溶洞处理方案

全填充式溶洞处理方案

一、工程概况：

桥址区地层从上到下依次为：填筑土、种植土、淤泥质土、粉质黏土、细砂、中砂、粗砂、角砾土、圆砾土、碎石土、卵石土、风化煤层、风化页岩、风化砂岩、风化灰岩、风化泥灰岩、风化粉砂岩。本次勘察揭露岩溶等不良地质。特殊岩土层为谷地中软土和煤层，影响拟建桥台、墩的稳定性，须采取相应的处理措施。岩溶影响拟建桥台、墩的稳定性，桥梁基础应嵌入完整连续的灰岩内，且应保证桩端持力层及其应力扩散范围内不能存在有溶洞、溶槽或其它临空面。桥址区地表水为河沟水，受季节影响明显。基岩裂隙水主要赋存于砂岩、灰岩中，水量较贫。岩溶水主要赋存于灰岩岩溶发育部位，基岩在钻探过程中，存在溶洞的钻孔及部分基岩裂隙较发育的孔，钻至溶洞及裂隙处出现微弱～严重漏水现象，说明溶洞或裂隙及溶隙间有一定的连通性，且存在较大的储水空间，其水量丰富。地下水的补给来源于大气降水及砂层和溶洞、溶隙的侧向迳流补给，向下游排泄。溶洞情况：通过对桩基地质勘察资料统计，绝大部分桩均存在溶洞，且溶洞数量都在2个以上，溶洞高度～26.9m不等，其中8m以上溶洞共有76个，有全充填、半充填、无充填三种。溶洞充填物有粉质粘土、灰岩碎块、卵石土。马渡互通桥、乳源河及江湾河桥溶洞数量统计表见表2-2。

表2-2 桥梁溶洞数量统计表

三、施工方案

方案概述

根据地质勘察资料，本工程溶洞有全填充式、半填充式和无填充式三种形式，本文重点阐述全填充式溶洞桩基处理方案，根据溶洞情况，拟采用预处理（压浆、灌注砂浆、灌注低标号小粒径碎石砼压注、旋喷帷幕）和施工过程处理（钢护筒跟进、抛填片石、粘土和水泥）两种方法施工溶洞桩基，以达到安全、质量可控、实际操作可行和成本最佳的预期目的。对于大型溶洞，在桩基开工前必须进行预处理，钢护筒跟进、抛填片石、粘土、水泥等过程处理是对预处理缺陷的一个应急处理方法。

施工前的准备

3.2.1 人员组织

开工前专门组织有关技术人员研究学习有关溶洞处理的措施，并且成立了溶洞处理应急小组。施工现场派4名技术人员分两班在

工地24小时轮流值班，发现问题及时上报处理。同时组织桩基队钻机机长学习溶洞处理的知识，使他们对溶洞处理心中有数。总之，在人员组织方面，明确分工，各负其责。

3.2.2 材料准备

根据分析掌握的数据，准备足够的粘土、回填的片石及钢护筒，以便能在出现溶洞时及时处理。

3.2.3 机械配备

根据现场施工情况要提前准备好充足设备，以免施工中因设备发生故障或损坏时无替换的设备而导致停工待机状态。

全填充式溶洞处理方案

对于全充填的大型溶洞一般采用压浆或旋喷帷幕法处理溶洞桩基，。

3.3.1.1 概述(压浆法)

在溶洞周围钻孔（D=108mm），钻穿顶板后用Φ89mm 钢管（与隧道大管棚施工类似）打入溶洞底部。在钢管底部起至上50cm 范围内进行梅花形钻孔，钻孔间距10cm。注注浆压力2～3Mpa 左右。注浆过程中，当注浆量明显变小时，将钢管提升50cm 后再进行注浆，直至将溶洞内填充物在桩基施工范围内全部固结。

3.3.1.4 施工工艺(压浆法)

1、布孔

根据桥墩桩基布置和溶洞分布，浆液扩散半径取经验值 0.6m，在溶洞桩基钢护筒周围向外 50cm布置注浆孔，注浆孔直线间距按1m左右布置，注浆孔布置图如图 3-1 所示。

图3-1 注浆孔布置图

2、钻孔

用地质钻机钻注浆孔，钻穿溶洞顶板后取出套管及钻具跟进Φ89mm 钢管。采用小型机具将钢管打入溶洞填充层至溶洞底部。

3、注浆

注浆材料及配比参数

注浆材料采用级普通硅酸盐水泥，水灰比 W/C=1。水灰比根据现场情况可做适当调整。

注浆压力

根据相关实验和以往实践经验，在全填充卵石土层中注浆需要较大压力，约 3MPa～5MPa 之间。而实际注浆过程中注浆设备的泵压是跳动的，因此选择合适的注浆泵后，在实际的注浆过程中并不需要调整注浆压力，而是控制浆液的注入率，并且记录浆液压力的变化。当压力发生突变时，应及时检查是否发生异常情况或者停止注浆。

注浆范围

根据相关实验和以往实践经验，注浆时浆液扩散半径取 0.6m，注浆的范围如图3-2 所示。

由图3-2 可以看出，采用压注水泥浆法对溶洞桩基进行预处理，能在该桩周围形成水泥帷幕，从而能保证冲进成孔时的施工质量和施工安全。

图3-2 理论注浆范围

注浆过程

①试泵

开泵前先将三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升，当泵压达到预定注浆压力时，持续二、三分钟不出故障，即可结束。

②安装注浆管和止浆塞

在确定注浆管内无阻塞物后，即可进行注浆管的安装。为减少拔管时的阻力，在注浆管设置防水板。用沾有 CS 胶泥的麻丝绳饶成不小于钻芯孔直径的纺锤型柱塞，把管子插入孔内，再用台车将管顶入孔内到要求深度，使麻丝栓塞与孔壁充分挤压紧实，然后在麻丝与孔口空余部分，填充 CS 塑胶泥，使注浆管和止浆塞固定。注浆管外露的长度小于 30～40cm，以便连接孔口阀门和管路。注浆管安装放好后，在注浆管管口加上孔口盖，以防止杂物进入。

③压水实验

压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续 15min。

④浆液配置

按设计要求的水灰比用高速拌浆机拌和水泥浆液。

⑤注浆

注浆前用～2 倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好水、电；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备充分热身。试运行时间为

20min。

注浆时采用自下而上，分段进行灌注。将钻具与注浆泵连接好，先向孔内通清水15 分钟或看见孔口返出清水后则进行注浆。注浆水灰比 :1；在实际操作过程中，若注浆比较困难，调整水灰比为1:1 后进行注浆；可若地层漏水严重，则可适当减少水灰比。根据施工控制及试验情况，注浆时可适量加入粉煤灰以降低水泥用量。当注浆量明显变小、压力维持在 2MPa 时停止注浆，5min后进行补注。如补注时注浆压力大于2MPa则将钢管提升50cm后再进行上一层注浆，直至将溶洞内填充物在桩基施工范围内全部固结。

3.3.1.5 方案概述（旋喷帷幕法）

为防止溶洞漏浆造成塌孔现象，采用桩周高压旋喷帷幕注浆施工工艺，即采用护筒中心点按2.05m直径的圆周，均布15个单管高压旋喷桩，旋喷桩的直径为 50cm，旋喷桩施工完成后，桩与桩之间紧密搭接形成帷幕，从而起到冲孔中的护壁作用防止溶洞漏浆塌孔。

单管高压旋喷帷幕注浆法，即先利用钻机成孔后，将带有特制喷嘴的喷管下入到设计标高位置，然后利用高压脉冲泵，把水泥浆液形成高压喷射流从喷嘴喷出，对土层充分切割搅动，使土体和水泥浆液混合，同时将喷杆旋转和提升，经凝固后形成圆柱状固结体。

相对其它无溶洞桩基，在施工过程中，如发现存在溶洞事实现象出现，同时采用此情况进行处理。