浅谈白坭河特大桥溶洞处理施工技术

　　摘要：白坭河特大桥为新建广州至珠海铁路正线,于DK4+444.75～DK10+141.465之间，该桥为铁路双线桥，桥中心里程为DK7+293.10,桥全长5696.715m，共设有157墩2台158跨。本文笔者主要分析论述了白坭河特大桥基础施工之钻孔灌注桩技术，可供同行参考，不足之处望请指出。
　　关键词：特大桥，溶洞，钻孔桩，施工技术，措施
　　前言
　　白坭河特大桥所经区域土层主要为第四系种植土、人工填筑土，第四系全新统以冲击为主的海陆交互相层的淤泥、淤泥质粉质粘土、粉质黏土、黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂、细圆砾土；石炭系的灰岩、角砾状灰岩、粉砂岩、泥岩、石英砂岩、炭质页岩、炭质灰岩、白云质灰岩等。地质钻探资料和以往该地区其他工程施工资料揭示，特大桥所处灰岩土区，岩溶发育较为普遍，地表下溶洞、土洞较多且分布规律性差，充填情况不一，个别溶洞有竖向多发育特征，对特大桥桩基础施工安全影响很大。
　　1基于特大桥钻孔桩采用冲击钻成孔的分析
　　1）冲击钻构造简单、操作方便、钻头提升灵活，在溶洞处理施工时较其他钻机能更快速、更安全的做出有效反应。
　　2）白坭河特大桥钻孔桩设计要求桩全截面嵌入完整弱风化泥灰岩层一定深度，桩长一般大于30m，成孔中需穿越较复杂覆盖层和较厚泥灰岩层，冲击钻较其他钻机对这种条件有更强的适应性。
　　3）冲击钻能挤土堵塞溶洞和裂隙，钻进过程中可对部分溶洞进行有效处理。
　　根据白坭河特大桥所经区域以往工程建设中和在建武广客运专线，岩溶发育地区钻孔桩成桩施工经验和相关资料，结合白坭河特大桥自身地质特点和以往施工经验及现场条件，对钻孔桩施工中的溶洞处理主要采用以下方案：当溶洞有填充物时采用岩溶注浆法、溶洞为空洞且洞高3m以内时采用抛填片石法、溶洞为空洞洞高3m以上时采用护筒跟进法。
　　2特大桥钻孔桩施工技术分析
　　2．1岩溶注浆法
　　地质钻探资料揭示有填充物的溶洞，可采用岩溶注浆法，在钻孔桩施工前先进行预处理，通过注浆孔向溶洞内注浆，利用浆体固结填充物和流砂，或用浆体填满溶洞。在固结体达到一定强度以后再进行钻孔施工，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。具体施工方法及工艺如下：
　　1）由于溶洞的不规则性，选择比较经济有效的静压化学注浆法。
　　2）在有溶洞的桩位四周均布4个注浆孔，孔径80mm，孔深要求达到最深溶洞的底部。材料：普通硅酸盐P32.5水泥与化学浆。
　　3）浆材的特点要求：能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。对溶洞中的砂、砾等土体，浆液通过渗透作用板结砂和砾；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液通过劈裂、挤密作用加固土体；对半填充溶洞的空间，浆体通过充填作用填满溶洞。
　　4）注浆时进行全孔注浆，要求少量多次、反复注浆。
　　2．2抛填片石法
　　抛填片石法，操作简单，效果明显，在工程实践中被广泛应用，施工方法和工艺较易掌握。抛填片石可分为两个阶段，一是溶洞顶板击穿前，二是溶洞顶板被击穿后。
　　钢护筒难以下沉至理想深度，埋设较浅时，钻进中接近溶洞顶板1m左右时，向孔内回填2～3m高片石，采用小冲程，将片石挤压至孔侧壁内，如此反复几次，在溶洞顶板以上形成相对稳固的孔侧壁，以免击穿溶洞顶板时，孔侧壁土体随泥浆流失造成坍塌。溶洞顶板被击穿后，钻孔桩内泥浆面会快速下降，为保证孔内水头，应立即向孔内补浆，并同时用挖掘机向孔内抛填片石和黏土，进行堵漏，待孔内泥浆面稳定后，重新开钻，如此反复几次，片石和黏土组成的混合物在溶洞内形成固壁，完成护壁和堵漏工作。如下图1所示。
　　图1钢护筒护壁及堵漏示意图
　　2．2．1施工就绪工作
　　每根钻孔桩开钻前技术人员对该桩位的地质情况进行技术交底，并组织施工人员和桩机手进行学习，做到人人了解溶洞位置、大小和构造，充填情况、顶板岩性和厚度，以及溶洞的描述等。选择在处理土（溶）洞方面有着丰富施工经验的施工队伍负责桩基施工。
　　施工前在孔口附近储备一定数量的片石和黏土，数量视溶洞大小而定，片石和黏土重量比例为1:1。储备足够长的钢护筒，以备处理突发事故用。挖掘机1台，用于向孔内投放片石和黏土。同时采用大泥浆池，增加泥浆制备量，较正常施工时多出50m3的泥浆，以备漏浆时使用，同时加大泥浆稠度，采用优质膨润土或黏土现场造浆。
　　2．2．2钢护筒施工
　　钢护筒采用8mm厚钢板卷制，其管径比桩径大10～20cm，采用打桩机或45kw振动锤下沉钢护筒。钢护筒理想打入深度应下沉至岩层，当覆盖层较厚，摩擦阻力过大，下沉有困难时，下沉至机械能打入的最大深度。桩机冲孔过程中可能会使得钢护筒下陷，遇到此类情况应及时跟进钢护筒，直至护筒沉陷达到稳定状态。
　　2．2．3钻孔
　　穿越一般地质按正常施工速度钻进，当钻至距溶洞顶板1m左右时，如果钢护筒未下沉至此深度，按“溶洞内抛填片石示意一”处理，改为小冲程快频率，提绳高度控制在1m以内。
　　2．2．4击穿溶洞顶板
　　这是溶洞施工的一道关键工序，存在着地面塌陷、钻机倾覆、人员伤亡等危险。在击穿洞顶之前，应派专人负责观察钢护筒内泥浆面的变化，一旦出现泥浆面迅速下降，应立即向孔内补浆，同时提出钻头，用挖掘机按1:1的重量比例向孔内投入现场储备的片石和黏土，进行堵漏。待泥浆面不再下降并稳定后，用小冲程轻打挤压，慢慢将片石、黏土挤压到溶洞中，堵塞溶洞通道，如此反复操作，直至不再漏浆为止。再转入小冲程冲孔固壁成孔，以顺利穿越溶洞。
　　2．3护筒跟进法
　　护筒跟进法的核心是利用钢护筒做护壁，钢护筒应具备足够的刚度，以抵抗击穿溶洞时钻孔侧壁土压力。对于大型溶洞和多层串联溶洞，实际施工经验表明，采用护筒跟进法，能取得较好效果。施工中钢护筒跟随钻头进尺，直至穿越溶洞。如图2所示。
　　
　　1）对于护筒跟进法施工中，穿越小溶洞时（高度3m以内），可直接抛填片石和黏土混合物，按照抛填片石法进行处理，以减少钢护筒跟进级数，从而降低施工难度和节约成本。
　　2）护筒级数以10cm递减，根据桩径和计划下钢护筒级数，确定最初开孔直径。下沉内层钢护筒时，钻头为D+10cm的钻孔，由于冲进中扩孔原因，可以安装外径D+10cm的内层钢护筒。
　　3）由于溶洞底部岩面倾斜，护筒刃脚处有可能与岩石接触不严密，导致泥浆流失，施工时应尽量下沉钢护筒，直至不能下沉为止。
　　3溶洞区域施工常见问题分析
　　溶洞区域施工常见问题主要表现在：
　　1）冲孔中穿透溶洞顶板，泥浆就会大量流失，从而丧失泥浆的护壁和平衡作用，从而引起塌孔，若处理不及时，还可能引起大面积塌方。
　　2）穿越溶洞时，溶洞顶和溶洞底岩层有倾斜或者岩层厚度不均匀，还由于岩溶地区，本身存在基岩面高低起伏，壁面陡峭，因此钻进时易发生偏孔。
　　3）卡锤、掉锤、埋锤
　　卡锤的原因和形式多种多样，由于灰岩硬度高，故在某断面上不能很快开成圆形，而是类似于梅花形，锤体在升降过程中是自转的，当锤体断面跟桩孔梅花形断面不吻合时就被卡住了。当锤底一角正好碰到断面中的突起处，锤体猛然倾斜，就会出现横卡现象。又由于石灰岩基岩表面起伏凹凸不平，如果锤体在类似“>”形岩沟中冲击，就又可能出现卡锤。掉锤、埋锤是由于桩锤突然冲穿溶洞顶板，锤体悬空，瞬时拉力过大，钢线绳被拉断，造成掉锤。如随即产生塌方就造成埋锤。另一种掉锤情况是由于卡锤时提锤用力过大，拉断钢丝绳而掉锤。
　　4）灌注水下混凝土时，混凝土或者混凝土中的水泥浆从未堵塞住的缝隙流失，造成混凝土超灌严重，水泥浆流失桩身混凝土质量偏差。
　　4溶洞区域施工技术措施
　　由于岩溶发育地区地质情况异常复杂，桩基础施工中存在着较多不确定因素，虽然施工前进行逐桩钻探，也难以保证准确全面了解桩基地质情况，对溶洞处桩基础施工时，应密切关注现场变化，以对出现的异常情况及时发现并迅速做出处理。
　　4．1溶洞处理施工以预防为主
　　对已探明的大溶洞，桩基础施工前进行注浆处理。用抛填片石法和护筒跟进法处理溶洞时，预先备足填料和钢护筒、足够量的泥浆和施工机械。
　　4．2冲孔至溶洞顶板1m左右时，适当加大泥浆的比重和泥浆制备量，每个孔位配备2台或以上的泥浆泵。采用小冲程快频率进尺，同时派专人观察桩孔内泥浆面变化。
　　4．3击穿半填充、溶洞内填充物为软弱性黏土或淤泥等，进入溶洞后，均应立即向桩孔内投入片石和袋装黏土，超出溶洞顶面2～3m，然后用小冲程的方法冲击投下的混合物，使其挤入溶洞、裂隙中，如此反复操作来堵塞溶洞通道以固壁。
　　4．4钻头在击穿溶洞顶板时，可能会滑落溶洞中，而提锤时又易被溶洞顶板岩石卡住而造成埋锤。施工时在溶洞范围内，严禁打松锤，应绷紧钢丝绳，采用小冲程进行低打紧击，发现漏浆时，立即讲钻头提升至孔口。岩溶水一般呈酸性，在钻孔过程中一旦进入泥浆则会使泥浆呈酸性而导致沉淀，这是可投入小苏打进行中和，以保证泥浆质量，避免塌孔。
　　5结束语
　　建筑产品的质量事关社会的公众利益和公共安全。因此，作为建设工程的参与者，施工企业必须以对国家、对人民、对子孙后代高度负责的精神，切实增强质量责任意识，从施工过程的各个环节、各个方面落实质量责任，确保建设工程质量。白坭河特大桥在溶洞处理施工全程中统一指挥、密切配合、按部就班取得了良好的工程效果。