溶洞地段桩基础施工方案（总体）
一、 工程概况 二、 溶洞处理的原则
(1)
每根桩必须用地质钻机钻探,详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型,画图列表,为制定相应施工方案提供详实依据。
(2)
对填充物进行土工试验,分析其物理力学特性,检测容重、含水量、孔隙率等,为注浆参数计算提供依据。
(3)
根据地质钻探资料和填充物情况,对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。
(4)
对每种处理方案,都要进行仔细的计算,施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验,取得经验数据,完善施工方案,指导施工。
(5)
遇到大溶洞时,必须请监理工程师和设计单位核查,明确处理方案,并报监理批准后实施
三、 溶洞处理方案（总体）
1、主要施工方法概述： (1)
对于封闭的比较小的溶洞,采取注浆措施,提供成孔条件穿过溶洞。若洞内无填充物或填充物不满,则采取先填充碎石或干砂,然后注浆;若充填物呈松散或软塑状态时,直接注浆固结即可;若充填物已固结呈硬塑状态时,则可以直接冲孔,但需加强泥浆护壁。
(2)
溶洞内无填充物或填充物较少需向洞内填充砂子的,选择一个合适的孔位,放入并固定钢套管,将注砂管与钢套管相连接,在注浆前灌砂。根据成桩直径、围护体积的最小直径及堆积体成形规律,计算填砂量。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。待达到计算的填充体积,压力稳定时,即可停止。
(3)
若设计要求灌入碎石则必须钻一个大孔(直径不小于30ｃｍ)放入钢管并固定,钢管上置碎石料斗,碎石粒径不大于2ｃｍ,投料时振动钢管,以防止堵塞,填充量控制与填砂控制方法相同。
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广广州州市市增增埗埗大大桥桥改改造造工工程程实实施施性性施施工工组组织织设设计计 (4) 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。
2、施工方法选择：
根据溶洞不同类型，可分别采用以下两种方案施工：
方案A 当溶洞内有填充物填满或有流砂的，或当溶洞为空洞或填充物不满（水洞）且深度在3m以内的，在钻孔桩施工前先进行预处理，采用静压化学灌浆法固结填充物和流砂，或用此法填满溶洞，在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。
方案B 当溶洞为空洞，且深度在3m以上的，拟用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的施工方案。 3、施工方法：
3.1、 方案A（静压化学灌浆法）施工方法
3.1.1 技术要求
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（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。 3.1.2 施工方案
（1） 处理方法选择由于溶洞埋藏较深，不能用爆破或填充混凝土等一
般方法处理，有效的处理方法是灌浆法。而在众多的灌浆法中，因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是静压化学灌浆法。因此，采用静压化学灌浆法，同时也可兼用喷射灌浆法，促进填充物强度的加强。
（2） 静压化学灌浆的加固特点浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，
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。
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广广州州市市增增埗埗大大桥桥改改造造工工程程实实施施性性施施工工组组织织设设计计 （3） 浆材的结石率为100％，即1m3体积浆材可得1m3结石体。
对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。这样，通过对小主应力面反复不断的加固，一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成防水帷幕，防止流砂和保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔。静压化学灌浆的关键在于浆材的配方和工艺。
（4） 工艺设计
布孔：在超前钻有溶洞的桩位四周均布4个灌浆孔（见图1）。 钻孔：孔径80mm，孔深要求达到最深溶洞的底部。
材料：普硅425＃水泥（新标准为普硅32．5MPa水泥）与化
学浆。
工艺：采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，要求少量多次、反复灌
浆。
3.1.3 主要施工机械设备
主要机械设备有：BW250泥浆泵，BW150泥浆泵，100型钻机，泥浆搅拌机和贮浆槽，高压灌浆管及其配件。 3.2、 方案B（套内护筒）施工方法
3.2.1 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） 3.2.2 内护筒内径的确定
内护筒内径应大于D+20cm(D为桩径)，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D+33cm，壁厚为1cm，则外径为D+35cm。当遇到第二层溶洞时，第二层溶洞的内护筒（即第三次护筒）选用D+20cm内
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广广州州市市增增埗埗大大桥桥改改造造工工程程实实施施性性施施工工组组织织设设计计 径。
3.2.3 溶洞顶部冲孔
根据超前钻的资料，当冲孔施工接近溶洞顶部时，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。 3.2.4 内护筒的沉放方法
（1） 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，GPS－30钻机重新就位。
（2） 护筒沉设利用GPS－30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（如图2）。
3.2.5 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10－7m／s。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
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广广州州市市增增埗埗大大桥桥改改造造工工程程实实施施性性施施工工组组织织设设计计 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。
附录： 注浆方法简介
注浆方法钻孔桩通过溶洞时钻孔施工难度大,采取注浆法是十分有效的措施。
(1)
根据地质情况在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔,钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探,通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。
(2)
用注浆泵注浆,注浆压力不宜太大,控制在0.5～1.0ＭＰａ范围,具体压力值由现场试验确定。速度为15～20Ｌ/ｍｉｎ,其目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂或碎石),然后固结,渗透最小直径定为3.0ｍ,以保证冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部,然后边注浆边缓慢上提,提管速度不宜太快,根据注浆速度确定,应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆,用32.5级水泥,水泥浆配合比为水∶水泥=0.8∶1.0。若需用水泥砂浆,则配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8,需要用双液浆时,水玻璃的含量根据现场试验确定。
(3)
单花管注浆,管头花管段长度为100ｃｍ,孔眼直径和间距根据现场试孔后确定,注浆管外径为70ｍｍ,比钢套管内径要小。注浆时,通过注浆泵上的ＰＱ仪分析确定注浆的速度和结束时间,压入量根据渗透半径、固结体积来计算,公式为Ｑ=πＲ2Ｈβμα(1-γ)λ。式中,Ｒ为渗透半径;Ｈ为溶洞高度;μ为填充物的孔隙率;α为超灌系数;λ为地区性经验系数;γ、β为充填率与充填系数。这些参数和系数可根据现场试验确定。
(4)
为防止浆液流失太远造成浪费,采用间歇注浆方式,使得先注入的浆液与砂子(或碎石)初步达到胶结后再注浆,循环注浆多次,直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。
(5)
注完一个孔后,继续对其余孔进行注浆,后注浆的压力必须调高,最后
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广广州州市市增增埗埗大大桥桥改改造造工工程程实实施施性性施施工工组组织织设设计计 封孔。注浆顺序由现场自行掌握。
岩溶处成孔经过处理后的岩溶处,成孔方法基本上与普通石质地层成孔方法相同,采取用ＣＺ31型冲击钻冲击的方式成孔。成孔时应注意以下几点。 (1) (2)
冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行,一般等待时间为10ｄ左右。 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。 (3)
加大泥浆质量和密度。采用优质泥浆,当缺少优质粘土时,可在泥浆中
掺入适量的水泥、烧碱和锯末,以提高泥浆胶体率和悬浮能力,其质量配合比为黄土∶水泥∶烧碱=1∶0.2∶0.4,锯末按黄土体积的10%掺入。 (4)
当岩面的倾斜较大时,钻头摆动撞击护筒或孔壁,这时,回填片石,使孔
底出现一个平台后再转入正常冲孔。 (5)
接近岩溶地段,采取轻锤冲击、加大泥浆密度的方法成孔,以防卡钻和
掉钻。
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