水阳江联桥桩基溶洞处理
刘杳华
摘要：水阳江联桥桩基施工中遇到溶洞、卵石层、水下混凝土灌注流失等技术问题。对溶洞采用注浆加固法、钢护筒跟进法、“补水、回填堵漏”等施工技术配合使用处理的方法；对水下混凝土灌注过程总流失采用“加深导管埋深、加大初存量、勤观测”的方法进行处理。实践证明上述处理方法是行之有效的，可供处理同类问题时参考。 关键词 ：岩溶、卵石地区 桩基 施工技术
一、工程概况
水阳江大桥位于安徽省宣城市水东镇境内,该桥横跨水阳江,连接宣城海螺新厂区和火车站，全长728m。
本桥上部主桥采用30米先简支后连续预应力混凝土箱梁，桥跨布置为6×(4×30)m；下部采用肋式桥台，柱式桥墩，钻孔桩基础。其中：?170cm40根，?150cm14根，?140cm2根，φ120cm12根，共68根。
水阳江联桥场地地下水主要分布在第2层卵石层中的潜水，根据水质分析结果该场地地下水类型为“SO4-Na-Ca”型。对砼结构及钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
桥位区勘察深度范围内，地基土自上而下分为如下9层： 第1-1层耕土 第1-2层素填土 第2层卵石 第2-1层含碎石粘土
第2-2层红粘土 第3层强风化泥岩 第4层强风化石灰岩 第5层微风化石灰岩 第5-1层溶洞
根据地质雷达勘查报告，7#～24＃墩台均有岩溶发育现象，岩溶主要以基岩面溶蚀沟槽、溶蚀漏斗、垂向延伸的溶蚀裂缝形态发育，局部规模较大形成溶洞。
溶洞其填充物为棕红色，松散，成份较为复杂，主要为软－流塑粘土夹少量碎石，钻进时有轻微吊钻及明显漏水现象。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加固法、钢护筒跟进法等施工技术配合使用处理溶洞，取得预期的效果。
二、 溶洞处理方案 2.1、施工简述
本桥于2006年10月13日正式开工，11台钻机在11个墩分别开孔，0#～6#施工情况良好，7#～10#墩钻孔，由于当时我们对卵石层和溶洞并存的施工影响认识不够，当钻到一定深度时，先后出现漏浆、卡吊钻、孔口坍塌，护筒和一台钻机随之陷入的现象，施工一度陷入停滞状态。如：7#-D1钻孔过程中卡掉钻，成孔时间13天；8#-D2钻孔施工过程中塌孔1次，成孔时间32天；9#-D2钻孔施工过程中塌孔2次，第2次塌孔后从新回填到地面，待沉积后再开钻。
以9号墩的D2号桩为例，2号桩设计孔深33.95米，桩径为?170cm，护筒埋深4.0米， 11月11日上午开钻，11月13日当钻至13米时，孔内水位下降，
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立即停钻回填粘土和块石，用钻头缓冲，同时用2台泥浆泵往孔内补充泥浆，30分钟后稳住了水位，继续钻进。 11月15日当钻至26米时，孔内水位下降，立即停钻回填粘土约20方，片石5.4方，用钻头缓冲，同时用2台泥浆泵往孔内补充泥浆，30分钟后稳住了水位，继续钻进。 11月18日当钻至30.5米，孔内水位又急遽下降，回填袋装粘土约30方，片石15方，用钻机缓冲，同时用2台泥浆泵往孔内补充泥浆，但无法稳定水位，半个小时后开始出现坍孔，从地面以下2~5m坍塌，回填至原地面重新开钻。
从9号墩的D2号桩地质雷达勘察报告标示的地质情况看：从地面至地面下2.0米为素填土，2~9米为卵石层，9~10.6米为微风化石灰岩，到桩底夹有3个溶洞，第一个溶洞刚好在地面下11.4~20.9米处，第二个溶洞在26.6~28.1米处，第三个溶洞在30.8~32.7米处。当钻孔先后到13米、26米、30.5米时，即先后遇到3个溶洞，孔内的泥浆流入溶洞内，出现漏浆失水现象。及时采取措施，回填粘土和片石填充溶洞或堵住溶洞口，用钻头缓冲造壁和造浆，同时往孔内补充泥浆，稳定水位并使水位上升。遇到溶洞，能够在短时间内稳定水位并使水位上升，而不至于坍孔，如遇到第一、第二个溶洞；如果遇到那些不能在短时间内稳定水位并使水位上升的溶洞，或遇到溶洞，不及时采取措施或者采取措施不当，使护筒下松软的土或砂层在长时间内无泥浆固壁，而造成坍孔。
通过总结和分析，我们判定塌孔的主要原因是：本桥桥址为卵石层，溶洞溶槽发育且地下水发育，当钻孔至溶洞处，由于孔内急遽漏浆，导致泥浆护壁失稳，砂层溜坍，最终造成孔口坍陷。虽然我们在施工过程中采用了回填片石和粘土的处理措施，但在控制进尺，加强溶洞处护壁上处理较为粗糙，当有一层溶洞处理不好，造成急遽漏浆，孔内水位马上下降，上层溶洞处护壁被挤破后砂层溜坍，
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导致坍孔。
坍孔的原因找到了，如何对症下药是关键。通过分析，我们抓住了几个关键因素：卵石层的钻孔处理、溶洞的处理和水下混凝土灌注流失的处理。以上三个环节任何一个环节出现问题，都会造成的施工质量，甚至导致废桩。而一根废桩处理一般最少要十几万元，还得花上一两个月时间，往往是造成巨大的直接经济损失和工期损失，后果不堪设想。为此，我们在施工方案的选定和施工中的应急措施进行了充分的酝酿和准备。在溶洞位置桩基施工时，采取钢护筒跟进的办法和注浆加固方法以确保桩基施工进度和质量。 2.2、注浆加固方法
在14#～17#、19#～23#墩桩基施工时，采取注浆加固施工措施，即对钻孔桩顶部10米左右厚卵石层。采用水泥浆固结的办法。在桩外径10-20厘米的周围，平均分布6个灌浆点，深度进入岩层0.5米。
2.2.1、技术要求
溶洞预处理的目的是为了加固顶部10米左右厚的卵石层并达到一定的强度（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。
2.2.2、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注浆加固法。因此，采用注浆加固法，
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同时也可兼用喷射灌浆法，加强卵石层的稳定。
（2）注浆加固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。对卵石层的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；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、挤密卵石层的砂砾的空隙，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；防止坍孔。
（3）工艺设计布孔：在有溶洞的桩位四周均布6个灌浆孔（见下图）。钻孔：孔径100mm，孔深要求达到岩面下0.5米。材料： Pc.32.5R水泥与水玻璃。
工艺：采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，要求少量多次、反复灌浆。
注浆加固灌浆孔桩基190017 2.2.3、主要施工机械设备
主要机械设备有：bw250泥浆泵，bw150泥浆泵，100型钻机，泥浆搅拌机和贮浆槽，高压灌浆管及其配件。 2.3、钢护筒跟进的办法
在7#～13#、18#～24#墩桩基施工时，采取钢护筒跟进的施工措施（19#～
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