桩基溶洞处理专项方案
桩基溶洞处理专项施工方案
一、编制依据
1、溆怀高速公路第七合同段工程施工合同。
2、溆怀高速公路第七合同段工程施工招标文件。
3、国家及交通部现行桥涵施工技术规范及验收标准等。
4、溆怀高速公路第七合同段施工图。
5、溆怀高速公路第七合同段桩基地质补勘图。
二、工程概况
溆怀高速公路第七合同段起于K118+300，终于K121+200，全长2.9km。本标段处于湖南省中部至西部的过渡地带，雪峰山脉的北东向延伸区，海拔高程100～500米之间。地貌类似以山前丘陵间构造盆地、岩溶洼地、剥蚀残丘、岗地，沅水、溆水地带发育二级阶地。该区域内开阔的“U”型河谷、浑圆状山脊与“V”字型河谷、长条形山脊同时发育。总体工程地质条件差，处于东北向构造带与北向构造复合部位，地质构造较发育，有隐伏断裂通过，有含煤层，附近可见大型溶洞发育，地表发育有落水洞、岩溶洼地。
初步地质勘察资料显示统计桥位钻孔为215个，揭露发育溶洞的钻孔76个，见洞率为35％；有52个钻孔揭露两层溶洞或多层溶洞，占揭露岩溶钻孔的68％，说明桥位内岩溶极为发育；单个溶洞高度大于2.5m的钻孔有39个，占揭露岩溶钻孔的51％。在勘探深度范围内溶洞最小高度0.2m，溶洞最大高度达13.4m。
本标段桥梁2座，1座特大桥、1座大桥，桩基础工程量D120cm桩基160m/8根，D150cm桩基132m/2962根，D180cm桩基1492m/80根。
三、施工前的准备
1、人员组织:项目部专门组织有关技术人员研究学习有关溶洞处理的措施，并且成立了溶洞处理应急小组。施工现场派4名技术人员分两班在工地24小时轮流值班，发现问题及时上报处理。项目部还组织桩基队钻机机长学习溶洞处理的知识，使他
们对溶洞处理做到心中有数。总之，在人员组织方面，明确分工，各负其责。见后附表《现场主要管理人员一览表》
2、材料准备:工地现场常备片石120 m3，粘土180 m3，水泥10T，编织袋200条，钢护筒30m。
3、机械配备:装载机50型一台，25T吊车一台，1m3挖掘机一台。
四、溶洞的分类
根据地质勘察报告，可将我合同段内的溶洞按以下标准分类：
4.1 按溶洞的大小分：a：小溶洞，洞高<2.5m；b:大溶洞，洞高≥2.5m。
4.2 按洞内有无添充物分：a:有充填，已填满，包括亚砂土和亚粘土充填，有可塑、软塑和流塑之分；b:半充填，有一半左右充填；c:无充填物，为空洞。
4.3 按是否漏水分：a:全漏水，与其它溶洞相连；b:半漏水；c:不漏水。
4.4 按溶洞垂向数量分：a:单个溶洞；b:多个溶洞。
五、溶洞桩基施工方案
针对本工程溶洞分布较广，施工技术难度较大，本工程又为国家重点工程，我项目部严把质量关，确保工程进度，确保施工安全考虑，把桩基溶洞处理列为重中之重并按设计要求作相关施工监控。专门组织所有技术人员讨论、研究方案并学习有关溶洞处理方面的知识。根据本工程溶洞分布的具体情况，确定先采用冲击钻成孔，然后根据具体情况采用投放抛填物的方法处理溶洞，后考虑采用下放钢护筒的方案。
5.1 常规成孔法(按照无溶洞地质考虑)
当溶洞内有充填物，是可塑或软塑的亚粘土，并且溶洞不漏水，这时不管溶洞有多大，也不管溶洞垂向数量多少，都可以不考虑溶洞的存在，而按照正常的地质情况施工。采用冲击钻成孔，洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别，可以按无溶洞的情况施工。
5.2 片石粘土筑壁法
溶洞内无充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在2.5m以内，但存在严重漏水,护筒内水头高度不能保持时，可采用片石、粘土和整包水泥(按1 m3：3 m3：0．5t比例，顺序为袋装水泥、袋装粘土、片石)回填冲击，用0．5～0．8 m小冲程，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，等水泥初凝具有一定强度，将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进，形成人工泥石护壁。如此反复多次回填片石、粘土和整包水泥，反复冲击直至形成泥石护壁并不再漏浆为止，这也是个比较成熟的施工方法。粘土片石筑壁法施工时，钢护筒必须穿透砂砾及卵石层等透水层，座落在不透水的亚粘土层上，这样可以防止由于溶洞漏水，水头高度急剧下降而造成的坍孔。严禁因为钢护筒短，没座落在亚粘土层上，造成坍孔，导致钻头被埋在孔内,护筒埋置采用钢护筒跟进法。
对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等，冲孔时采取投放片石、粘土，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。
5.3 钢护筒跟进法
溶洞较大（洞高≥2.5m，单层或多层溶洞成垂直串珠装）采取钢护筒跟进法施工。该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。当桩孔穿过多个溶洞，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。
①:钢护筒选择。内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=(h+H+1)m(h为地质钻探确定的溶洞高度,H为溶洞顶到地面加30cm的高度)；单层护筒内径大于桩直径10cm,多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，并以此类推。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δ10mm，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，并以此类推。
②：内护筒的沉放。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筒，用吊机(或桩机自身重量)把内护筒放入外护筒内沉至孔底，必要时用振动锤下沉。
用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时，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。钻头直径大于钢护筒外径3-5cm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。
如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小，不能满足护筒下沉要求的，回填并加大钻头直径二次冲孔，以保证钢护筒顺利下沉。为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈。
5.4 注浆法
溶洞层数较多，为串珠状。溶洞位置勘察准确，洞高大于0.5米，小于2.5米，土层中有较厚的砂层，溶洞漏浆会引起坍方的情况，采用预先压注水泥浆，待水泥浆压注工作完成24小时后开始钻进。压注时压力控制不大于0.4Mpa,并直到稳定2秒后再进行下一个孔的注浆，或相邻孔冒浆为止。
六、施工中出现的问题及处理
6.1 坍孔
如果有透水层,当冲击到溶洞后,由于突然漏浆造成水头高度急剧下降,透水层失稳,形成漏斗状坍孔。
预防坍孔的方法:
①采用冲击钻冲孔施工时,可将钢护筒坐落在亚粘土层上,再继续冲击成孔;
②发现漏浆及时补水。坍孔的处理方法:
a. 当成孔深度不大时,可全孔回填粘土,暂停一段时间后再深埋钢护筒到不透水层,方可重新钻孔;
b. 当成孔深度较大时,可将钢护筒一直坐落在坍孔的剌叭口下缘的亚粘土层上,
护筒周围回填粘土,挤实,再重新钻孔。
6.2 卡钻
卡钻的原因和处理方法:
①冲击钻刃脚磨钝、孔径变小造成卡钻,应经常对冲击钻进行补刃;
②孔不圆,形成梅花孔,最好用五刃和四刃钻头打圆孔,不用一字钻;
③十字孔、探头石、落石等物卡钻，或钻头卡在溶洞内，上下提动无效时，用“一”字形或半月形小钻头沿孔壁障碍物处冲击，将障碍物击破或挤走，提出钻头。钻头在冲击填充的片石时,冲击后弹起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住,钻头不能上下,可用小冲击钻冲动,或用冲吸的方法将卡在钻头上的石碴松动后再提出。
④钻头被溶洞顶板卡住时，可用漏斗形钢套管顺着大绳下入至钻头顶，导出钻头。钻头提出后用小冲程慢慢修孔，必要时回填片石、黏土重钻。
⑤发生卡钻事故后，不宜强提钻头,免得拉坏机械,拉断钢丝绳,掉钻头。当钻头可以上下活动时，利用钻机上下提动钻头，并用撬棍拔动大绳使钻头旋转，反复多次，提出钻头。
6.3 斜孔
由于溶洞面倾斜或出现探头石,致使钻头沿软的低的部位下滑造成斜孔。解决办法是回填片石,三次以上无法调正就上报监理及业主，在取得同意后灌注水下砼,待强度形成后用小冲程打紧锤反复冲击,直至调正过来为止。但过大的冲程会导致成孔不圆,造成斜孔,一般以2～4 m 为宜。
6.4 漏浆
①在冲击成孔中,由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通,泥浆迅速流走,水头高度急剧下降,造成漏浆。施工时要在孔边备足一定数量的片石和粘土,一旦出现漏浆,要及时回填片石、粘土冲击造壁,并马上补水,防止水头高度继续下降。
②意外跑浆：地质资料揭示无溶洞或只有很小的溶洞，但突然发生跑浆，估计是挤破了旁边大溶洞的洞壁，或小溶洞与旁边的大溶洞是相连的。采取投放片石、粘土，整袋水泥堵塞起到护壁作用，使钻孔顺利通过岩溶区。
6.5 埋钻
埋钻是由坍孔造成的。施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外,如果未及时提钻,漏浆后坍孔,钻头便被埋在孔中。
处理方法:
①人工挖土钢护筒跟进法。桩孔进尺10m以内,地下水易于控制,没有大的承压力,人可以下到桩孔中去边挖坍落的泥石,边护筒跟进,一直挖到钻头位置,护筒也跟进到钻头位置。
②真空吸渣法。将导管置于坍孔的底部,用9m3空压机通过50～66mm钢管压入空气吸出沉渣。这种方法适用于坍孔石头的粒径不大于25mm的情况。
6.7 其它注意问题
①遇到较大的土洞、空溶洞时，或连体薄层深洞迅速跨塌，出现掉锤现象，在快到溶洞项板2m距离位置时应低锤轻冲击、慢冲击，减少溶洞大面积跨塌掉锤现象。
②混凝土坍落度以18～20cm为宜；浇筑导管必须密闭良好，浇筑时先放置隔水塞，浇注混凝土必须连续、快速；混凝土灌注比理论计算偏大是孔中有浆浸入溶洞，在溶洞地区浇筑桩基混凝土应增加。
通过以往的工程的实践，我们认为：做好超前地质钻探，重点注意冲桩成孔，控制灌注混凝土，一定能控制好溶洞处理效果，确保工程质量。
施工现场主要管理人员一览表