岩溶区桩基处理措施

    1 .1 溶洞处理目的

溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度，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。

1.2溶洞桩基地质灾害分析

1.2. 1岩溶区桩基施工的主要病因：一是覆盖层主要为易垮塌的流塑状淤泥和流砂；二是灰岩本身存在未充填的裂隙、溶洞。当桩基施工至溶洞、裂隙处时，孔内泥浆迅速渗漏，如补浆不及时，上部覆盖层由于护壁失稳而极易垮孔，严重者造成大规模地面沉陷。

1.2. 2由于溶洞及溶蚀发育，导致 岩面起伏不平，有时甚至在桩径范围内亦出现有半边岩，冲桩过程中经常出现斜孔、卡锤、掉锤或冲锤开裂破坏等现象。

1.2. 3桩基一旦停止施工或者在清孔停止时，溶洞内已形成的稳定护壁往往由于负压释放，护壁失稳，导致灌注过程中出现沉渣过厚或者出现团块状夹石现象。桩基在首批水下混凝土灌注前溶洞内的充填物回流至孔内，导致桩底沉渣厚 超标，桩中出现夹泥现象。

1.3准备工作

1.3.1施工技术和物资准备

在施工过程中，若钻孔灌注桩钻进时遇到溶洞、裂隙地带，就会出现孔内泥浆急剧下降，如不及时补充水头和抛填粘土、片石等回填物堵塞溶洞、裂隙带的漏浆空洞，抬高水头以增加孔壁侧压力，孔壁土层就不能承受地下水和周围土层的侧压力，就会造成护筒底部地层坍塌和埋钻的现象，护简周围地面大面积整体下陷，地面也可能出现裂缝。一旦出现这种异常情况，若处理不及时或处理不当将会影响到工程质量和人员、设备的安全，造成经济上的重大损失，施工周期也将延长。

在施工前，现场负责人必须根据逐桩钻探资料认真研究各墩台溶洞分布的平面位置、高程、范围、连通性和有无充填物等情况，大概计算出溶洞的体积，并根据设计要求在现场备足水、粘土、片石、碎石、和水泥等必备材料，同时设置容量不小于 2倍单孔容量的泥浆池和沉淀池，制备符合要求的优质泥浆，应急电源和施工机械也应作充分准备，确保意外情况出现时，能按照应急预案中的施工方案及时进行处理。

1.3.2埋置好钢护筒

为防止钢护筒在钻进成孔过程中水头突然下降、地层扰动后液化发生坍塌倾斜等事故，在埋置护筒时，将护筒0.5～1.0m周围内的原状土挖除，回填粘性土至护筒底以下 0.5m处并夯实，然后通过定位的控制桩放样，把钻孔中心位置标于孔底，再把护筒放进坑内，然后移动护筒、使护筒中心与钻孔中心位置重合。在护筒周围对称、均匀回填最佳含水量的粘土，分层夯实、达到最佳密实度，同时也选用刚度好、接头严密、不漏水、抗挤压的钢护筒。

1.4溶洞施工控制要点

桩基础施工均采用冲击钻成孔工艺。由于大量溶洞的存在，给桩基础施工带来很多困难，大至分为三种类型：溶洞较小，钻孔过程中有漏浆现象；溶洞较小，钻孔过程中孔底岩面倾斜，溶洞漏浆；溶洞较大，钻孔过程中漏浆严重，大面积塌孔。针对施工过程中出现的情况采取相应的处理措施。

1.4.1对于溶蚀发育轻微比较小的溶洞

对溶蚀发育轻微、空洞不大、施工时漏浆量小的桩基施工，可采取反复投入黄土和片石，片石和粘土比例控制为1:1～1:1.5，利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中，还可掺入水泥、烧碱和锯末，增大孔壁的自稳能力；若溶洞内有充填物且充填物呈松散或软塑状态时,钻孔时出现漏浆现象，反复回填片石和粘土时，可加入一定比例的袋装水泥,通过冲击将回填物挤入溶洞，水泥可起到固结护壁的作用；若充填物已固结呈硬塑状态时,则可以直接冲孔,但需加大泥浆浓度以加强护壁。

1.4.2对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等,冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用,保证泥浆不流失,使钻孔顺利通过岩溶区。

1.4.3对于空溶洞

溶洞内无填充物或填充物较少,采用先填粘土和片石，锥形锤压入空溶洞，必要时采用压风机向孔内灌砂，用压风机将干砂压入,为防止洞内高压阻止灌砂,利用其它孔作为减压孔，然后再注浆固结。

填充粘土和片石效果不佳时，利用冲击钻穿溶洞顶板后，灌注低标号砼，使砼面高于溶洞顶面，砼灌注时采取间歇方式，待砼达到一定强度后再继续钻孔，穿过低标号砼，钻至溶洞稳定层成孔。

1.4.4溶洞发育且对桩基承载力有影响的桩基施工，在桩基施工前进行石粉加水泥压浆堆填处理,使溶洞封闭,保证钻孔过程中不漏浆，根据地质情况在每一根桩的中心位置钻注浆孔，然后进行压浆处理，待浆液凝固到一定强度后即进行钻孔桩的施工，施工按常规钻孔桩施工方法。

1.4.5溶洞附近成孔经过处理后的岩溶处,成孔方法基本上与普通冲击钻成孔方法相同,采取用冲击钻方式成孔。成孔时应注意以下几点。

(1)冲击成孔必须待注浆凝固后或灌注的砼达到一定强度才能进行。  

(2)为防止意外,冲孔前应有备用措施,备好材料,一旦泥浆泄露,及时向孔内投放粘土、水泥和片石,依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构墙,保持孔内泥浆高度,使得冲钻顺利进行。

1.5钻孔桩溶洞处理措施

1.5.1 常规处理方法

（1）桩机安装时，要尽量加大它的触地面积，在钻机底座滚筒下加铺二根长 18m 的Φ 30cm 无缝钢管，防止坍孔时钻机下沉或倾斜，并在桩机后用缆绳拉住。

（2）对地质资料中有溶洞的钻孔桩基础加大泥浆制备量，以应付随时出现的失浆现象，同时根据需要加大泥浆的稠度。

（3）在钻机附近储备一定长度的钢护筒，以应付突发事件。

（4）遇到较大溶洞时，先在孔口附近准备足够的块石、粘土、水泥，在洞顶击穿时，一旦发现漏浆，要迅速填堵，防止坍塌，一般土洞、溶洞在洞顶击穿后，桩中的泥浆会下降的很快，此时要将准备好的块石、粘土、水泥按照比例抛入，直至孔中的泥浆停滞下降，并慢慢上升，此时可用冲锤进行适当的挤压，反复作业直至把桩基两侧的溶洞填满或堵死。最后补充泥浆重新成孔。较大的溶洞最好等1～2天后再重新冲孔成桩。

（5）在成孔过程中，要特别注意快到土洞、溶洞的洞顶时，冲锤采用低锤密击的方法施工，以防止顶板过早被破坏，造成失浆，同时防止卡锤、掉锤等现象，在钻进中，密切观测。

1.5.2钢护筒跟进法

溶洞较大，洞内无充填物或流塑充填物，漏水很严重，采取片石加粘土反复打密，仍然无法形成泥石护壁的，可采取钢护筒跳进法施工。该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其震动下沉至已钻成的孔内，以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。

钢护筒跟进有两种施工方法。一是冲击钻成孔钢护筒跟进法。还有一种情况就是桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏，漏几个溶洞钢护筒跟到几个溶洞。

冲击钻成孔钢护筒跟进法施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。钻头外径和钢护筒内径空隙控制在10 cm，保证冲击钻在护筒内顺利提升或下冲。在护筒跟进很困难时，可以先下在大护筒后下小护筒，然后割掉在大护筒下缘以上的内护筒，以保证桩砼与外护筒的连接。

如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小，不能使钢护筒下沉时，可采用小药量电雷管焊破，保证钢护筒顺利下沉，可在井口上部设一个简易导向装置进行控制。

在井口用 20槽钢焊一个井字架，两槽钢间的距离大于钢护筒外径10mm左右。在距孔口 2～3 m的位置设一个导向用的环形钢筋，内径也是大于钢护筒外径10mm左右，锚固在砼护壁上，钢护筒沿这两个定向装置下滑。上下钢护筒拼接时，用2台经纬仪(或2人持垂球)在两个垂直方向看护筒边缘均在竖直线上，护筒是竖直的。拼好的钢护筒沿导向装置下滑。

为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为 8 ～ 10mm为宜。

1.5.3成孔时注意事项

（1）冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行。

（2）为防止意外，冲孔前必须备好材料，一旦泥浆泄漏，能及时向孔内投放粘土、水泥和片石，依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构，保护孔内泥浆高度，使冲钻顺利进行。

（3）加大泥浆量和密度。

（4）当岩面倾斜较大，钻头摆动撞击护筒或孔壁时，回填片石，使孔底形成一个平台后再转入正常冲孔。

（5）接近岩溶地段时采取轻锤冲击，加大泥浆密度的方法成孔，防止卡钻和掉钻。

1.6钻孔桩施工中常见事故及处理办法

1.6.1塌孔

（1）塌孔的表征是孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出碴量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等，原因如下：

①泥浆比重不够或泥浆其它性能不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮，孔壁渗漏。

②孔内水头高度不足，支护孔壁压力不够。

③护筒埋置太浅，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水泡软化或钻机搁置在护筒上由于振动使孔口坍塌、扩展或较大塌孔。

④在松软砂层中钻进，进尺太快护壁不好。

⑤提着钻头钻进，旋转速度过快，空转时间太长。

⑥清孔后泥浆比重、粘度等指标降低，反循环清孔，泥浆吸出后未及时补浆。

⑦起落钻头时碰撞孔壁。

（2）预防及处理原则：

①保证钻孔时泥浆的各项质量指标满足规范要求。

②保证钻孔时有足够的水头高度，不同土层中选用不同的转速和进尺。

③起落钻头时对准钻孔中心插入。

④塌孔事故发生后，回填砂和粘土的混合物到塌孔处以上1-2m，待回填土层稳定后重新钻孔。

1.6.2钻孔偏斜或缩孔

（1）偏斜、缩孔原因：

①钻孔中遇有较大的孤石或探头石，扩孔较大处钻头摆动偏向一方。

②在有倾斜度的软硬地层交界处钻进或粒径大小悬殊的砂石中钻进，钻头受力不均。

③钻杆刚度不够、钻杆弯曲接头不正，钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷等。

④在软地层中钻进过快，水头压力差小。

（2）预防和处理：

①安装钻机时地基基础密实稳固，使底座水平，起重滑轮、钻头中心和孔位中心三者在一条竖直线上，并经常检查校正。

②在有倾斜的软硬地层钻进时，采取减压低速钻进。

③钻杆、接头逐个检查，及时调整。遇有斜孔、偏孔时用检孔器检查探明孔偏斜和缩孔的位置情况，在偏孔、缩孔处上下反复扫孔。缩孔、偏孔严重时回填砂粘土重钻。

1.6.3掉钻

（1）主要原因：

钻进时强提强扭、钻杆接头不良或疲劳破坏易使钻头掉入孔中，另外由于操作不当，也易使铁件等杂物掉入孔内。

（2）预防与处理：

小铁件可用电磁铁打捞，钻头的打捞应视具体情况而定，主要有采用打捞叉、打捞勾、打捞活套、偏钩和钻锥平钩等器具。

在钻孔过程中除以上几种主要事故外，还必须注意防止糊钻、扩孔、偏孔、卡钻、钻杆折断、钻孔漏浆等。

1.6.4水下混凝土灌注时导管进水

主要原因有：首批混凝土储量不足或导管底口距孔底间距过大，混凝土下落后不能埋住导管底口以致泥水从底口进入，此时，将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌和物用空气吸泥机或抓斗清除，重新灌注。

1.6.5导管卡钻

灌注过程中，混凝土在导管中下不去称为卡管。

初灌时隔水栓卡管，或由于混凝土本身的原因如塌落度过小、流动性差、粗骨料过大、拌和物不均匀产生离析、导管接缝处漏水、大雨中运送混凝土未加遮盖使混凝土中的水泥浆被冲走，粗骨料集中造成堵塞。

机械发生故障和其它原因使混凝土在导管内停留时间过长，或灌注时初凝间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了管内混凝土的下落阻力，混凝土堵在管内。预防措施：准备备用机械、掺入缓凝剂、选好配合比、改善混凝土的性能。

处理办法：应视卡管的具体情况、位置选择拔管、吸碴重灌或拔管、待其具有一定强度后重钻等方法及时果断地进行处理。

1.6.6埋管

导管无法拔出称为埋管，其原因是导管埋入混凝土过深，应及时采取措施提升导管，控制埋深。

3.6.7水下混凝土灌注时塌孔

发生塌孔后，应查明原因采取相应措施，如保持或加大水头，排除振动等防止继续塌孔，然后用吸泥机吸除孔中砾土，如恢复正常灌注，如塌孔不停止、塌孔部位较深，宜将导管和钢筋笼拔出，保存孔位回填粘土重钻。

1.6.8浮笼的处理

①钢筋笼可以拔出时的处理

（1）停止灌注混凝土，拔出钢筋笼原位重钻

当发现浮笼而混凝土灌注时间不长尚未初凝时情况下钢筋笼可以从桩孔混凝土中拔出来时，应立即停止灌注混凝土，尽快拔出钢筋笼，并用高压水冲洗、扰动混凝土，原位重钻、清孔，下钢筋笼、重新灌注水下混凝土。

（2）继续灌注混凝土，使用钢筋笼继续上浮，边浮边割，然后原位重钻

当发现浮笼，而现有设备又拔不出钢筋笼，若停止混凝土灌注，会在桩孔中残留空钢筋笼，处理难度很大。应一边继续灌注混凝土，并加快灌注速度，一边向上拔钢筋笼，使钢筋笼继续上浮，边浮边割，然后，原位重钻，清孔，下钢筋笼，重新灌注水下混凝土。

②钢筋笼不能拔出时的处理

（1）继续将桩身混凝土灌注至孔口，待混凝土达到一定强度后，原位重钻。

（2）在桩孔孔壁较为稳定，孔径较大，断桩位置离地面较近，并且有潜水人员和水下切割设备。发现浮笼后可考虑停止灌注混凝土，采取水下切割空钢筋笼，原位重钻重灌。

（3）当桩位处地质条件较好，且无渗水，桩较短。也可考虑停止灌注混凝土。采取抽干孔内泥浆，对孔壁进行防护后按接桩处理或切割空钢筋笼原位重钻重灌。