王 磊，宋晓婷，张 平，杨胜文，张战彪

（1.中国一冶集团有限公司湖北分公司，湖北 武汉 430080；2.武汉理工大学交通学院，湖北 武汉 430063；3.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010）

岩溶地区溶洞的形状、尺寸及位置多样性决定了岩溶地区桩基施工的复杂度和困难度，岩溶地区溶洞桩基的处理技术在整体施工过程中显得尤为重要。国内外对溶洞桩基处理方法的研究有很多，如刘瑞琪[1]以大连地铁2号线（松江路站—东纬路站）暗挖区间工程为例，采用了全断面（帷幕）超前预注浆处理措施对溶洞进行加固处理。冯健宗等[2]利用外护筒穿过土层至岩面，内护筒钻进持力层，全长埋设的双护筒的成孔工艺进行溶洞处理，结果表明，双护筒跟进法处理大型串珠状溶洞效果较好。胡文军等[3]提出在一次钻孔注浆的基础上，对绑扎在钢筋笼的注浆管进行二次压浆，以此方法对泰东高速平阴黄河大桥桩基溶洞进行处理。李勇良[4]对云桂客专营盘山隧道巨型溶洞进行了处理，主要通过C20混凝土分层、分段回填，预留2.2m×1.8m空心柱减少水化热的方法对巨型空腔溶洞进行处治。丁华仁等[5]对贵州省六威高速公路菁沟大桥桩基溶洞进行处理，探究了钢护筒在岩溶地区桩基施工中的应用，检测报告显示了该方法的可行性。李到洪等[6]在衡阳合江套湘江隧道建设中进行了溶洞处理，对半填充溶洞进行吹砂夹石及静压注浆处理，最终通过钻芯取样检验达到了预期加固效果。王晓华[7]对新建高速特大桥中桩基溶洞进行处理，采用桩基础全回转全套管法，对冲击钻法和全套管法成本进行了对比分析。颜辉[8]结合邻近沪昆高铁既有线溶洞桩基础施工，介绍了全回转全套管灌注桩施工技术，最终桩检结果表示效果良好。上述的岩溶地区溶洞桩基处理技术均是基于相同的岩溶地区溶洞的处理原则，在原有溶洞处理方法上，结合现场的施工情况进行改进，但是大多数的研究者并没有仔细说明溶洞的处理原则，对溶洞桩基处理方法也没有详细分析各特点。基于此，文章首先阐明岩溶地区溶洞的处理原则，然后对溶洞的处理方法进行详细分析。

1 岩溶地区溶洞处理原则

（1）在桩基施工地区进行充分的地质勘察，施工时对于岩溶发育较为丰富的区域应首先选择避让原则。

（2）当不可避免溶洞时，要对施工地区的地质情况进行详细的记录，了解岩溶区域溶洞的大小、高度、埋深以及溶洞内腔的填充情况，判断溶洞的类型，从而为今后制订详细的处治方案提供依据。

（3）将所掌握的工程地质资料、相关规范与结构力学分析方法相结合，建立计算模型及选取参数，对岩溶地区溶洞顶板稳定性进行计算，确定溶洞顶板的最小安全厚度，为溶洞处理提供计算依据。

（4）对溶洞内腔的填充物进行土工试验，了解填充物类型，分析其物理力学特性，测量含水率、孔隙率、容重等，为需要进行处治的溶洞充填设计提供依据。详细的溶洞处治方案应结合工程设计要求以及实际的工程地质条件进行考量，经过仔细的计算之后，还需在施工区域周围进行相关试验，不断完善施工方案，力求达到经济合理的效果。

2 溶洞处理方法比较

2.1 注浆法

原理：基于液压、气压、电化学及高压喷射等原理，将能够固化的粒状浆材或化学浆材通过注浆管注入岩石的孔隙、裂隙及空洞中，浆液经过扩散、凝固、硬化使岩土中的土体颗粒在裂隙中胶结成为整体，以此减少岩土的渗透性，增强其强度与稳定性，改善岩土体的物理力学性质，从而达到岩土堵渗及加固的效果。其施工工艺流程如图1所示。

特点：施工过程中该方法不需要大型复杂的设备，其施工技术运用起来简单，易于操作。注浆法运用范围广泛，并且可以将防水堵漏与加固施工同时进行。

图1 注浆法施工工艺流程

2.2 回填筑壁法

原理：对于内腔内无填充物或具有半填充物，高度较小且存在较严重漏水情况的溶洞，可以通过使用回填冲击片石加黏土的方法改善溶洞内部情况，在实施时对片石及黏土进行反复的回填冲击直至形成稳定的泥浆护壁不再漏浆为止[9]，从而避免施工时出现溶洞漏浆，钻孔内水头下降导致塌孔的现象。其施工工艺流程如图2所示。

特点：回填筑壁法是目前已经较为成熟的一种溶洞处理方法，该施工方法的经济成本较低，施工工艺简单，运用起来灵活方便。

2.3 钢护筒跟进法

原理：跟随钻机钻孔到一定深度，采用自重下放或辅助振动下放的方法将钢护筒分节沉入钻孔内，随即钻机在护筒内继续钻孔，当钻机钻进溶洞顶板时，由于钢护筒的护壁作用，即使孔内泥浆发生渗漏，也不会造成孔壁坍塌。其施工工艺流程如图3所示[10]。

特点：对于深埋、大型的溶洞，采用钢护筒跟进法处理效果较好。该施工方法所使用的钢护筒自身发挥护壁的作用，即使在洞内发生严重的漏浆、漏水现象，也不容易导致塌孔，钢护筒自身能够很好地稳定孔壁。

2.4 全回转全套管法

原理：通过全回转设备反复旋转套管产生的扭矩和垂直下压力，使钢套管发生转动，套管管口处的高强刀头能够切削分离土体及岩层，同时采用抓斗或旋挖钻机等设备将套管内部切削分离的土体和岩层等障碍物抓出孔外，当钻机设备钻进至桩底设计标高时，下放钢筋笼并且通过导管浇筑混凝土，最后边浇筑混凝土边拔出套管。其施工工艺流程如图4所示。

图2 回填筑壁法施工工艺流程

图3 钢护筒跟进法施工工艺流程

图4 全回转全套管法施工工艺流程

特点：该施工方法挖掘深度大，掘进速度快，尤其是在溶洞发育较为丰富的地区能够节约钻孔时间，提高施工效率。

综上，以上四种岩溶地区溶洞桩基处理技术的施工原理、施工工艺及施工特点不尽相同。注浆法适用于具有无填充物或半填充物的各类大小及埋深的溶洞；回填筑壁法对于浅埋、小型溶洞和溶沟较为适用；钢护筒跟进法对于深埋、大型的溶洞处理效果较好；全回转全套管法采用回转设备使套管发生转动，切削土体，因其噪声小、振动小的特点适用于邻近既有铁路及地下盾构结构岩溶地区。

3 工程实例

3.1 工程地质条件

桥址处属长江冲积平原河谷地段，地形地貌为河流堆积地貌特征，拟建桥梁沿线地形起伏大，总体东高西低，地面高程7.74～27.18m。长港河和新港河在桥位北侧汇合后流向长江，河谷岸坡坡度5～40°，局部近直立，河谷深约3～15m。桥位现状主要为居民区、工矿企业和天然河道。拟建工程采用钻孔灌注桩基础，根据钻探揭露，桥址地层岩性自上往下依次是第四系人工填土（Q4ml）、全新统冲积（Q4al）、更新统残积（Q3el）等覆盖层，下伏基岩为二叠系下统栖霞组（P1q）生物碎屑灰岩夹炭质页岩、石炭系中统黄龙群（C2h）白云质灰岩夹角砾灰岩。桥梁地基主要位于砂砾石层及灰岩地层，发育岩溶溶蚀现象，根据钻孔揭露，岩溶形态主要以溶隙、溶洞为主，局部地段存在溶槽的可能；岩溶发育主要分布在基岩面浅部，尤其在桥墩1～7号墩基岩中岩溶发育较强，个别桩基下溶洞甚至呈串珠状自上而下分布；另外在33号、34号墩地基下勘探出存在溶洞。

3.2 溶洞处置方案及效果

考虑到桥址处属长江冲积平原河谷地段，地形地貌为河流堆积地貌特征，拟建桥梁沿线地形起伏大，对于施工难度影响较大等原因，综合经济、质量等多方面因素考虑，最终决定采用局部钢护筒跟进法进行溶洞处治。钢护筒跟进法即使在洞内发生严重的漏浆、漏水现象，也不容易导致塌孔，钢护筒自身能够很好地稳定孔壁。

下面以具体工程中针对7#、8#、13#、14#主墩桩基下方淤泥质土层较厚、土质差的情况，采用预先下沉钢护筒至淤泥质土层以下5m的溶洞处理方法为例，说明该项目溶洞的具体处理措施。

外钢护筒的内直径D=d+40cm（d为设计桩径），壁厚δ=20mm，采用机械卷制加工制作。

内钢护筒采用壁厚δ=12～18mm的钢板，在加工场用机械集中卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，每节制作长度为7.5～10.5m，制作内钢护筒的内径D′=d+20cm（d为设计桩径），制作好后运至施工现场。

各节内钢护筒的连接焊缝全部采用双面开坡口进行满焊，两节护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接50mm宽、δ=10mm的加强钢带，以保证其尺寸准确，使护筒体顺直度达到要求，整个内护筒的竖向壁成一直线。

钻头直径比桩径大20cm，正常钻进至溶洞上方约1m处，采用50T履带吊辅助DZ135振动锤，先将内钢护筒分节打入土层中至岩面，再进行回钻成孔。

内护筒沉入岩面后，先采用冲锤成孔一定深度（进尺为1.5～2m），及时采用25T汽车吊辅助振动锤将内护筒下沉至进尺岩面标高处；然后再进行冲孔、下内钢护筒；循环反复进行至桩底设计标高处。同样，在施工过程中严格测量、控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200[11]。

4 结束语

文章首先总结了岩溶地区溶洞的处理原则，概述了施工时遇到溶洞等特殊地质应如何制订处治方案，分析了四种溶洞桩基处理方法，并结合湖北鄂州某大桥项目的具体施工方案，得出了以下结论：

（1）对于岩溶发育较为丰富的区域应首先选择避让原则。当不可避免溶洞时，需要对溶洞内腔的填充物进行土工试验，了解填充物类型，分析其物理力学特性，为需要进行处治的溶洞充填设计提供依据。

（2）岩溶地区进行桩基溶洞处治的方法主要有注浆法、回填筑壁法、钢护筒跟进法、全回转全套管法。工程中需要结合实际的工程地质条件及周边环境加以选择，也可选择将多种方法结合使用。

（3）考虑湖北鄂州某大桥项目综合经济、质量等多方面因素，最终决定采用局部钢护筒跟进法进行溶洞处治。在实际的工程中，通过该方法提高了成桩质量，有效解决了施工过程中出现的塌孔、缩孔等不良问题，为今后溶洞桩基处治提供了一定的参考。