工带来很大困难,如处理方法不当,往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生,甚至威胁桥梁运营安全。

因而充分了解桥区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等, 采取稳妥的措施,保证施工的顺利进行,十分重要。

京珠高速公路粤境南段大镇至广州太和段全长122.34km,路基宽3315m,许多桥梁均通过岩溶区。

其中第19标段处于南岭中南段,地质构造上属于华南褶皱带的一部分,区域地质构造轮廓主要有NE向及EW向构造带。

3座立交桥桩基设计为嵌岩桩,均处于石灰岩地区。

设计地质资料显示有少量小溶洞,但在施工中发现地质资料不准确。

通过地质补钻揭示溶洞发育,洞内漏水,分布复杂,最大洞高约5m ,溶洞层数多达5层。

钻孔施工过程中发生过漏浆、地面塌陷等事故, 增加难度且影响进度。

工程勘察对溶洞区桩基施工前一般采用物探或其它如电磁波层析CT探测等方法探明溶洞的具体情况。

因此,在施工首根桩时发现地质情况与设计资料出入较大后,选择逐桩超前钻探,并按设计桩尖标高在完整基岩内加深5m ,确保桥梁的安全可靠性。

下面简要介绍和总结下国内其它大型桥梁桩基施工中溶洞的处理方法：（一）广和大桥主桥基础溶洞处理:广和大桥位于广州市白云区石井镇鸦岗村的白坭河水道上，大桥全长791m，桥宽36m，最大跨径120m。

其基础采用钻孔灌注桩，其中：φ150cm64根，φ200cm44根，共108根。

施工总工期22个月。

本桥位地质属于第四纪沉积层覆盖之下，基岩主要为石灰统壶天灰岩。

这些石灰纪地层沉积成岩以后，经历了漫长的地质年代和多次构造运动，形成北东向褶皱，并有大致平行于褶皱轴向的纵断层和大致与之垂直的横断面层。

后来经历了侵蚀和剥蚀作用，并在地下水的化学和机械作用下形成一系列岩溶地貌，最后在第四纪全新世珠江三角洲最后一次海侵中，形成以冲积相为主的第四纪松软沉积层。

从地质资料分析，溶洞分布较广。

主桥位溶洞分布广而多。

在桥位方案论证中，第一方案，28个钻孔，有12个发现了溶洞；第二方案，28个钻孔，有17个发现溶洞；第三方案，28个钻孔，有11个发现溶洞，最大的溶洞约16m。

溶洞按其填充状态可分为空的、半填充的和完全填充的三类：按其填充物的性质可分为粘性土、砂砾和稀土三类；按其漏水情况可分为漏水和不漏水两类。

溶洞的走向与河流的流向相同。

根据上述地质条件，从技术、经济等方面经过比较，选择了静压化学灌浆法、套内护筒法等施工技术配合使用处理溶洞，取得预期的效果，推介如下。

1主桥桩基对溶洞的处理：主桥桩基精确放样后，在桩基施工平台上用地质钻于桩中心进行超前钻，必要时增加钻位。

根据超前钻的结果，确定护筒的打入深度。

有溶洞的桩位，护筒沉至风化岩层，置于强风化岩面上，这样可穿过土洞。

护筒的底部即为岩层或溶洞的顶部。

没有溶洞的桩，护筒沉放要穿过淤泥质亚粘土、砂砾层，置于砂砾质亚粘土层至少2m深。

根据溶洞的不同类型，最后决定兼用两种不同的施工方案。

图1布孔平面及剖面示意方案a当溶洞内有填充物填满或有流砂的，或当溶洞为空洞或填充物不满（水洞）且深度在3m以内的，在钻孔桩施工前先进行预处理，采用静压化学灌浆法固填充物和流砂，或用此法填满溶洞，在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。

方案b当溶洞为空洞，且深度在3m以上的，拟用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的施工方案。

2方案：a方案，b施工方法2．1方案a（静压化学灌浆法）施工方法2．1．1技术要求溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度（20mpa以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。

溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。

图2用钻机钻头钻杆压沉内护筒示意单位：cm2．1．2施工方案（1）处理方法选择由于溶洞埋藏较深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法处理，有效的处理方法是灌浆法。

而在众多的灌浆法中，因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是静压化学灌浆法。

因此，采用静压化学灌浆法，同时也可兼用喷射灌浆法，促进填充物强度的加强。

（2）静压化学灌浆的加固特点浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。

浆材的结石率为100％，即1m3体积浆材可得1m3结石体。

对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。

浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。

这样，通过对小主应力面反复不断的加固，一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成防水帷幕，防止流砂和保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔。

静压化学灌浆的关键在于浆材的配方和工艺。

图3内护筒底部及顶部灌浆封缝示意单位：cm（3）工艺设计布孔：在超前钻有溶洞的桩位四周均布4个灌浆孔（见图1）。

钻孔：孔径80mm，孔深要求达到最深溶洞的底部。