高速桥梁桩基溶洞解决综述

湖南道县至广西贺州高速公路(简称道贺高速)是湖南省高速公路网的组成部分，途经永州市的道县、江华县、江永县、回龙圩管理区等三县一区。起于道县南向阳村，设枢纽互通与厦(门)蓉(成都)高速公路宁远至道县段顺接，经道县南、祥霖铺、桥头铺、黄甲岭，止于湘桂两省区交界地回龙圩管理区永济亭。路线全长50．652km，全线共设特大桥1317m／1座，大桥4489．75m／14座，中桥310．58rn／4座，总长7065．6m，桥梁长度占路线全长的13．95％。桥梁基础为桩基础，采用人工挖孔与机械冲击成孔配合的施工方法，经勘测沿线为喀斯特地貌，岩溶发育丰富，对桩基的施工造成相当大的困难，为确保施工安全，保证桩基质量，施工过程中对桩基溶洞处理进行了摸索探讨，总结出以下溶洞处理方法：①人工挖孔桩施工过程中出现的尺寸比较小1—2in的干溶洞，桩基周围采用M7．5浆砌片石60一100em，护壁混凝土加厚至30cm并配纵向横向钢筋网，处理效果比较好，处理后的桩基混凝土浇注全部为I类桩。②对溶洞大而深且相互连通，地下水丰富的部位，为保证桩基质量，采用抛投石块粘土和帷幕注浆法的施工方法，再配以机械冲击成孔，下面以石盘坝2#桥为例。

1工程概况

k33+920石盘坝水库2号大桥，根据原设计地质资料和地质补勘报告，桥位岩溶十分发育，全桥7个墩台中6个墩台有溶洞，最小溶洞0．9m，最大溶洞为l3．5m，其中多层溶洞的桩接近一半，其中超过10m桩有2个，超过7．9nl的桩有4个，超过6．5ITI的桩有5个。由于地层溶洞发育，严重影响桩基施工，若处理不当将极大增加财力、物力和人力，且整个桩基工期无法保证。为保证整个工期，减低成本，保证安全，全桥桩基础施工由人工挖孔改为机械冲击成孔，溶洞处理根据溶洞大小为分两套治理方案，抛投石块粘土和帷幕注浆法(溶洞大于6．5m)。

2治理方案的选择

1)抛投石块粘土治理法：小于6．5121(不含6．5m)溶洞的桩孔，由人工挖孔改为冲击钻机冲击成孔，溶洞部位抛投石块粘土，用冲击锤来回多次抛投冲击以保证足够的孔壁强度，防止浇注桩芯混凝土时混凝土重力将孔壁挤垮，桩芯混凝土流人溶洞造成事故。

2)帷幕注浆法：由于处于岩溶发育地层，桩基施工的难度主要为以下几种：①溶洞内由于半充填及未充填，且充填物为软塑状粘土，稳定性极差，施工过程易造成掉钻、塌孔、埋卡锤及地面沉降事故。②石芽、石笋及半边岩的存在，冲锤平衡度降低，护壁困难，且施工中易偏锤偏孑L，纠偏难度较大。③溶洞内漏浆漏水导致孔内液面下降地层失稳，发生塌孔及地面沉陷事故。④成孔阶段由于泥浆比重较轻(1．20左右)可能暂时护住孔壁，但在灌注桩芯混凝土时混凝土比重大，桩芯混凝土重力有可能压破孔壁而使混凝土流人溶洞造成事故。以上几种情况若处理不好势必严重影响整个工期和桩基质量。施工采用的治理方法：对于溶洞大于6．5m的桩基采用帷幕注浆，其主要作用如下：①溶洞通过注浆充填，消灭了半充填及未充溶洞，防止突然掉钻、塌孔、埋卡锤事故的发生。②对于大于6．5m的溶洞抛投石块黄泥不能形成稳定孔壁，通过注浆形成结石，从而达到固结、粘合，提高孔壁稳定性和抗变形能力以及传递应力等作用。③半边岩，注浆时由于水泥浆液的充填，使两边的地层强度趋于平衡，可有效地防止偏锤偏孔事故发生。

3注浆设计

桩基地质因素，注浆压力和重复注浆是使水泥浆液在溶洞内充分排水、填充、密实的三个要素。根据这三个要素对溶洞治理采用“小口径钻孔，孔口封闭、自下而上、重复注浆”的注浆方法，此方法注浆能使水泥浆液很好地渗入或挤压到溶洞充填物内。所谓“小口径钻孔、孔口封闭、自下而上、重复注浆”就是利用地质钻机，金刚石钻头钻孔到溶洞底部，孑L口用特制螺纹的井口套管用水泥浆固结，注浆时注浆管下至溶洞底部，孔口封闭，注浆泵将水泥浆通过管路泵至孔底，重复压注，使桩孔周围形成水泥墙。

1)注浆范围。大于6．5m高溶洞的桩基础外0．5m范围注浆形成帷幕。

2)注浆孔布置。要治理溶洞的桩基础，每桩均布8个注浆孔，该桥大于6．5m的溶洞有5根桩基础，共施工注浆孔40个。

3)注浆孔深度。钻孔以钻至溶洞底为终孔深度。

4)注浆压力。若孔内产生压力时以0．2MPa为停注数值。

5)注浆量。由于该地层溶洞勘察时溶洞内都有充填物，故注浆量以孔口流出水泥浆为准。

6)注浆顺序：隔孑L灌注。

4施工方案

4．1工艺流程

整个注浆施工工艺流程为：场地清理一安设地质钻机一开孔一高压洗孔一埋设井口套管一钻孔一安装水泥浆搅拌机一布置注浆管一压清水一压浆一固结。

4．2钻孔

4．2．1开孔、下井口套管

钻机安装完毕，用l1O开孔钻头钻至岩石0．5m深，下入4,1o8钢管，钢管外壁与钻孔内壁用水泥固结，108套管上端车有特殊螺丝扣，注浆时以便与注浆接头连接。作用：为保证注浆后期形成一定的压力，下人井口套管作为抵抗由压力注浆时所产生的负压。

4．2．2钻孔

井口管埋设完毕后，钻孔至溶洞底部，注浆钻孑L施工过程随时注意进度快慢，孔口出水量变化情况，作好详细记录。钻头选择：由于溶洞顶底板岩层均为灰岩，岩性坚硬故采用金刚石钻头钻进。

4．3注浆施工

本注浆施工总的指导思想是：①保证桩基础顺利施工；②防止大量渗漏；③注意经济和效果。

4．3．1注浆方法

钢管施工法：在桩基周围钻取8个孔，沿孔将注浆钢管下到溶洞底部，水泥浆通过钢管由溶洞底部向上挤压的一种方法。优点：钢管施工法容易操作，施工费用较低。

4．3．2施工顺序

采用隔孔注浆法，注完一个钻孔后隔开跳到另外一个注浆孑L压注。钻孔应统一编号，做好施工记录，及时整理资料，以便指导注浆施工。

4．3．3固结注浆浆液

由于单水泥浆液有如下特点，本溶洞治理材料采用水泥浆。

1)粘度低、流动性好、可注性好，能够进入细小隙缝；

2)稳定性好，常温常压下较长时存放不改变其基本性质，不发生强烈的化学反应；

3)无毒、无臭、不污染环境，对人体无害，属非易燃易爆物品；

4)对注浆设备。对管路无腐蚀性，并且容易清洗；

5)固化时无收缩现象，固化后有一定的粘结性，能牢固地与岩石粘接；

6)结石率高，结石体有一定的抗压和抗拉强度，不龟裂抗渗性好；

7)配制方便、操作容易掌握，原材料来源丰富，价格便宜。注浆用水泥采用普通硅酸盐水泥，其强度等级为32．5MPa，材质应新鲜，不能有潮湿或结块现象。

4．3．4简易压水

钻孔钻至溶洞底后，均应进行钻孔清洗，然后进行简易压水，根据压水情况确定压浆压力调整。

4．3．5注浆

1)注浆设备：HT一150G油压钻机2台、BW一150注浆泵1台、水泥浆搅拌机1台、钻具2套、高压管路1套、其它辅助设备若干。

2)注浆材料：①强度等级为42．5MPa普通硅酸盐水泥；②纯净清水；③处理药剂(附加剂)(三乙醇胺、食盐)。

3)配制水泥浆时，力求加料严格准确，加料顺序一定要求加完水后，在搅拌的情况下方能加入水泥，以免搅拌机卡住，待搅拌均匀后，再加入附加剂。为了现场配制方便，将一定体积中的材料用量列表。

4)注浆：

①水泥浆搅拌设置集中制浆站，高压管输浆，分别泵送备注浆孔。②孔口套管上部车螺丝扣，注浆时装上特制螺丝头，上部连接注浆管路，下部用压浆管从螺丝头内直接下到溶洞底部，注浆时由溶洞底向上压浆。③浆体必须经过搅拌机充分搅拌均匀后，才能开始压注，并应在注浆过程不停地缓缓搅拌，浆体在泵送前应经过筛网过滤。④注浆时首先用稀水泥浆，水灰比由1：1，0．8：1，0．5：1向孔内无压泵送。⑤注浆压力：注浆压力是保证和提高注浆效果的重要手段，当孔口流出水泥浆时，将螺丝头安装到孔口套管上，缓慢升压，逐渐达到0．2MPa。为使水泥浆液充分扩散，应压一阵停一阵，当浓水泥浆从孔口冒出后，停止压浆，关闭逆止阀闷浆10～20min，结束压浆。⑥封孔：注浆结束后，把孔内析出的清水首先排出，随即用大稠度水泥浆充填，待稠水泥浆充满孑L后，停一段时间用混凝土封闭。

5结束语

钻孔检测，注浆效果很好，经机械冲击成孔后，灌注桩基混凝土检验都为一类桩，确保了桥梁的质量与工期，希望以上方法能对以后高速公路的桥梁桩基施工有一定的参考作用。