中铁十二局集团第四工程有限公司 551800
摘要：桥梁工程在当今飞速发展的交通工程中占有相当比例，桥梁桩基础特别是岩溶地段的桩基础施工，施工难度大，如果施工准备不足，施工方法不当，操作程序不正确，问题发现和处理不及时，往往会造成各类事故发生，进而影响工期，造成经济效益的损失，以及后期桥梁沉降量超标，威胁桥梁运营安全。
关键词：岩溶 桩基 施工
一、工程概况
梅龙高铁叶屋特大桥根据钻孔展示图统计，有地质钻探资料桩基为206根，有溶洞桩基为153根，约占总数量的74.27％，溶洞发育规模大小不等，溶洞洞高最小值0.3m，最大溶洞在41#墩，未钻穿。桩位地表上覆第四系全新统人工堆积层素填土、第四系全新统冲洪积层粉质黏土、粉砂、细砂、砾砂及细圆砾土、粗圆砾上，第四系全新统残披积层碎石土，下伏石炭系中上统壶天组石灰岩和砂岩、泥盆系中上统石英砂岩，岩溶强烈发育，溶洞填充形式主要为全充填、半充填及无充填三种，充填物为黏性土、粘性土、碎石、杂砂及灰岩碎块，呈串珠状发育形式，局部顶板已全部溶蚀，充填黏性土夹砂类土及碎块。
二、施工准备
2.1设备准备
根据岩层地质条件复杂的的特点，考虑到石灰岩的特质，采用冲击钻成孔工艺较为合理。一般选用4～4.5t底部带球弧面十字形铸钢实体钻头，钻头直径宜较设计孔径小2～3cm，并焊φ32mm钢筋环4个，用φ28mm钢丝绳围绕2～3圈，以备掉钻头后易于打捞。钻头采用十字形变坡式钻头，相邻两支叉角90°，在钻进过程中，钻头旋转摆动的角度为30°～40°，卡钻的可能性较大。为避免卡钻，钻头采用弧形外壁，倾角为150°，钻头底面为一平面。这样，在钻进过程中，钻头的旋转摆动只达到30°，既达到了整断面钻进的效果，又避免了卡钻。
2.2应急物资及设备准备
为提高钻机工效，在遇到溶洞、斜岩时需备装载机、吊车、挖掘机、水车、水泵等机械设备，另外还需准备片石、黏土、碎石、砂、袋装水泥等物资。
2.3技术准备
每孔开钻前，将每根桩地质柱状图挂在钻机上，让每一位参与施工的人员都充分掌握要钻孔的溶洞的位置、大小和填充情况等地质资料；钻孔过程中，由现场技术人员对施工人员进行跟班技术交底，不同地层采取不同冲程、不同的处理方法；对地质异常复杂的桩，则根据每根桩的不同特点，制定专门的工艺措施。
2.4制定钻孔顺序
桩基施工严格按每个墩台给出的设计先后顺序进行施工，总体施工遵循先施工长桩后施工短桩的先后顺序，并兼顾隔桩施工要求，先易后难的总体施工原则。
三、溶洞处理措施
3.1片石黏土筑壁
对于3m以内的小型溶洞主要采取填充法进行处理：当溶洞小于钻头直径时，按常规方法钻进；比钻头直径大的溶洞，即在钻至溶洞顶部1m左右时，应改用小冲程（0.5m～1.0m）缓慢钻进；当穿过洞顶板后提出钻头，向孔内投入黏土、片石，片石直径25cm左右；片石、黏土采取分层抛填入孔，抛填比例按1：1施工，先后抛入片石和粘土，循环进行直至填充物高出溶洞顶以上1～2m后，再放入钻头，小冲程高频率冲击穿过空洞。
对于无充填溶洞或半充填的溶洞，在击穿洞顶之前，应有专人密切注意护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水，然后根据溶洞的大小按1：2的比例回填黏土块和片石，进行冲砸堵漏，当泥浆漏失现象全部消失后转入正常钻进。
3.2灌注水泥混合物
对于溶洞的高度在3～5m，且洞内为无填充物的溶洞，冲孔至溶洞顶板岩层时，泥浆突然下降，补给泥浆不能回升，则采用集中抛填，将黏土、片石和袋装水泥或混凝土集中填入，要求短时、集中，使溶洞空洞形成一个自然圆锥体。然后用小冲程冲击将混合物挤压到溶洞边形成一定厚度和强度的水泥浆碎石护壁，混合物将空隙初步堵塞后，停止冲击。24h后，待混合物的强度达到2.5MPa后再继续冲击，穿过溶洞。
3.3多层钢护筒跟进
根据超前钻的资料，遇到第一层溶洞先施做外护筒，施工方法同单护筒跟进工艺；当钻孔施工接近第二层溶洞顶部时，调整钻头直径，钻头外径比拟放入钢护筒外径略大2~3cm。施工时要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护管，下内护筒时，应在护筒外侧焊导向板以起到导向作用，防止偏位。用吊车把内护筒放入外护筒内至孔底。
3.4超前注浆填充
超前注浆填充法适用于溶洞层数较多，为串珠状。注浆前可采用地址钻机钻孔，孔径为130mm，钻孔深度不小于设计孔深，注浆孔布置数量应根据溶洞填充情况及高压注浆泵压力计算而定。预注浆采用水泥浆，浆液在一定压力作用下注入溶洞中以及溶洞孔隙中，首先是填充岩溶裂隙，其次是回填溶洞空腔。
溶洞内充填物呈松散或软塑状态，且溶洞较小时，可直接注入水泥浆，空隙较大的部位可注入水泥砂浆。
溶洞内无填充物或填充物较少，且溶洞小时，先向洞内填充砂子，选择一个合适的孔位，放入并固定钢套管，将注砂管与钢套管相连接，在注浆前灌砂。根据成桩直径、围护体积的最小直径及堆积体成形规律，计算填砂量。用空压机将干砂压入，为防止洞内高压阻止灌砂，利用其它孔作为减压孔。待达到计算的填充体积，压力稳定时，即可停止。
四、钻孔桩常见事故预防及处理
4.1钻孔偏斜
钻孔中遇有较大的孤石或探头石；在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜钻进；或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均；钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。
预防和处理：
1）安装钻机时要使底座水平，起重滑轮缘、和护筒中心两者应在一条竖直线上，并经常检查校正；控制钻机速度，斜面钻孔作业，采用小冲程，反复回填片石将斜面冲平后再按正常速度钻进。
2）回填片石、黏土修孔；孔位岩面倾斜度较大或一半岩、一半土的情况，回填片石也无法纠偏，则直接灌注混凝土，待混凝土达到一定强度后，重新钻进。
4.2卡钻
当钻孔深度至钻穿溶洞顶板时，由于溶洞顶板岩层厚薄不均匀，在钻孔的面积上，一侧先贯穿，并且先贯穿的侧面又是溶洞，则钻头就可能随斜向掉下，沉入溶洞内。随着将钻头提起，未钻穿部分的溶洞顶板将钻头卡住，无法拔起；孔内出现梅花孔、探头石、缩孔等未及时处理；下钻头太猛，或钢绳过长，使钻头在孔内碰撞倾斜卡在孔壁上。
预防和处理：
1）卡钻后轻提，经提不动时，探准卡钻位置，可用小冲击钻头冲或用冲、吸的方法将钻头周围的钻渣松动后再提出；采用强提法和爆破震动法。
2）在穿越溶洞顶板时，使用小冲程钻进；下钻应控制钻进速度，不要过猛过快。
4.3钻孔漏浆
在冲击成孔中，由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通，遇到空洞、透水性强的砂砾或流砂中，特别是在有地下水流动的地层中钻进时，泥浆迅速流走，水头高度急剧下降，泥浆会向孔壁外漏失；地质资料揭示无溶洞或只有很小的溶洞，但突然发生跑浆，估计是挤破了旁边大溶洞的洞壁，或小溶洞与旁边的大溶洞是相连，造成意外跑浆。
预防和处理
1）凡属于第一种情况的，施工时要在孔边备足一定数量的片石和黏土，一旦出现漏浆，要及时回填片石、黏土冲击造壁，并马上补水，防止水头高度继续下降。
2）凡属于第二种情况的，采取投放片石、黏土，整袋水泥堵塞起到护壁作用，使钻孔顺利通过岩溶区。
五、结语
由于溶洞桩基施工具有较大大不可预见性、危险性，因此在溶洞处理过程中要综合考虑各种因素，尤其备齐各种应急物资，保证发生险情时能及时处理，然后综合选取多种组合工艺，经济、有效的完成溶洞处理，以保证工程质量和施工安全，保证工期，降低造价。
作者简介：吴斐，1987.02.23，男，河南漯河，汉族，本科，工程师，中铁十二局集团第四工程有限公司，研究方向：桥梁工程。