岩溶区桩基溶洞注浆关键施工技术研究

胡文军1，许晓杰2，侯亚辉2，李 阳2，马向前3

（1.山东建筑大学，山东 济南 250101；2.山东公路桥梁建设有限公司，山东 济南 250031；

3.山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276006）

摘要：结合工程实例，总结了桩基溶洞的分布及特征，提出不同类型溶洞的施工技术方案，重点介绍了桩基溶洞注浆及二次注浆施工技术和质量控制措施。关键词：桩基;溶洞处理;注浆

中图分类号：P642.25 文献标识码：B

Study on key construction technology

of pile foundation karst cave grouting in

karst area

HU Wen-jun1 ，XU Xiao-jie2，HOU Ya-hui2，LI Yang2，MA Xiang-qian3 （1.Shandong Jianzhu University,Shandong Jinan 250101 China；2.Shandong Highway& Bridge Construction Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250031 China；3.Shandong Linyi Water Conservancy Engineering

Corporation,Shandong Linyi 276006 China）

Abstract:Based on engineering, the distribution and characteristics of pile foundation karst caves are summarized, and construction technology schemes of different types of karst caves are put forward, the construction technology and quality control measures of grouting and secondary grouting in karst cave of pile foundation are introduced emphatically.Key words:pile foundation; karst cave treatment; grouting

引言

在公路桥梁建设过程中，不可避免的会出现穿越岩溶地区的情况［1］，研究施工过程中桥梁桩基溶洞有效且经济的处理方法，对于提高岩溶地区桩基承载力、保证上部结构物安全具有重要意义。

目前，岩溶区溶洞的处理方法主要有强夯、填堵、

基金项目：山东省高校科技计划项目，项目编号：J18KA216、J18KA192；山东省住房城乡建设科技计划项目，项目编号：2017-K2-003。收稿日期：2019—07—04

作者简介：胡文军（1982—），女，山东临清人，讲师。

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灌注、平衡水气压力法等［2］。李士友以杭金衙高速

公路溶洞为研究对象，采用强夯法处理，效果较好

［3］

；李彬峰以内昆铁路线路基岩溶塌陷段为研究对象，采用注浆加固，提供了具体的施工工艺与质量控制，并对注浆效果进行了检验［4］。以泰东高速平阴黄河大桥桩基溶洞为研究对象，根据不同的溶洞类型对桩基溶洞采取不同处理方案及注浆工艺，并给出质量控制措施。

1 工程概况

泰东高速平阴平阴黄河大桥地处岩溶区，部分桩基穿越溶洞。主桥共有47#和49#两个桥墩，地处黄河冲积平原，其中47#桥墩位于黄河左岸河漫滩，地势较高，地面高程在41.05～41.32 m，场地上覆第四系地层主要为粉土、粉质黏土、黏性土及碎石土，下伏奥陶系石灰岩。墩下共设50根Ф2.2 m钻（冲）孔嵌岩灌注桩，单桩长95 m，按10行5列（横桥向×顺桥向）布置，见图1。

图1 47#墩桩基平面布置（mm）

2 溶洞分布及特征

根据现场地质钻探，揭示47#桥墩场地石灰岩岩溶裂隙发育严重，在强风化灰岩及强-中风化石灰岩中多见大小不一的溶洞，小部分溶洞裂隙内被粘土或粉质黏土完全充填，大部分溶洞为半充填。

充填裂隙粘土一般为硬塑状态，并夹杂有碎石或块状及柱状岩芯，局部溶洞内无充填物，钻探施工时有掉钻及严重漏浆现象。多数溶洞分布深度在地表80 m以下，高度超过5 m，属于较大溶洞。已探明的

山东交通科技

50棵桩中有9棵（占总数的18%）桩底以下10 m内存在溶洞，且直径大小从1～14.3 m不等，见图2。

图2 代表性溶洞分布示意（m）

3 溶洞处理方案

由于岩溶区溶洞形状、尺寸、位置的多样性，岩层强度的不均匀性，填充物的复杂性和多样性，决定了岩溶地段桩基施工的复杂性和困难度。岩溶区钻孔灌注桩施工过程中极易发生断桩、偏孔、卡钻、掉钻等问题，因此为岩溶区保证桩基施工质量，需根据前期勘探结果针对性处理，根据不同桩孔的溶洞大小情况选择有不同侧重点的综合处置方案。

3.1 溶洞处理施工技术方案3.1.1 小溶洞或裂隙处理

对岩溶裂隙及小型尺寸定义为1 m以下的溶洞，出现于47#墩29#桩基第三层溶洞。小溶洞或裂隙施工时，一般要求钻机施工通过该层溶洞时，进尺一段深度回填一定量的黏土，以封堵桩孔周边容易裂隙。

3.1.2 一般溶洞处理

洞高小于5 m且连通性较差的溶洞称为一般溶洞。针对此类溶洞，桩基施工过程中可增加护筒埋置深度，采用小冲程进行冲击，特别是对于空溶洞或半充填溶洞，控制冲击能与冲击速度，缓慢击穿洞顶。同时密切注意护筒内泥浆液面的高度，当泥浆面下降、泥浆的颜色和稠度产生变化、孔内水位发生陡变或钻进速度明显加快，表明钻头已钻进溶洞，再根据溶洞的具体情况进行填充。3.1.3 较大溶洞处理

大型溶洞（洞深大于5 m）在47#墩处溶洞桩基施工过程中广泛存在。由于各孔的溶洞尺寸和溶洞深度均较大，且不均匀，对工程的质量危害较多，处理起来有较大风险。常规方式处理后的长期效果难以控制，成桩后进行二次注浆处理。

2019年第5期

该类桩基溶洞采用如下几种处理方法综合处理：对于洞深大于5 m，且洞内充填程度差、连通性较好的溶洞，先进行预注浆处理，使溶洞底部得到一定程度的充填，封堵溶洞底部漏浆通道，然后再利用旋挖钻和冲击钻接力成孔；对于洞内充填程度高、连通性差的溶洞，直接利用旋挖钻钻孔，待钻到距离溶洞顶板5 m以上时换冲击钻继续钻进，此时准备大量黏土碎石混合料、袋装水泥、水和泥浆，待冲击钻击穿溶洞顶板时，立即提钻，同时向桩孔内快速补水补浆，提钻后迅速向孔内抛掷黏土、碎石混合料，厚度大于洞高3～5 m，同时抛掷3～5 t袋装水泥。孔内停止漏浆后再重新冲孔，

控制冲孔到漏浆部位的时间在水泥终凝之前，然后停止6～10 h，循环操作，直至凝固后的水泥黏土浆堵死漏浆源为止。

3.1.4 岩溶通道串浆、串孔处理

场地内岩溶裂隙发育良好、存在连通性较好的溶洞、且地下水较丰富时，桩基施工极易导致桩孔在桩身的某个部位被溶洞贯穿，形成通孔。如果溶洞较小，可向孔内回填碎石混合料，冲击形成护臂，阻断溶洞之间的串孔；如果溶洞较大，可向孔内抛入大块黏土碎石混合料，且分层加入整包的水泥，防止出现漏浆、塌孔。

施工顺序上可采取间隔施工，防止相邻桩孔在施工过程中相互干扰。当相邻桩孔清孔灌注混凝土时，本桩孔必须暂停施工并提升钻具，并投入粘土封堵，以防相邻桩孔清孔不干净影响其成桩质量，待邻孔混凝土灌注完毕后，将孔内粘土进行清理，继续钻进成孔。

4 注浆施工工艺

4.1 预注浆施工

钻穿溶洞顶板后，以Ф89 mm作为注浆管打入溶洞底部，管底部向上起50 cm管壁范围内钻间距为10 cm的梅花形钻孔。控制注浆压力为2～3 MPa进行注浆，观察注浆量变小后，提升钢管50 cm后继续注浆，直至桩基范围内的溶洞全被填满。4.1.1 布孔进行注浆

根据桥墩桩基布置和溶洞分布，以桩基中心线为基点沿直径为2 500 mm的圆周上均布6个注浆钻孔，见图3。孔底深度根据地质资料确定，但必须达到溶洞底板处。4.1.2 钻孔

用地质钻机钻注浆孔，钻穿溶洞顶板后取出钻具跟进Φ89 mm钢管。采用小型机具将钢管打入溶洞填充层至溶洞底部，见图4、图5。

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胡文军，许晓杰，侯亚辉，李 阳，马向前：岩溶区桩基溶洞注浆关键施工技术研究

图3 注浆孔平面布置（mm）

图4 注浆钻孔图5 内套管下放

4.1.3 注浆

（1）注浆材料及配比参数。注浆材料采用 P.O 32.5普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.8。（2）注浆压力。一般采用3～5 MPa的压力进行全填充碎石土层。在注浆操作过程中，注浆压力是变化的，因此选择合适注浆泵后，主要控制浆液的注入率，随时记录浆液压力的变化情况。若浆液压力发生突变，应立即停止注浆，并检查是否有异常情况。（3）注浆。注浆前，连接钻具与注浆泵，先向钻孔内通清水，时间达到15 min或孔口返出清水后进行注浆，自下而上分段灌注。按设计注浆水灰比0.8∶1进行注浆，若注浆困难，可调整水灰比为1∶1后进行注浆；若地层中有漏水现象，则适当减少水灰比。注浆量变小且压力停留在2 MPa时停止注浆，静等5 min后进行补注浆。若补注浆时注浆压力超过2 MPa，则提升钢管50 cm继续上一层注浆，如此循环进行，见图6、图7。

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图6 第一层溶洞注浆图7 第二层溶洞注浆

4.2 溶洞二次注浆4.2.1 注浆管设置

二次压浆是将注浆管绑扎在钢筋笼上，进行桩底、桩侧复合压浆对桩基混凝土进行充填，从而弥补由于溶洞导致的桩基局部混凝土缺陷，提高桩基承载力。

二次压浆共设四根直径为Ф32 mm、壁厚为3 mm的Q235B材质注浆管，将其绑扎或焊接到钢筋上，见图8。桩底、桩侧各设两根注浆管，桩底注浆管与桩基钢筋笼底端平齐，距底部0.5 m处设出浆孔，桩侧注浆管设置在溶洞区域顶底端，并设单向止浆阀，防止水下灌注混凝土时串入水泥浆。

图8 二次压浆管布置

4.2.2 注浆施工控制

在桩基灌注后10～48 h内完成二次注浆。主要原因是溶洞的存在有可能导致混凝土失浆或离析，从而引起混凝土固化缓慢。一般情况下，混凝土浇筑10 h后基本初凝完成，此时进行压力注浆，可以填充溶洞处未能完全初凝的混凝土以及粗骨料的缝隙，使桩基混凝土密实。

（下转第46页）

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（上接第40页）

4.3 压浆施工质量控制

二次压浆施工过程中，为保证施工质量，采用的措施：（1）桩身设四根注浆管，如遇某一根注浆管堵塞，可通过加大其他注浆管的压力进行加量压入；（2）在压浆过程中，如有其他管口冒浆或注浆压力持续低于正常值，可采用间歇式压浆，并降低水灰比；（3）若注浆压力持续较高，可提高水灰比，控制浆液压入量，提高浆液渗透力。

5 结语

提出了桩基穿越不同隐伏溶洞模式下溶洞综合处治技术及配套材料，形成了岩溶区隐伏溶洞探查、桩基施工质量控制、溶洞综合处治成套关键技术，为岩溶区桩基工程施工全过程质量控制提供了强有力的技术支撑。利用二次压浆对溶洞处进行带压力

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充填，采用桩底桩侧复合压浆工艺对桩基混凝土进行注浆充填，通过补充水泥浆，填补了粗骨料之间缝隙，使其密实，起到了弥补桩基局部混凝土缺陷的作用，提高了桩基承载力。

参考文献：

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