溶洞处理技术施工方案

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1、珠江大桥西桥桩基础溶洞处理方案一、 工程概况广佛出口放射线土建工程为广州市内环路西出口的延续，本标段为广佛出口放射线土建第一期工程A6.3合同标段。本标段地处广州市坦尾岛西端及芳村区之间，主体结构为跨越珠江的珠江大桥新桥西桥，包含连接新桥两端的部分高架桥。本标段内的下部结构为钻孔灌注桩，按端承桩设计，平均长度为28m；帽梁包含隐性帽梁型式；支座采用橡胶支座或盆式支座；桥面采用沥青砼铺装，砼防撞栏。珠江大桥西桥位于珠江三角洲的溶洞地带，主桥桩基选择采用填塞法处理、套内护筒法等施工技术处理溶洞。其基础采用钻孔灌注桩，其中：180cm64根，150cm40根，共104根。施工总工期18个月。二、 地

2、质情况（1）基岩 该路段下伏基岩以白垩纪的泥岩、泥质细粉砂岩及灰岩、辉绿岩为主，基岩深1050m不等，按风化程度分为强风化带、中风化带、微风化带。其岩性在水平和垂直方向和风化程度较大，部分钻孔揭露有断泥层，溶洞（局部呈串珠状）等不良地质现象。（2）溶洞情况本桥施工场地下伏基岩强风化层裂隙发育，有一定量的裂隙水，一些地方灰岩岩溶发育，出现灰岩破碎层或溶蚀或溶洞，一些溶洞成串珠状出现，这种不良的地层，会蕴藏一定量的裂隙水和溶洞水。从地质资料分析，溶洞分布较广。主桥位溶洞分布广而多。溶洞按其填充状态可分为空的、半填充的和完全填充的三类：按其填充物的性质可分为粘性土、砂砾和稀土三类；按其漏水情况可分为

3、漏水和不漏水两类。溶洞的走向与河流的流向相同。根据地质资料，本工程溶洞可分为以下几种形式：1、 全充填：溶洞内已发生填满其它土质，在钻孔过程中，不会发生漏浆或少量漏浆的，这种形式溶洞一般较少。2、 部分充填带有裂隙：溶洞内已发生充填，但未充填量较大。岩层中存在很大的裂隙，在成孔进程中，泥浆的流失很大。3、 空洞：溶洞内没有充填物或存在少量充填，洞内大部分为空洞；在成孔进程中，当空洞较小时，泥浆在补充后，可保持一定水头。4、 空洞带裂隙：溶洞内泥浆无法保证一定水头，流失严重。根据上述地质条件，从技术、经济等方面经过比较，本工程拟选择了填充法、套内护筒法等施工技术配合使用处理溶洞，具体做法如下。三

4、、 溶洞处理措施1、施工段溶洞地质情况 根据地质勘察资料，本标段桩基地下存在有溶洞，如57a墩位置钻探发现-21.15深度处有一3.35m高的溶洞，58a墩位置-21.45深度处有一0.7m高的溶洞。在钻孔桩施工前，甲方应提供详尽的地质资料，进一步查清岩溶发育情况，制定合适的处理办法。对溶洞高度为1m以下的较小溶洞如58a墩位置溶洞采用填塞法处理，当桩基施工至溶洞时，拔出钻头，填入粘土，填塞溶洞，然后重新施钻成孔。对溶洞高度大于1m，但钻进时无坍孔情况能顺利成孔者，为防止灌注水下混凝土时浆流失，采用半护筒法处理，钢护筒采用4mm钢板，护筒高度为溶洞高度加上上下各1m长度，钢护筒的定位采用将钢护

5、筒焊接固定在钢筋笼的定位筋上，随着钢筋笼的插入下沉就位。对较大的溶洞采用护筒法处理，采用口径比桩孔径大10mm，壁厚10mm的钢板套筒施工，钢套筒随钻孔桩钻的过程一边压入钢套筒，一边钻进。钢套筒长度穿越溶洞，打至溶洞底部1m以下。继续钻进成孔后，以钢套筒为模板浇筑桩基混凝土。+2、本施工段处理各种溶洞的施工措施桩基础在施工前，应认真分析现有的地质钻探资料或超前钻的地质资料，了解溶洞的位置、大小和基本构造，有无充填、顶板的岩性和厚度，以及在地质钻探过程中对溶洞的描述。（1） 施工前期准备：A、 对地质资料中出现溶洞的桩基础，应加大泥浆制备量，以应付随时出现的失浆现象，同时根据必要加大泥浆的稠度。

6、B、 钻孔口附近作管线探测，对重要管线应提前作好保护措施，尤其在孔边2米范围内的管线。C、 在孔口附近储备一定数量的粘土，并用纤维袋装好。同时还应储备一定数量的片石。储备量应视溶洞的大小，当不能确定溶洞大小时，储备量应大于10立方米，并在现场可及时调运。D、 钻机安装时，应尽量加大触地面积，安放足够的枕木。在桩机后应用缆绳拉住。E、 在钻孔附近，储备一定长度的钢护筒，以应会突发现象。（2） 处理办法：根据地质钻探资料或超前钻的钻探资料，结合现场的实际施工情况，在钻进过程中，及时判别孔底的地层变化。当钻进至溶洞顶板时，冲锤采用低锤密实击的的方法施工，以防止顶板过早破坏，造成失浆。同时，在钻进中，

7、密切观测桩机底盘的水平、岩样的变化和孔内水位的变化。在成孔进程中，出现以下几种情况的处理方案：A、 当钻孔过程中，首次出现较快速度的失浆，且失浆量超过4m3时，应停止冲孔，提起冲锤，及时向孔内抛填黄粘土包、片石等预先准备的物料，并用冲锤压实。直至漏浆情况停止。向孔内补浆至护筒底面以上。B、 再次冲进过程中，对失浆量不大，且地质钻孔中反映出的溶洞小于1米时，采用上面的方法处理，直至终孔。C、 当反复快速失浆，且累计失浆量超过10立方的桩基础，不能顺利成孔，应用抛填粘土包、片石的办法，首先堵漏，回填至护筒底面。并及时通报监理、设计及业主代表，征得同意后，作全护筒处理。D、 在地质资料或钻孔的实际情

8、况反映出溶洞层数为两层或超过两层时，应分层处理。当单层溶洞累计失浆量超过10立方或多层溶洞累计失浆量超过15立方，而且失浆速度较快，不能顺利成孔。经有关方面同意后，作钢护筒处理。护筒顶面设在第一层溶洞顶面以上50厘米，且进入强风化，在保证桩孔中土层内的护壁后，用冲锤继续成孔，直至设计标高。为防止在超灌砼量， 在钢筋笼上溶洞位置上下1米范围作钢护筒。多层溶洞的桩基础施工比较复杂，以上的方法是采用套筒法处理，第一次钢护筒的设置为防止快速失浆，而造成的孔壁塌孔，以保证孔内护壁的安全，钢筋笼上的护筒是为防止砼超灌。（3） 应急措施：A、 孔内出现失浆的应急措施：桩基础应严密注意孔内泥浆水头的变化，当出

9、现失浆、失浆速度较慢时，应及时补浆，保持泥浆水头。当失浆速度较快，而且补浆不能及时跟进时，水头损失从护筒底面以下计超过4米，应及时用袋装黄土、片石抛填，填筑时用冲锤压实，直至沁浆不再流失。孔壁 在无泥浆的情况下，不应暴露超过1小时。B、 砼浇筑时超灌的应急措施：桩基础在成孔过程中，对于出现的溶洞，及时采用充填和钢护筒的方式处理，尽量避免砼超灌。砼在浇筑过程 中，当孔壁丈夫力增大，造成侧壁溶洞穿孔的情况，应摸清情况，并及时会知驻地监理，当超灌量不大时，连续灌注，对出现的灌量由驻地监理物价签认。当出现较大的超灌时，应会知业主，及时处理解决。因此，在砼浇筑前对桩孔附近的地质情况进行认真分析，同时结合

10、成孔过程的实际情况，判定是否可能出现以上情况，并加大砼首次浇筑的储备量。当砼浇筑一定深度，钢筋笼无法提起时，应继续灌筑，同时如集有关人员现场处理。（4） 几项关键技术指标的界定：A、 地质资料与实际的施工情况不同：如果由于施工图纸设计的部分变化或地质钻孔深度不能满足施工需要的情况，需经业主、设计和驻地监理召开会议，界定超前钻的应用范围。为桩基础的施工、验收提供有力的依据。但由于地质情况比较复杂，地层变化大，难免出现局部与实际施工不符的情况，应及时汇知驻地监理。对在钻进过程中的溶洞，出现应急情况时，按本方案及时处理。B、 不能顺利成孔的技术界定：桩基础施工过程中，钻至溶洞时，孔内泥浆急剧流失，孔

11、壁失去平衡和稳定，同时泥浆在流失过程中，还将形成一定的负压，极易造成孔壁的坍塌。孔壁的坍塌会造成地面施工机械、人员及地面建筑物的安全，尤其对周围管线造成极大破坏。根据我司桩基础的施工经验，当孔内泥浆在连续失浆10立方以上，且失浆速度较快时，可界定为不能顺利成孔。3、钢护筒施工工艺 A、内护筒长度的确定护筒长度Lh3（m）（h为地质超前钻确定的溶洞高度）B、内护筒内径的确定以1.8m桩为例，内护筒内径应大于200cm，同时外径应小于外护筒内径5cm左右，如果只下一次内护筒（一层溶洞），内护筒内径选用204cm，壁厚为1cm，则外径为205cm。当遇到第二层溶洞时，第二层溶洞的内护筒（即第三次护筒

12、）选用200cm内径。C、溶洞顶部冲孔 根据超前钻的资料，当钻孔施工接近溶洞顶部时，提起钻头、钻杆，移开钻机，采用冲击钻机冲孔，冲孔钻头外径205cm。用冲击钻冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。D、内护筒的沉放方法（1）当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或冲机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后，内护筒不会靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。此时，钻机重新就位。（

13、2）护筒沉设利用钻机进行，在钻机的钻杆上附加压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护筒随钻头的钻进而下沉，直到溶洞的底部。E、内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理（1）在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂（见图3）。（2）用高压喷射灌浆法（施喷法）对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30MPa，其抗渗系数可达107ms。灌浆处理后，即可重新冲孔。（3）在内护筒顶部及底部100cm范围内回填小碎石素水泥混凝土，内护筒中部回填砂，同样能起到堵塞空隙的目的。（4）对于需要处理多层溶洞的桩基，一般仍采用上

14、述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是为了增加溶洞底部（同时有可能是下层溶洞的顶部）附近填充物的密度和强度，并且增加内、外护筒间的胶合力。（5）重新冲钻，直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时，经监理工程师同意即可终孔，此桩即成孔。成孔后的工序工艺与常规相同，并不赘述。套内护筒法要求对施工过程的每个环节（从确定内护筒长度、内径到沉放方法乃至内外护筒间空隙、内护筒与溶洞底部间空隙的处理）都必须落实到位，便可顺利成孔。4、以主线桥57a墩桩基础为例说明溶洞的处理：57a墩地质为粘土层厚11.35m，粉质粘土层厚23.15m，溶洞顶板标高为-17.70m，洞底标高为-21.15m，溶洞高度为3.35

15、m设计终孔标高为-23.7m。由于按设计图纸要求，过溶洞时采用钢护筒法处理。粘土层及粉质粘土层的钻进按常规施工方法进行钻进。当施工至溶洞顶板以上1m时，停止钻进，提出钻头，在桩基的钢护筒内焊好导向装置，将预先准备好内径比桩径大1cm长度为6m的钢套筒吊放入桩孔内。桩机换用冲锤将钢套筒打入桩内，打入时采用低锤密击，以垂球控制垂直度。在击穿溶洞顶板时，准备好足够多的粘土、片石、泥浆，在击穿溶洞顶板时桩孔失浆后及时补充泥浆，防止失水后桩孔塌孔。将钢护筒打入至溶洞底1m，填入粘土、片石，换以较小的冲锤密打击实，然后重新换上钻头继续钻孔至设计标高。为防止孔内的泥浆漏失，在钻孔期间密切注意孔内的失浆情况，及时补浆。经检验合格后，及时吊放钢筋笼，浇筑水下混凝土成桩。5、 对水上桩基础的施工的意见前面我司已作对桩基础的溶洞处理施工原则性阐述，但是我司需提出的是在水上平台作施工时，若遇到溶洞时不作全护筒处理，若该桩位遇砂层，而且砂层较厚，泥浆补充不及时，会出现坍塌现象，若钢平台整个倾倒，其后果是不堪设想的，是否可以考虑在水上桩基础中有溶洞的桩孔采用全护筒施工。