摘要：本文通过沪昆铁路江西段宣风袁河特大桥的施工经验，分析了岩溶的成因条件，阐述岩溶地区钻孔灌注桩的溶洞处理的工艺原理、方案的选择、针对不同孔径大小的溶洞所采用的各种不同的处理方法，提出了岩溶地区钻孔桩施工的注意事项。
关键词：岩溶钻孔桩 施工技术
Abstract: in this article, through shanghai-kunming railway jiangxi DuanXuan wind YuanHe super major bridge construction experience, this paper analyses the causes of the karst conditions, this paper expounds the bored pile in karst region of the cave treatment principle of process, the choice of the scheme, aimed at different pore size of the cave the different processing methods, the author puts forward the karst area of bored pile construction attention.
Keywords: karst bored pile construction technology
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1、工程简介
沪昆铁路江西段八标宣风袁河特大桥位于江西省萍乡市芦溪县境内，中心里程为DK780+622.078，起止桩号DK777+859.135～DK783+385.020,全长5525.885m，是本标段控制性工程，我工区施工区段为DK777+859.135～DIK790+213.208,全长13702.428m，其中桥梁总长为10832.447m。
全桥设计钻孔桩1348根，直径分别为φ1.0m、φ1.25m、φ1.5m、φ1.8m和φ2m，桥位处岩溶极其发育，大部分溶洞呈串珠状发育，桩基础最多的穿越14层溶洞，且地表卵石覆盖层厚，最厚达30m，溶洞处理的成败关系到桩基础施工质量、工期和成本。
2.溶洞的形成及分类
岩溶(国际通用术语Karst，译名喀斯特)是由地表水或地下水对可溶性岩石的化学溶解作用和机械破坏作用的，以及由于这些作用所引起的各种地质现象和形态的总称。是在以碳酸盐类为主的可溶性岩石分布区，由于水特别是地下水，对岩石以溶蚀为主的作用所形成的诸现象的综合。
可溶岩包括碳酸盐类岩石以及石膏、岩盐、芒硝等其他可溶性岩石。岩溶的发育条件： 1)具有可溶性岩层； 2)具有溶解能力（含）和足够流量的水，水具有侵蚀性 3)地表水有下渗，地下水有流动的途径。三者缺一不可！！
由于岩溶发育的控制因素错综复杂，发育的形态千姿百态，以及岩溶发育的不均衡性和不规则性，给岩溶桥梁的设计施工带来一系列困难：富水高水压地段的桥梁设计施工很难把握；施工阶段的塌孔、地面沉陷等现象也对施工安全和进度造成很大威胁。
根据地质结构和溶洞的情况及发育情况，溶洞可分为以下几种类型：
2.1按溶洞的大小分为
①大溶洞：溶洞高度＞3m；
②小溶洞：溶洞高度＜3m。
2.2按溶洞填充状态分为
①填充溶洞：洞内完全充填亚粘土、亚砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、软塑、流塑状
②半填充溶洞：洞内约一半有填充物，顶部为空腔；
③无填充溶洞：洞内无填充物即空洞。
2.3按是否漏水分为
①严重漏水并与其它溶洞或地下河连通；
②半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有渗漏水现象；
③不漏水溶洞：溶洞完整，无渗漏水现象。
2.4按溶洞垂向个数分为
①单个溶洞：桩基范围内仅有一层溶洞；
②多层溶洞：桩基范围内有多层溶洞。
3方案选定及处理方法
施工前根据每个墩台的地质柱状图，仔细研究具体的溶洞大小、深度、位置、各个桩基溶洞成型情况，及填充物质情况等，选定经济可行的处理方案。
3.1超前进行压注双液浆法
注双液浆一般适用于10m以下半填充或全填充溶洞的处理。
采用地质钻机钻孔，钻孔深度根据设计桩长确定，注浆孔位布置、数量，根据溶洞填充情况及采用的压浆泵压力要进行计算确定。注浆顺序应从外向内进行，加压前进行封孔，封孔采用水泥浆，封孔深度不宜小于3m。
3.1.1目的
溶洞内注双液浆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（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施工工序的顺利完成。
3.1.2加固原理
注双液浆加固的特点是注浆材料可在十几秒或几十秒内瞬间凝固，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体积的浆材可得1m3的结石体。对于无填充物和半填充的溶洞，浆液是通过充填填满溶洞的。
3.1.3工艺
压浆材料采用普硅32.5R水泥与化学剂（水玻璃）。a布孔 根据桥墩台桩基布置和溶洞分布，每个墩台布置6～8个压浆孔。b钻孔 用地质钻机钻80mm～110mm的注浆孔，孔深达到最深溶洞的底部。注浆管插入溶洞下部。c压浆 采用双液压浆系统进行全孔压浆，要少量多次、反复压浆。双液浆配制时，控制浆液比例，反复试验，掌握浆液的最佳凝固时间，凝固时间太快，不利于注浆施工，凝固时间太慢，浆液流动性大，用量大，不经济。
注浆过程中出现以下情况时应采用间歇反复性注浆。
1）注浆孔填充较大的空溶洞时，自流浆液2 m3 后，孔底没有明显抬升。
2）浆液漏失严重，一次性连续注浆2 m3 后，注浆速率不减或压力不升高。
3）注浆压力突然降低（含突然为零）或速率突然升高。
4）当流量较大时，液面可以上升到孔口，但停止注浆液面又迅速下降且下降速率较大，反复注浆几次浆面没有抬升。
3.2灌砂、压浆法
灌砂压浆是溶洞预处理方案之一，一般适用于6～10m无填充溶洞的处理。主要通过灌砂填塞溶洞空间，采用压浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，防止在钻孔过程中出现漏浆、塌孔等现象。灌砂压浆孔和注双液浆钻孔施工方法相同。
灌砂采用干燥、洁净的中粗砂，并进行清筛，防止杂物堵管。一个墩台内各注浆管内灌砂、注浆轮流进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约4～5m，然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。
3.3填充粘土和片石法
粘土和片石填充适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理，其方便、快捷，节省费用，现场大量采用了此种方法。
当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1：1体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部1～2m。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应再次回填，反复回填、反复冲击，直至不再漏浆为止。
采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒须穿透砂砾等透水层、坐在不透水层上，尤其是多层溶洞，以防止出现溶洞后孔内水头急剧下降而造成坍孔。
3.4灌低标号混凝土法
对于较大的溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，有时采用填粘土和片石的方法难以成孔，或者成孔后灌注水下混凝土时孔壁被挤垮，这时用灌低标号混凝土的方法处理。
施工准备和开孔方法同填粘土块和片石方法，当击穿溶洞顶板时，为节约混凝土灌注量，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再灌低标号混凝土至溶洞顶1m以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。
3.5钢护筒跟进法
在溶洞较大，洞内无填充或有流塑充填物，漏水严重或与暗河连通时，采取上述方法无效时，可采取钢护筒跟进法施工。就是边冲孔、边接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻孔施工。护筒厚度及刚度根据下沉速度、地质结构、内外压力差和震锤性能等条件确定。各层护筒下部外缘补强加固措施等，防止下沉时变型。
3.5.1护筒内径的确定
现场根据桩孔穿过大溶洞的数量，确定内护筒级数，每增加一级，内护筒内径增加0.2m，最小一级内护筒直径大于桩径0.2m。为保证内护筒的刚度，防止受压变形，钢护筒采用10mm钢板卷制。下沉内护筒时，由大到小，分级逐次下沉进行。先钻大孔，下沉大护筒，再钻小孔、下沉小护筒。如果穿过1层溶洞，就采用1级内护筒，每增加1层溶洞，就增加1级内护筒。
3.5.2内护筒长度的确定内护筒长度的确定，护筒长度L＝h＋3（m）（h为地质超前钻确定的溶洞高度），如果内护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。
护筒下沉至各层溶洞顶板处，应在钻孔前及钻孔过程中经常抛填适量小片石和黏土块，用小冲程（0.5~1m）冲击成孔，以便加固护筒地脚附近孔壁，防止斜孔、塌孔、卡钻、漏浆等不利发生。钻孔过程中应及时补水，始终保持孔内水位高于孔外水位不小于2m，防止翻砂、塌孔。若溶洞内地下水涌入钻孔内，可采取投放小片石和粘土块或灌注低等级砼，通过反复冲击，提高护筒内填充物的密度及强度。
4.岩溶地区钻孔桩施工注意事项
4.1由于钻孔桩施工是个比较成熟的施工工艺，就不再?述。
4.2在岩溶地区钻孔桩施工中特别应注意以下几个问题：
4.2.1施工准备
进行必要的水文、工程地质调查，研究各墩台处岩溶发育情况，根据不同的地质条件遵循相应的处理原则，做好溶洞处理的准备工作，在施工中不可盲目完全依赖地质资料。根据地质资料预测施工中可能出现的问题，制定施工方案，并向钻机操作人员进行技术交底。桩孔附近要备足回填材料和挖掘机、铲车、水泵等机械。
4.2.2钻孔
1）每个墩台最好只用一台钻机施工。如果在施工中发生坍孔事故，这些桩孔可能要报废回填重钻，损失很大，又延误工期。主要原因是为了缩短工期加快进度，在每个墩台用两台钻机同时施工，由于桩孔设计间距在同一个墩台都很近，很难避免相互间不发生震动影响，这种强烈的打桩震动，对本来就很薄弱的溶洞范围的泥浆护壁，是一个很不利的破坏因素，所以今后如无特殊原因应尽量避免在同一个墩台安两台钻机.。
2）合理规定施工顺序。
先安排外围桩而后中间桩，先安排含有较深、较大、较多溶洞的桩孔施工。先外后内，小洞处先开孔，长桩处先开孔，桩位之间交又开孔，步步包围，隔开和封闭的原则。
按这种顺序施工，在中间桩冲击成孔时，漏浆现象明显减少、减弱，使得工效得以提高。
在岩溶发育的地区，钻孔桩在同一个墩台内，每根桩因所含岩溶程度不同，其桩长往往十分悬殊。要先施工基岩面较低、桩较长的桩。如先施工较短的桩，再施工较长桩时，一旦发生塌孔，容易使已完成的较浅桩周围土层松动，桩底岩面变动，造成桩体沉陷报废或降低承载力。如果钻孔施工顺序安排不当，将极易发生坍孔、断桩等事故。
桥墩岩溶复杂，溶洞变化很大，而且可能有溶洞使桩孔相互间连通。因此很难避免地下的相互干扰和影响。施工宜根据所含溶洞的情况，由深到浅、由多到少、由大到小的原则安排钻孔桩的钻孔顺序。这样做可以及时封闭和堵塞各桩孔间的岩溶孔洞和通道，使施工顺利进行。
3）高度重视溶洞的桩孔护壁方法。按照常规，桩孔护壁方法是采用粘土泥浆护壁，如果溶洞较大也可采用“草袋粘土包”抛填的方法进行护壁。建议：凡溶洞大小超过lm、埋藏深度超过5m的溶洞地段，桩孔护壁应改用片石与粘土混填的方法，向溶洞地段大量抛填片石和干粘土。因为干抛片石的比重为1.8～1.9，与混凝土比重接近，这们处理后，桩孔护壁就不容易被挤破。容易保证施工的顺利进行。
钻机时泥浆要稍稠，现场泥浆池内尽量多备些泥浆，在溶洞穿孔后及时补浆。施工中要加强钻孔地质检查、复核，并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。钻穿溶洞顶板时一旦漏浆，及时投放粘土块、片石并补水补浆，保持孔内水位高度。漏水严重时，可填充稻草和水泥等混合物，每次填满后补浆补水，再重新冲击钻进，挤压填充物填充溶洞或堵塞溶洞，最终至不漏浆为止。通过溶洞层后，继续钻孔，直至设计深度。
4.2.3灌注混凝土
终孔清渣后灌注水下混凝土，除注意混凝土配合比、灌注时间及拌和机械外，针对岩溶地区特点，还要注意混凝土原材料的备料要充足，保证灌注桩的混凝土用量。在成孔过程中，孔壁周围或孔底都有可能有土洞、溶槽、裂隙，成孔时这些空间被泥浆充填，而在灌注水下混凝土时，容重较大的混凝土将容重较小的泥浆从土洞、溶槽、裂隙中置换出来，占据了这些空间，从而增加了混凝土体积，有时溶洞中的填充物密度比混凝土小，由于混凝土进人溶洞破坏了原来的平衡，使得成孔时并未发现的溶洞在灌注混凝土时却多用成倍的混凝土。就是这个原因，在灌注混凝土前备料一定要留有余地，防止发生因无料停工而断桩。
灌注中导管提升时，要根据溶洞情况确定导管埋深，避免灌注过程中挤破溶洞混凝土面突然下降，造成断桩事故发生。桩顶灌注标高应比设计标高超灌1m以上，灌注完成后观察30分钟左右，如果混凝土面没有变化才拔出导管。
5．结束语
通过本工程试验及实践，取得了一些经验，使得岩溶发育地区钻孔桩基础的施工工艺及技术得到了成功验证和丰富，为类似工程提供了较为成熟的经验。
参考文献：
[1]《高速铁路桥涵工程施工技术指南》铁建设【2010】241号
[2]杭长客运专线《首次设计技术交底资料》中铁第四勘察设计院有限公司 2010年5月
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。