李红旗

（长江重庆航道工程局，重庆 400011）

九江港湖口港区银砂湾作业区综合码头工程位于江西省九江市，长江中下游东北直水道进口段右岸一侧，属湖口水道向东北直水道的过渡段。本工程共有625 根桩，其中Φ1450 钻孔灌注桩425 根；Φ1250 灌注型嵌岩桩59 根；Φ850 灌注型嵌岩桩104 根；Φ1000 钻孔灌注桩37 根。本文结合该工程施工管理的实践，就桩基施工中遇到岩溶问题，作一些思考研究，供大家探讨。

1 溶洞分布与特征分析

根据已有319 个逐桩钻孔资料显示，见溶洞总数321 个，见溶洞的钻孔243 个，钻孔见洞率为76.2%。其中，1#引桥逐桩钻孔总数39 个，见溶洞的钻孔24个，钻孔见洞率为61.5%；2#引桥逐桩钻孔总数50 个，见溶洞的钻孔27 个，钻孔见洞率为54.0%；码头平台钻孔总数230 个，见溶洞的钻孔192 个，钻孔见洞率为83.4%。

2 岩溶分类

2.1 根据溶洞高度分类

根据溶洞的高度及发育规模可将溶洞分为特大型、大型、中型及小型溶洞。已有探明的321 个溶洞中存在14 个特大型溶洞，占4.3%；22 个大型溶洞，占6.9%；110 个中型溶洞，占34.3%；175 个小型溶洞，占54.5%。

表1 岩溶发育类型（高度）

2.2 是否填充分类

根据溶洞是否填充分为全填充、半填充、无填充三种类型，已探明的321 个溶洞中全填充型溶洞为277 个，占86.3%；半填充型38 个，占11.8%；无填充型溶洞为6 个，占1.19%。填充物主要为软塑状粘性土夹溶蚀的灰岩碎块，少量角砾混粘性土或圆砾石。

表2 岩溶发育类型（填充）

2.3 根据溶洞顶板厚度分类

溶洞顶板厚度直接影响成孔过程中覆盖层的稳定性，将已探明243 孔有溶洞的桩位，根据溶第一层洞顶板厚度进行分类。第一层顶板厚度≤1.5m 的数量为124，占51.03%；第一层顶板厚度＞1.5m 的数量为119，占48.97%。

表3 岩溶发育类型（填充）

2.4 根据护筒位置分类

本工程码头平台为灌注型嵌岩桩，其钢护筒已打设完成，根据锤击沉桩记录和地质勘探资料显示，水上作业平台超前钻探数量共计248 孔，发现有溶洞数209 孔，钢护筒位于砂层数量为160 根，占75.6%，具体数量如下：

表4 钢护筒位置分类

3 桩基成孔施工工艺

水中钻孔桩遇溶洞地段施工多采用冲击钻和正反循环回转成孔两种方式，施工工艺各有其特点。冲击钻成孔系用卷扬机悬吊冲击锤连续上下冲的冲击力，破碎岩石来成孔，用掏渣筒把大部分石渣、泥浆掏出，少量被挤进孔壁。大都采用高频低振短冲程的吊打冲孔工艺，这样既不会卡钻又不易出现斜孔。正反循环回转成孔系在泥浆护壁条件下，用普通地质钻机慢速钻进，利用泥浆排渣成孔。钻头、岩石间不会剧烈冲撞，不会造成卡钻。回转钻成孔也可能产生斜孔，但多次重复提升钻杆钻进就可修复，工艺相对简单。本项目桩基直径大、桩较长，故采用冲击钻成孔。

3.1 钢护筒埋设

护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量。码头水上护筒采用打桩船施打，护筒中心与桩中心重合，其偏差不大于30mm，护筒的垂直度偏差不大于0.3%。

3.2 泥浆制备与循环

泥浆采用膨润土泥浆，由粘土、膨润土、碱等按一定比例利用泥浆搅拌器拌合而成。搅拌时，先将加入定量的清水，然后慢慢地加进与水量相应的膨润土，并开动机器搅拌。成浆后，打开出浆门出浆注入泥浆箱。拌制好的泥浆放入泥浆箱，利用泥浆泵从泥浆箱通过管路向孔内添加泥浆。

3.3 钻机就位

冲击钻机就位时，事先检查钻机的性能状态是否良好，保证钻机工作正常。使用钢枕作机座，使底座平稳，钻机底座交叉对称拉紧，保证在钻进和运行中不产生位移和沉陷，钻架和钻杆要竖直，锤头和桩径中心在一铅垂线上，其最大偏差不得大于50mm，以保证孔位正确，钻孔顺直通。在钻进时，先启动泥浆泵，待泥浆进入护筒内一定数量后，方可开始钻进。根据孔内泥浆情况调整泥浆配比，适当控制进尺及加强扫孔。在钻进过程中注意排渣与进尺速度的匹配情况。钻进过程中注意向孔内补充泥浆，维持护筒内泥浆水头高度。升降钻具应平稳，尤其是当钻头处于护筒口位置时，必须防止钻头钩挂护筒。钻孔过程应连续操作，不得中途长时间停止。停钻时，必须保持孔内具有规定的泥浆水位和要求的泥浆相对密度和粘度。每隔2 小时进行一次泥浆性能指标检测，记录并检查。钻孔过程中，注意孔内泥浆的浓度。

3.4 钻渣处理及余浆回收

水上平台设置4 台50 型泥沙分离机，满足冲击钻机的泥浆与残渣的分离要求。每台冲击钻机旁边将配备一个大铁桶，回收分离机分

离出的石头、碎石、废弃泥浆等残渣，待铁通内残渣装满后由浮吊船回收至船内指定位置，达到一定规模后运至最近的海洋废弃物倾倒点进行倾倒。在桩基施工完成后，将泥浆箱剩余的泥浆和原装土搅拌，以不发生滴漏为原则，搅拌后外运。

3.5 钻进成孔

在护筒底部以下2～4m 范围内钻孔时，应在护筒内加满相对密度1.2～1.4 的泥浆，进尺应适当控制，在护筒刃脚处，应短冲程钻进，使刃脚处有坚固的泥皮护壁。待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后可按土质以正常速度钻进。如护筒外侧土质松软发现漏浆时，可提起钻锤，向孔中倒入粘土，再放下钻锤冲击，使胶泥挤入孔壁堵住漏浆孔隙，稳住泥浆继续钻进。当钻进砂层时，易坍孔。宜选用平底钻锥、控制进尺、低冲程、稠泥浆钻进。以相对密度为1.2～1.4 的泥浆护壁，中小冲程冲击钻进。进入溶洞前1m 位置，采用小锤、高频、低振、短冲程的方式冲击，同时根据不同溶洞大小选择相应方案钻进。始终保持孔内充满相对密度1.3～1.5的泥浆，若发现漏浆，应立即填入相应材料进行下一步处理。每钻进一段深度后应在泥浆池中捞取钻渣样品，及时排除钻渣并置换泥浆，使钻锥经常钻进新鲜地层。同时注意地层的变化，在地层变化处均应捞取渣样。当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜岩面时可根据现场实际情况填入C20 混凝土，间隔一定时间后采用冲击钻冲击成孔。对于倾斜岩面，为校正孔位，回填混凝土应与倾斜岩面顶面平齐；钻进过程中如遇到倾斜岩面时可根据现场实际情况填入C20 混凝土或片石，间隔一定时间后采用冲击钻冲击成孔，

为校正孔位，回填混凝土应与倾斜岩面顶面平齐。成孔达到设计高程后，对孔深、孔径、孔形、倾斜度和孔底沉淀厚度等进行检查，满足要求后进行清孔。

4 溶洞处理

4.1 常规成孔法

当溶洞内全部填充硬塑或软塑亚粘土时，而且溶洞不漏浆，可以不考虑溶洞的大小、数量，按照常规的冲击钻钻孔桩施工工艺进行施工。

4.2 充填粘土和片石法

当冲孔至溶洞位置发现孔内泥浆液面迅速下降时，立即反复投入粘土和片石封堵溶洞，利用钻头冲击将粘土和片石挤入溶洞或岩溶裂隙中，还可视情况掺入32.5水泥，以增大孔壁的自稳能力，并从储浆池向孔内补注泥浆至孔内泥浆面稳定后再继续成孔，防止漏浆及混凝土流失。为有效利用片石，片石与粘土的比例为1：2，如须掺配袋装水泥，则按掺加比例为每米（按回填高度计算）4 包。片石采用花岗岩或石灰岩，石块粒径以15～50cm 为宜。掺加粘土时采用水泥袋包装后投放效果更佳。水泥投放方法以整袋投放为佳。片石、粘土袋和水泥分层间隔掺加。中小型溶洞（溶洞高度≤5m）充填高度宜为6～18m；大型溶洞（溶洞高度＞5m）充填高度宜为15～25m；特大型溶洞（溶洞高度＞8m）充填高度宜为20～35m；

根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，凭手握冲击主绳的手感，钻头冲击岩层的响声，抽取的岩样来判断是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳松绳量应为1～2cm，防止击穿岩壳时卡钻。钻穿岩溶顶板时一旦漏浆，要立即投放粘土、片石并补水，以保持孔内水位高度。溶洞回填完成后，采用小锤、高频、低振、短冲程的方式进行冲击，使溶洞内挤进片石和粘土，造成泥石护壁。若发现溶洞内泥石护壁漏浆时，须再次回填，再次冲击。存在多个溶洞时，先回填上层溶洞，再回填下层溶洞。

4.3 灌注混凝土充填法

当溶洞规模较大时，采用粘土片石回填反复冲孔，仍然存在漏浆或渗浆的情况，可采用强度等级不低于C20 的混凝土进行封堵。考虑混凝土充分填充入溶洞，并确保桩身质量，每次回填方量暂定12～36 方，且回填至溶洞顶板往上至少3m 处。回填混凝土采用导管下至溶洞底部，采取自下而上的方式回填混凝土封堵后至少24h 后方可重新开钻，并且要等相邻孔混凝土灌注完终凝后才能进行本桩位冲钻，以防影响相邻孔刚灌注混凝土的凝固或振动冲击致使相邻孔壁坍塌。

4.4 注浆加固法

经现场反复验证，采用袖阀管注浆法效果最好，袖阀管注浆工具为“塑料管”，管为内径50～75mm，注浆段为带射浆孔的袖阀管，注浆段以上为实管。袖阀管每隔50cm 钻一组（4～8 个孔）射浆孔，射浆孔呈梅花形布设，其外为长5～8cm 的橡皮阀包裹。

注浆管分为实管和花管两种，为了保证注浆填充质量，在结构底板底至溶洞底下0.5m 段下花管，在底板底至地面段下实管。下管时注浆管底部加下闷盖、下管完成后管口加胶盖；止浆系统由皮碗式止浆塞、花管、宝塔头和管堵组成，止浆塞必须采用双塞系统，而且一套塞子只能包含一环灌浆孔。选择注浆浆液一般采用先稀后浓、逐级加浓的原则进行浆液浓度的变换，可采用水固比为1 ∶1，0.8 ∶1，0.6 ∶1 三种配比浓度供注浆时选择，三种配比按总量的5:3:2 按先后顺序分批次注浆。一般在岩层中注浆连续灌注40min 仍不起压，则改用浓一级的浆液，当加浓一级注浆压力上升很快时，则应更换原来较稀的浆液继续灌注。当采用最浓的浆液长时间灌注仍不起压时，则应采用间歇注浆，间歇时间为浆液初凝以后，终凝之前。注浆顺序采取由外到内约束－开放型方式，即先注溶、土洞最外侧后注内侧，隔孔交替进行，以控制浆液扩散范围，保证注浆效果。注浆方式采取后

退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长1 m，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，进行第二注浆段的注浆。终孔压力根据孔深按0.6-1MPa 控制，并继续注浆30min 以上，且有一定的注浆量，吸浆量在15L/min～20L/min 以下时，即可结束该孔注浆。袖阀管注浆工艺流程如下图：

4.5 钢护筒跟进法

该方法就是在外护筒内一面冲孔，一面沉放并接高内护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。水上桩基内护筒直径比外护筒直径小20cm，内钢护筒原则上下至溶洞底部。当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不可能与岩面完全接触，内护筒与岩面之间一般会形成较大的间隙，若不加以固结，在入岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，极易造成埋钻、偏孔、斜孔等现象，留下质量隐患，在施工过程中利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚范围内抛填1～2m3 的小片石和适量粘土，借钻头冲击力把泥浆、石块挤向孔壁，以加固护筒刃脚，用2～4m 冲程进行冲压，使其密实造壁，反复多次，直至孔底平整才可以向下冲进。

块石粘土冲压孔壁示意图

对于桩基穿越洞高较大且填充物为流塑状溶洞时，泥浆的稳定性差、侧压力大，若单采用回填粘土和片石法或片石回填后钢护筒跟进方法，填充物随流塑状填充物流入孔内，回填数量巨大，而且清孔费时费力，造成混凝土大量流失或泥浆涌入桩孔，引起断桩事故。可在护筒内部灌注2 米厚度C20 混凝土，待其凝固并完成封闭之后，再换小直径钻锥钻进，击穿至溶洞底，进入岩层钻至桩底标高。

内护筒外部防渗固化示意图

5 溶洞处理方法选择

经对上述五种方法的反复研究试验，对溶洞顶板厚度≤1.5m 的小型溶洞（溶洞洞高≤1m）采用充填粘土和片石法处理，桩基成孔效果最佳；对溶洞顶板厚度≤1.5m 的特大型、大型、中型溶洞（溶洞洞高＞1m）注浆法处理，桩基成孔效果最佳；对溶洞顶板厚度＞1.5m的大、中、小型溶洞（溶洞洞高≤8m）原则上采用充填粘土和片石法处理，桩基成孔效果最佳；对溶洞顶板厚度＞1.5m 特大型溶洞（溶洞洞高＞8m）采用钢护筒跟进法进行处理，桩基成孔效果最佳。