中铁十四局集团隧道工程有限公司 山东省济南市 250000
摘要 强烈发育岩溶地质给桩基施工带来极大困难，质量、安全风险显著提高，所以施工前的溶洞预处理就变得至关重要。深圳地铁16号线田心车辆段检修库工区地处复杂岩溶地区，根据不同大小溶洞，对具有代表性的试桩分别采取了不同的预处理方式，通过处理过程总结及成桩后的检测验证，对溶洞预处理设计方案进行了改进，为后续全面开展桩基施工明确了有效的溶洞预处理方法。
关键词 强发育岩溶 溶洞预处理 试桩
Karst cave pretreatment for pile foundation construction under strong karst geology
Fang Chao
(China Railway 14th Bureau Group tunnel Engineering Co Ltd，Shan Dong Ji Nan 250000，China)
Abstract Strongly developed karst geology has brought great difficulties to the construction of pile foundations, and the quality and safety risks have been significantly improved. Therefore, the pre-treatment of caverns before construction becomes very important. The overhaul depot of Tianxin Depot of Shenzhen Metro Line 16 is located in a complex karst area. According to different sizes of karst caves, different pretreatment methods are adopted for representative test piles. The processing process is summarized and the piles are tested and verified. , Improved the pretreatment design scheme of karst caves, and clarified an effective pretreatment method for karst caves for the subsequent comprehensive construction of pile foundations.
Keywords Strongly developed karst; Cave pretreatment ;Test pile
1 工程复杂地质情况
深圳市城市轨道交通16号线工程田心车辆段位于坪山区石井街道，其中联合检修库区域为钢筋混凝土框架结构形式，桩基施工多采用钻成孔灌注形式。钻探显示区域内岩溶分布普遍，见洞率为33%，岩溶发育深度位于基岩以下0.1m~6.3m，形态大小不一。溶洞总数58个，洞高0.1m~14.8m，平均高度3.11m，溶洞洞高＜2.0m的共32个，2.0m≤溶洞洞高≤5.0m的共13个，溶洞洞高＞5.0m的共有13个。溶洞填充无明显规律，大部分填充软~可塑状粉质黏土、砂、碎石，部分无填充，根据《建筑地基基础设计规范》判定区域岩溶为强烈发育，同时受断裂带影响地层分化明显，差异化显著。基于以上复杂地质特点，桩基施工前如不进行有效的溶洞预处理，很容易发生漏浆、塌孔、埋钻、断桩等安全质量事故，故本项目溶洞预处理也成为了决定桩基施工成败的关键。
2 溶洞预处理设计方案
2.1 桩基专项勘察
（1）本工程桩基位于岩溶强烈发育区域，且分布无规律，故采用每桩1孔并辅以管中物探方式准确探明桩基地质情况，即“一桩一勘”；
（2）桩基勘察时，勘察深度不应小于桩端以下4倍桩径，且不小于8m(本工程取8m)；当相邻桩底的基岩面起伏较大时应适当加深勘探孔深度。
2.2 溶洞处理原则
本工程桩基持力层位于地下水位以下，桩基范围存在无填充、半填充及部分全填充溶洞时，桩基施工前应进行岩溶处理，处理原则如下：
表1 溶洞预处理原则
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3 试桩溶洞处理过程
根据勘察结果本工程选取试桩共5根，其中3根为静载试桩兼施工工艺试桩，单桩极限加载值为30000kN，分别为SZ1、SZ2、SZ3；另外2根为施工工艺试桩，分别为GYSZ1、GYSZ2。溶洞处理方式如下：
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表2 试桩参数
3.1 现场溶洞处理
依据选定的溶洞处理方式分别对GYSZ2、SZ1、SZ2、SZ34根试桩进行相应溶洞处理，钻孔布置如图：
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图1 钻孔布置图
（1）GYSZ2共计设置投料孔4个，排气孔1个，采用1台空压机进行吹填投料，持续时间4天，共计填充C15细石混凝土146m3。1#填充细石混凝土52m3，持续时间16个小时；2#填充细石混凝土38m3，持续时间12个小时；3#填充细石混凝土36m3，持续时间6个小时；4#填充细石混凝土20m3，持续时间3个小时；填充完成。
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图2 流量计
（2）SZ1共计设置注浆孔5个（钻孔管波物探显示3#、4#、5#无溶洞），采用1台ZBSB-148~23/4-15注浆机进行注浆，持续时间4天，共计填充水泥砂浆28.23 m³。注浆前180分钟注浆压力平稳，注浆流速稳定，当单孔注浆量达到19.86 m³后，压力增加至1.6Mpa，孔原位冒浆，停止1#孔注浆，随即对2#孔开始注浆，压力稳定在1.6Mpa，4小时后孔原位冒浆，判定注浆已满，溶洞注浆完毕。
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图3 ZBSB-148~23/4-15注浆机
（3）SZ2共计设置注浆孔5个，采用1台ZBSB-148~23/4-15注浆机进行注浆，持续时间4天，共计填充水灰比1:1的水泥浆79.69 m³。注浆前180分钟注浆压力平稳，注浆流速稳定，当单孔注浆量达到20 m³后，1#注浆压力增加至1.6Mpa，孔原位冒浆，停止15分钟后继续注浆，注浆16.12m³后，原位孔冒浆，停止注浆。2#注浆15.04m³后,原位孔冒浆，停止注浆；3#注浆13.24m³后，原位孔冒浆，停止注浆；4#注浆9.18 m³后，原位孔冒浆，停止注浆；5#注浆6.11 m³后，原位孔冒浆，停止注浆；判定注浆已满,溶洞注浆完毕。
（4）SZ3共计设置投料孔2个，砂浆孔2个，注浆孔（同时做排气孔）1个。施工时，先后对4#和5#灌注塑砼57 m³；对1#和2#灌注水泥砂浆95.7 m³，压力达到1.6Mpa且稳定后，停止注水泥砂浆；对3#注水泥浆，水泥浆灌注10.2 m³后，压力达到1.6Mpa，原位孔开始冒浆，停止注浆。
3.2 全套管工艺施工过程
因全套管施工需穿过溶洞顶板岩层，采用单一套管无法施工，施工中采用双套管方案。具体施工步骤如下：
（1）埋设钢护筒Φ1800mm，高2.5m，高出地面50cm。
（2）采用旋挖钻钻孔Φ1700mm，钻入第一层基岩30cm后，下外层钢套管Φ1600mm，套管高17m，由2节组成，采用坡口焊接。套管采用35t汽车吊吊放安装就位。
（3）旋挖钻继续钻孔Φ1500mm，钻至设计桩底标高，下内层钢套管Φ1440mm，套管高27m，由3节组成，采用坡口焊接。套管采用35t汽车吊吊放安装就位。
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图4 全套管施工示意图及现场施工
实际在吊装第二层套管施工时，由于岩面倾斜及少许溶洞填充物影响，第二层套管未能下放到位，实际仅下放至设计位置上方约2m位置。过程中虽然采用旋挖钻机动力头强行下放，但仍无济于事。该桩于6月14日浇筑，设计方量39m³，实际浇筑方量40m³。
3.3 试桩检测情况
试桩完成后，工程质量检测中心于2019年6月16日至2019年9月16日期间进行了桩身完整性检测；于2019年9月23日至2019年9月24日期间进行了抽芯检测；于2019年8月3日至2019年8月14日期间进行了单桩承载力检测，具体检测结果如下：
表3 试桩检测结果
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3.4 试桩总结
通过对5根试桩的不同大小溶洞，采用不同预处理方式，取得了较好的溶洞处理效果，溶洞预处理方案、注浆参数基本满足成桩需求。但按照设计要求，对于＞5m的无填充或半填充溶洞采用全套管成孔工艺，在实际施工过程中工艺复杂，实施困难，主要原因为：
（1）成孔过程中，钢套管需穿过溶洞顶板岩层，落在溶洞底部。溶洞顶板厚0.5m~5m不等，且绝大部分为微风化岩层，岩石强度高，若采用全回转钻机钢套管直接切屑岩层，需增大钢管厚度，增加合金切屑头，但即使这样，实际穿岩过程对合金钻头磨损极大，成本极高，基本不具备可操作性。
（2）试桩过程中采用了“双套管”方案。该方案存在的主要问题一是成本翻倍增加；二是若遇斜岩，成孔稍微发生倾斜，钢套管很难下放到位，后续仍存在漏浆、塌孔风险。
鉴于以上原因，经与设计单位沟通，对于＞5m的无填充或半填充溶洞取消全套管工艺，对所有＞2m的无填充或半填充溶洞均采用填充塑性混凝土处理。
4 结论
本文根据溶洞预处理设计方案，选取具有代表性的试桩采用不同的溶洞处理方式，通过处理过程的总结对溶洞预处理方案进行了进一步的改进，同时经试桩检测验证了较好处理效果，明确了不同洞高的溶洞预处理方法，在相似强发育岩溶地质下进行溶洞预处理的工程可借鉴施工。
参考文献
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作者简介：房超（1986—），工程师，主要从事城市轨道交通等工程的研究及施工
基金项目：无