丁成玉

(上海公路桥梁工程有限公司)

1、工程概述

广州白云国际机场5#滑行道桥场区位于广花盆地西北部的边缘。宽61.0米，长50.9，为2跨连续箱梁结构，冲孔灌注桩基础，W形薄壁造型墩。地层主要由沉积层和基岩组成。沉积层为第四系沉积，有表土、粘性土、砂性土等，其中粘性土为具弱胀缩性的膨胀土；各层土的埋深和厚度变化较大。在沉积层下部常有土洞(分空土洞和有堆积物土洞2种)分布。基岩层处珠江三角洲岩溶发育地段，主要为石灰岩，岩层分布相对较浅，但岩面起伏较大，石灰岩为岩溶含水层，有多层溶洞发育，溶洞也有空溶洞和有堆积物溶洞之分，地质情况较为复杂。

2、处理方案

经过详勘和超前钻的排查，发现5#滑行桥桩位内有较多土、溶洞存在，按充填状态分为三种：①覆盖层中的土洞内一般有充填物，但不密实，空洞范围不大；②基岩中的小溶洞，且洞内无充填物，或有充填物，但不密实，即小空洞；③基岩中的大溶洞，且洞内无充填物，或有充填物，但不密实，即大空洞；按设计要求，我们对①、②两种情况（洞高小于3m，高宽比值≤1），采用抛石填冲法处理，即洞顶打穿后抛填膨胀土、片石、整包水泥后冲挤压密实，凝固后复冲。对③情况，分二种进行处理：土溶洞内全充填型：采用袖阀管注浆处理方法。土溶洞内半充填型或无充填型：采用泵注低标号混凝土与袖阀管注浆相结合的处理方法。

3、溶洞施工处理方法

3.1、抛石填冲法

（1）、在孔位附近备有大量膨胀土、片石和适当数量的袋装水泥，设置2个容量较大的泥浆池，保证桩孔一旦出现漏浆，能及时补浆和回填桩孔。

（2）、在接近溶洞顶板1m左右时抛填膨胀土，加大泥浆比重，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，同时加强对孔内泥浆面变化的监测，发现孔内泥浆面明显下降，立即提起冲锤，及时补充泥浆，回填膨胀土、片石和袋装水泥（重量比1:1:0.2），停置一段时间（一般24h）。在停置期间，若孔内泥浆继续下降，应随时补充泥浆和回填混合物，待孔内泥浆稳定后，方可继续冲孔，采用小冲程冲击投下混合物，使其挤入溶洞中，堵塞溶洞通道。

（3）、在冲击过程中，孔内泥浆还会多次下降，每次泥浆下降，都要及时提起冲锤，补充泥浆和回填膨胀土、片石，并停止冲孔一天，待稳定后继续冲孔。如此循环反复，直到桩孔不再漏浆为止，顺利穿越溶洞。

（4）、穿越溶洞进入的岩层如果为微风化石灰岩，冲击时冲程不宜过大，以免振坍溶洞已固结的护壁。清孔、下放钢筋笼及灌注砼同一般钻孔灌注桩施工方法。

3.2、泵送低标号混凝土施工法

⑴采用低标号混凝土泵送填充到土洞内，混凝土采用现场搅拌，由配料机自动送料至搅拌机充分搅拌均匀，混凝土搅拌出槽后，混凝土输送泵加压输送。

⑵低标号混凝土配合比将通过现场试验确定。初定配合比（重量比），水泥：粉煤灰：砂：石粉：水 =1：0.55：4.05：4.14：1.09；施工中根据泵送情况调整配合比，确保泵送不堵管。

⑶泵送压力：根据输送距离，混凝土配合比情况现场试验确定。保证混凝土洞内有一定的流动性，并对原有充填物有一定加固效果。

⑷泵送低标号混凝土量应根据洞体的充填情况确定，以充填密实为准，直到该孔注不进为止。同时泵送低标号混凝土不应跳孔灌注，应依次挨孔灌注。

⑸进行泵送施工时，应在每个洞体地表面设置3～5个水准观测点进行监测，监控地面的变化情况；根据地面的变化情况随时调整泵送压力和灌注量。

3.3、袖阀管注浆施工法

3.3.1、注浆工艺流程图

3.3.2、工艺要求

⑴钻孔：根据设计要求钻到土洞底板，开孔直径90～110mm，垂直度偏差小于3%，要求全段跟管跟套管钻进。

⑵灌入封壳料：钻孔到位之后，从钻杆向内注入封壳料。

⑶插入塑料袖阀管到设计深度。

⑷待封壳料凝固后，在塑料袖阀管中插入双向密封注浆芯管进行注浆。

⑸注浆完毕用清水冲洗塑料袖阀管中的残留浆液，以利下沉重复注浆。

⑹注浆芯管应有双向密封装置，保证上下密封良好，达到定位注浆的目的。

3.3.3、钻孔取芯

⑴因为需处理区的地质详情还不知道，必须利用布置好的注浆孔对地层分布进行勘察，以确定施工的范围和注浆层的深度。

⑵钻孔施工采用XY-100型钻机，φ110mm钻头泥浆护壁钻进，并跟管取芯，从中心向外渐次推进，并一边施工，一边判定处理区边界。

⑶在施工前，现场技术人员要熟悉场地岩（土）层发育情况，了解待处理区代表地质钻孔柱状图，详细了解土洞分布的顶、底界埋深及洞高度。有的一序孔均要全孔取芯，并做好成孔记录（各地层及土洞的顶、底界埋深、厚度等），原始记录必须真实准确。钻孔资料须交现场监理验收，并作为注浆深度的依据。

3.3.4、埋设袖阀管

⑴浇筑套壳料：在注浆段范围内要浇筑套壳料（水泥浆），用来防止袖阀注浆管在注浆过程中变形、变位或损坏，并能保证水泥浆通过。要求套壳料收缩性小，脆性较高和早期强度高。套壳料配合比为水泥：水=1:1～1:0.8。用注浆泵将拌好的套壳料经钻杆注入孔内，直至注浆段高度以上0.2m。

⑵安放袖阀管：袖阀管分花管和实管两部分，根据注浆段长度配备花管，下管时管内灌入清水克服浮力，使花管下至孔底，占据注浆段，（对淤泥质土体要超出顶底界各0.20m），花管以上至地面为实管，实管要出地面0.20m，尽量使袖阀管垂直居于孔中心。花管与实管连接牢固。袖阀管下端要套好锥形堵头，上顶端要戴上保护帽。

⑶固管止浆：在袖阀管与孔壁之间注入固管水泥浆，套壳料顶面以上，水泥浆配合比为水泥=1:1。孔口浆面下沉后应多次回灌，保证固管止浆效果。

3.3.5、分序注浆

⑴根据钻孔平面布置，自外向内“分序”注浆施工，一序注浆孔按间隔一个分段注浆，二序注浆孔为一序孔中间加密的孔。

⑵待套壳料灌注满3～7天后，将带双塞的注浆钢管从袖阀管中下到注浆段位置，自下而上分段注浆，分段长度1.0～2.0m。⑶浆液配合比为水泥:水=1:1。注浆施工时，根据注浆效果调整浆液配合比。⑷注浆压力为0.2～0.6Mpa，在注浆压力表上观测。终灌标准为在正常注浆压力下，注入量<1～2L/min，稳压15min。⑸注浆量控制：注浆时根据搅拌桶的容积和浆液流量确定注浆量，在搅拌桶中配好浆液测定体积后再输入注浆池中。注浆时再通过压力表和浆液流量来控制注浆量。一般先期注浆孔的注浆量大于后期孔，外围注浆量大于内部孔。⑹设置观测点：注浆前在地面设置3～5个沉降观测点，注浆时观测控制地面变化。⑺在注浆过程中，应观察相邻注浆孔的返水、排气、冒浆情况，若周围孔有浆液冒出，说明注浆效果好，当注浆量过大时，应采用“间歇定量分序注浆法”，间隔时间为12小时。

4、土、溶洞的处理措施

4.1 对于单个土溶洞的情况，主要采取回填的方法进行施工。对于深度小于5m的土、溶洞的桩进行施工时，先要准备好泥浆、粘土、小块石或低标号的混凝土。根据地质柱状图，在快接近土溶洞时，采用低冲程、低频率进行冲击以减少冲锤的冲击力。一旦突破土溶洞顶，根据孔内液面情况判明溶洞、土洞内的充填物情况。若孔内液面没有下降或下降不大，则说明有充填物，此时向孔内投入小块石或低标号的混凝土并同时用钻头进行冲挤，边回填边冲挤，直至溶洞顶面以上1～2m，待充填物沉积、固结密实具有一定强度后，再进行冲击；若孔内液面突然下降很大，则判明是空洞，无充填物，此时应立即回灌大比重泥浆，以防止坍孔，然后再立即投入小块石料、低标号混凝土，必要时挖机配合投石，边冲挤边回填，待回填至溶洞顶以上1～2m时，待充填物沉积、固结具有一定强度后，再进行冲击。对于土、溶洞深度在5M以上的桩，开孔采用大一级的钻头，在接近土、溶洞时停止冲击，按要求全孔段下入护筒，以防止液面突然下降后孔壁坍塌。护筒下好后，再换用正常的钻头进行冲击，冲破土、溶洞顶部。根据液面下降情况，决定是否补充浆液。对于溶洞，则护筒下至溶洞顶，溶洞内再进行回填冲击；对于土洞，则将护筒压入土洞底部，以防止土洞顶面坍塌，再进行回填冲击，防止桩空倾斜。

4.2 对于多根桩位于同一土溶洞的处理：

（1）、对于深度在5M以内体积不大的土、溶洞，在冲破土、溶洞顶层以后仍然采用回填片石加低标号混凝土，并同时采用钻头冲挤，待形成具有一定强度的密实的混和物结构时，再用正常的冲击方法成孔。

（2）、对于大于5m深度的土、溶洞，则需采用下钢护筒护壁加回填的措施来进行处理。开孔时采用大一级孔径的钻头进行冲孔，便于钢护筒能顺利下入孔内。冲破土溶洞前，停止冲击，全孔段下好钢护筒。冲破土、溶洞后，根据液面下降情况决定是否补充泥浆。针对土洞为防止洞顶坍塌，快速压入准备好的钢护筒至土洞底部；若为溶洞则不必将钢护筒下至溶洞底部。考虑到土、溶洞底部的不平程度，采用碎石加低标号混凝土回填，边回填边冲挤到一定高度，待具有一定强度后，再换用正常的钻头进行冲击。这样便有效地防止了塌孔现象。在灌注混凝土过程中，应随时测量砼面高度，控制导管埋深，加大超灌高度，以防止混凝土面下沉而影响桩顶强度。

（3）、为解决土、溶洞较深、较大和多根桩位于同一溶洞内，在进行冲击时可能造成地面大面积塌陷，产生严重事故，我方将充分利用现成的超前钻孔进行高压注浆加固，加固范围为土、溶洞部分。超前钻孔结束后，立即在超前钻孔内下入塑料花管，塑料花管外径比钻孔稍小，长度为下至土、溶洞底部。若为单根桩土、溶洞，则下三根花管，一为注浆管，其余为透气、返浆孔；若为多根桩土、溶洞相连，则每根桩可只下一根花管，其中一部分为注浆管，另一部分则为透气、返浆孔。塑料花管在孔口进行固定保护，以免破坏。待塑料花管都安放完毕后，边搅拌水泥砂浆（1：1.5）边在花管内下入注浆芯管，芯管离土、溶洞底部10cm左右。待芯管安放好后，开始注入高压水泥砂浆，压力为1.0Mpa，利用砂浆的流动性及在高压作用下，充分冲填在空洞及裂隙发育的地方，观察透气孔返浆情况，便可基本掌握洞内充填情况。若土、溶洞体积较大，考虑到砂浆固结密实，则可利用花管进行多次注浆，以保证洞内完全被高压水泥砂浆所充填。待3～5天后水泥砂浆固结密实形成具有一定强度的充填物后便可进行正常的冲击成孔。即使冲破土、溶洞顶后，孔内液面也不会突然下降，确保孔壁不会坍塌。

[1]滕小楷，申冠鹏.浅谈岩溶地区桥梁桩基施工处理方法.山西建筑，2009年27期.