玉铁铁路岩溶区桩基施工工艺浅析

马国龙

（中铁二十局集团第四工程有限公司，山东 青岛 266000）

【摘　要】岩溶地区地质情况复杂，不可预见性大，桥梁桩基施工中极易造成塌孔、卡钻、断桩等事故，结合玉铁铁路大量工程实例，详细阐述了不同岩溶地质条件下钻孔灌注桩的施工工艺、常见问题及预防处理措施，对工程设计和指导施工有一定的参考借鉴作用。

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关键词 岩溶；桥梁桩基；施工工艺

0　引言

我国南部地区，特别是西南地区地处亚热带，常年降水丰沛，气候湿润，流水作用明显，加上特有的石灰岩地质，早就了典型的喀斯特地貌（岩溶）。喀斯特地貌造就了许多景观名胜的同时，也给施工带来了诸多隐患。多年来，岩溶造成的地表塌陷、隧道涌水、桥梁下沉等已经成为铁路工程地质环境的一大公害，因岩溶造成了事故接连发生，特别是在铁路运营过程中出现的下沉更是造成较大行车事故。因此在设计、施工中为保证桥桩的绝对安全，需研究清楚岩溶对桥桩的影响规律及采取正确的处理措施，确保岩溶桩基整治到位。本文主要依据玉铁铁路多例岩溶桩基施工实例，运用不同方法和工艺对各类岩溶进行加固处理，实施了对岩溶地区桥梁桩基施工的简要总结、分析。

1　工程概况

新建玉铁铁路全长131.46公里，地处广西玉林、北海地区，线路自黎湛线玉林车站引出，由北向南经玉林市的玉林区、陆川县、福锦区、博白县、钦州市的浦北县，然后穿越云开大山山脉，进入北海市的合浦县、铁山港区，接入在建的铁山港支线。线路共穿越岩溶地区4处约20公里，全线67座大中桥中9座桥梁位于岩溶地区，共涉及岩溶桩基约800根。

桥址区岩溶形态及分布规律：桥址区下伏基岩为泥盆系中统东岭岗组（D2d）石灰岩，岩溶较为发育，据钻孔揭露，岩石常见溶隙、溶洞。本区属隐伏岩溶区，地表被覆盖，紧靠钻探揭露，在已钻的1494个钻孔中，1434孔揭示石灰岩，见溶洞总数1740个，见溶洞的钻孔1038个，钻孔见洞率72.4%。钻孔揭露可溶岩总进尺28746（含溶洞深度），见溶洞总深2103m，无填充（1636.2m/500个），全填充溶洞（1636.2m/160个）；根据《铁路工程不良地质勘查规程》（TB10027-2001）中的附录E判定，桥址区岩溶发育强度分级强烈发育。

覆盖层岩溶区的主要工程地质问题：除溶洞发育外，桥址分布的冲洪积物，上覆地层多为粉质黏土、细砂、中砂、圆砾土等，在与基岩面接触多为圆砾土，由于地下水位较高，第四系地层多受地下水影响，强度较低，在施工过程中极易引起地面塌陷。

2　溶洞处理原则

１）岩溶地区桩基桩位必须逐桩钻探，并详细记录地质状况，溶洞深度、高度以及填充物的类型。

2）检测溶洞填充物物理力学特性，主要检测容重、含水量、孔隙率等指标。

3）根据地质钻探资料及填充物情况，对每根桩基确定出相应的处理方案，成孔方法及施工措施。

4）遇到特大溶洞（即容腔高度＞8m）时，必须及时通知监理、设计单位现场核查，明确处理方案，形成纪要以指导施工。

3　溶洞处理方法

根据实际探测到的溶洞大小、填充状态、是否漏水涌水及溶洞的垂直个数（串珠洞）采取相应的处理方法、措施。

3.1　施工准备

（１）对桩位附近要做管线探测，对重要管线及邻近建筑物要提前做好防护措施。

（2）对钻探资料中出现溶洞的桩基础，要加大泥浆制备量，以应付随时出现的漏浆流浆现象，同时根据需要加大泥浆稠度，泥浆优先选用膨润土造浆。

（3）在钻孔附近位置要储备一定数量的黏土，并用编织袋装好，同时储备足够数量的片石，储备量大小要依据已探知溶洞大小而定，并确保能及时调运。

（4）钻机安装时，一定要增大触地面积，如接长钻机水平支架及安放足够长度的枕木，并在钻机周围用缆风绳固定。

（5）在钻孔附近储备一定数量和长度的钢护筒，以应突发事故。

（6）根据预定的钻孔方案，结合地质预测资料，对施工中可能出现的问题向钻机操作人员进行技术交底。

3.2　施工工艺

3.2.1　常规成孔

当溶洞内有填充物，是全填充可塑或软塑的粘性土，且溶洞不漏水，无暗河，基本上不用考虑溶洞的可能性，可直接按常规钻孔施工，但在钻进过程中应注意提高泥浆性能，加强护臂作用，并保持孔内泥浆水头高度。

3.2.2　开挖回填成孔

当已探测的溶洞较小（洞腔高度<3m）且埋深较浅，洞顶距地面高度1m以内，可直接采用机械开挖或人工配合凿除顶部岩层，然后全容腔范围逐层回填、夯实粘土至地表高度，再按照常规钻进法施工成孔。

3.2.3　片石黏土回填成孔（较常用）

当钻孔施工到穿越溶洞层时，一般护筒内泥浆水头会突然下降，或全部流失，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1:1体积比例）回填，遇到较大溶洞时可加入部分水泥，回填一层，用钻头冲击一遍，尽量使粘土和片石保持密实，直至回填至溶洞顶面1~2m。溶洞回填完成后，向孔内注入稠度较大泥浆，使其自然侵入到片石缝隙中，然后采用钻头冲击，使片石和粘土嵌入溶洞空隙中，形成泥石护壁，然后继续冲击成孔。若泥石护壁再次出现浆液流失，则再次回填、冲击，一次不行两次，两次不行三次，反复回填、反复冲击，直至不再漏浆，继续冲击成孔。

本办法适用范围广，除可单独用于处理溶洞外，还可与其他溶洞处理方法结合适用。施工中根据实际情况，为增加护壁作用，还可掺加水泥、水玻璃或麦秸等；回填用片石优先选用较大块径（30~50cm）。

3.2.4　素混凝土灌入成孔

对于较大溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，有时采用以上方法均无法成孔，或成孔后灌注水下混凝土造成孔壁坍塌，这时可采用往孔内灌注低标号混凝土（一般按水下灌注方法），灌注高度至溶洞顶50cm以上，间隔一定时间（48h），待混凝土凝固后再次冲击成孔；对于倾斜岩面，为矫正孔位保证钻孔正确钻进，也可回填素混凝土与斜岩顶面平齐，然后待强度形成后正常钻进。

混凝土可采用C20以下素混凝土，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量早强剂，以提供混凝土早期强度；对于较大溶洞，为节约混凝土用量，可以先采用回填片石粘土夯填至溶洞容腔基本饱满后，再灌注混凝土；因回填素混凝土成本相对较高，一般不直接使用该方法，只有当采用回填片石粘土反复成孔失败或岩层倾斜严重、岩质坚硬，为调整偏孔才使用该方法。

3.2.5　钢护筒跟进成孔法

当溶洞较大，洞内无填充或有流塑填充物，漏浆严重或与暗河相连通时，采用片石、粘土回填和灌注素混凝土仍然无法成孔时，可采用钢护筒跟进法施工成孔。这种方法一面冲孔，一面接长钢护筒，并将护筒震动下沉到已钻成的孔内或溶洞内，用于阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻进施工和灌注水下混凝土。

在垂向溶洞较多（多层串珠形），桩基较长时，钢护筒跟进困难，不能一次跟进到位时，可分次钻孔，分层跟进到位。

①钢护筒内径的确定：现场根据桩孔穿越溶洞的数量，确定护筒级数，每增加一级，护筒内径增加0.25m，其中最小一级钢护筒直径大于桩径0.2m。为保证护筒刚度和强度，防止护筒下沉时变形卡孔，钢护筒一般采用8~10mm钢板卷制。

②下沉护筒时，由大到小，分级逐次下沉进行。先钻大孔，下沉大护筒，再钻小孔，下沉跟进小护筒。如果穿越1层溶洞就采用1级钢护筒，每增加1层溶洞，就增加1级钢护筒，护筒跟进施工顺序如右图。

③钢护筒长度的确定：护筒长度=钻探确定的溶洞高度+3m，钢护筒顶部和底部均要穿过岩溶的界面，如果钢护筒长度过长，可分节下沉，在孔口焊接连接。

3.2.6　灌砂、压浆填充加固预处理成孔法

溶洞预处理原理即借助辅助措施使容腔内介质尽可能的与周围岩质保持一致，便于正常钻进施工。其具体方法是加固溶洞填充物和填满溶洞容腔并达到一定强度（20MPa以上），防止在钻孔过程中发生泥浆流失或塌孔，保障水下混凝土灌注等一系列施工工序顺利完成。在正式桩基钻进前必须取芯检验填充效果，待溶洞完全填满并有一定强度后才可钻进施工。

溶洞填充预加固施工法又可分为注浆法和灌砂注浆法。根据溶洞大小及填充情况，在溶洞的桩位中间和四周均布1~4个注浆孔，采用地质钻机钻孔，孔深要到达溶洞底部，注浆孔直径80~100mm,一般采用单液或双液注浆，注浆时要求少量多次反复注浆，为防止浆液流失造成浪费，可间歇式注浆，循环多次直至达到规定的注浆量和注浆压力。注浆时先注较深孔，然后逐步提高注浆压力，直至最后封孔。

预加固处理多用于无填充的小溶洞或多层串珠状小溶洞处理加固。

4　注意事项

１）施工前一定要充分收集钻探资料，避免在正常钻进中突然出现溶洞造成钻机塌陷、钻机倾斜等险性事故。

2）桩基钻进前一定要备足应急用粘土、片石、钢护筒等物资和吊车等机械设备。

3）钻进时要先钻深孔，后钻浅孔，钻进过程中穿越岩溶时采用较小频率钻进，避免对邻近桩基造成损伤。

4）要选用有经验的钻机手司职岩溶段落钻机的操作，以便出现漏浆和塌孔时能及时作出相应处理措施。

5）施工中要加强现场影像资料和隐蔽工程的原始资料收集，设专人及时签认。因岩溶的不可预见性，一般都要进行第三方审价，必要时邀请第三方审价单位提前介入。

6）对于较大溶洞的处理，要及时报告监理、设计单位共同协商确定方案，及时形成纪要。

5　结论

玉铁铁路近800根岩溶桥梁桩基经过近一年的施工，圆满顺利完成，得到以下几点结论与体会：岩溶地区由于地质条件的复杂特性和不可预见性，给施工带来了一定的困难，但是只要在施工之前加强对地面、地下的情况的勘察，做好施工筹划，根据其地区熔岩类型的不同，采用相应的合理方案进行施工，就能确保施工的进度安全以及工程的质量，避免一系列由于地质的原因带来的安全事故或工程质量问题的发生。同时，在岩溶地区桥梁桩基施工中一定不能急于求成，有些桩基往往要经过近十次的反复冲孔、回填，才能见到成效。

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参考文献

［１］张俭.广西喀斯特地区公路桥梁深水桩成桩工艺及要点分析[J].广西质量监督导报,2008(6).

［２］姜明和.桩基施工中岩溶地质危害的治理[J].地质与勘探,2011.

［责任编辑：汤静］