摘要：樁基礎(chǔ)是穿越巖溶區(qū)的有效手段，但深厚覆土條件下復(fù)雜多變的隱伏巖溶會(huì)為橋梁樁基的安全性帶來(lái)極大隱患。本文依托某橋樁基工程，基于不同溶洞存在條件下的嵌巖樁變形規(guī)律及探明的隱伏溶洞存在區(qū)域及形態(tài)，對(duì)巖溶區(qū)樁基溶洞病害處理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，結(jié)果表明，（1）隱伏溶洞的存在會(huì)減少基巖對(duì)嵌巖樁的約束，降低其承載能力，其中串珠型溶洞及距離較近的下伏溶洞的存在都會(huì)造成約束的力進(jìn)一步減少;（2）多種探測(cè)技術(shù)相結(jié)合可精準(zhǔn)有效地探明工程區(qū)域內(nèi)的溶洞分布情況，數(shù)字化定位定量探查可以對(duì)物探成果分析進(jìn)行驗(yàn)證，彌補(bǔ)物探定性、模糊性分析的缺陷;（3）在深厚覆土下存在隱伏溶洞的區(qū)域進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時(shí)，對(duì)較大的單溶洞可采用回填封堵漏漿，護(hù)筒跟進(jìn)施工，混凝土灌注護(hù)壁結(jié)合的工法進(jìn)行處治，對(duì)多層溶洞的處治可綜合采用灌漿法和內(nèi)護(hù)筒法，或全套護(hù)筒法。

關(guān)鍵詞：隱伏溶洞;樁基礎(chǔ);綜合探測(cè)技術(shù);溶洞處治技術(shù)

0 ?引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的鐵路、公路需要穿過巖溶區(qū)[1]。巖溶區(qū)的橋梁樁基，由于巖體的巖性不同，溶洞的發(fā)展、發(fā)育情況不同[2]以及填充物的復(fù)雜性和多樣性等，決定了巖溶地段樁基在遭遇不同荷載時(shí)容易發(fā)生較大位移而影響上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還易引發(fā)其他次生災(zāi)害[3-4]。

國(guó)內(nèi)眾多專家和學(xué)者對(duì)巖溶地區(qū)樁基施工問題進(jìn)行了探索和針對(duì)性研究。周磊[5]分析了巖溶區(qū)嵌巖樁的受力特性和承載機(jī)理，探討了巖溶區(qū)嵌巖樁樁端巖層的受力特性與破壞機(jī)理。鄒新軍[6]等分析了串珠狀溶洞區(qū)樁側(cè)摩阻力、樁端阻力的特點(diǎn)及其對(duì)樁身豎向承載性狀的影響。陳劍華[7]針對(duì)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜多變，提出了對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)處理的方法。李洪亮[8]依托佛山一環(huán)工程的具體實(shí)踐，對(duì)巖溶區(qū)樁基的勘察、設(shè)計(jì)以及地質(zhì)隱患探測(cè)、評(píng)價(jià)、處理與檢測(cè)等成套技術(shù)進(jìn)行綜合研究。

本文依托于某橋樁基工程，基于該區(qū)域巖溶發(fā)育狀況，分析不同類型溶洞對(duì)嵌巖樁承載模式影響，并綜合物探成果與三維激光探測(cè)技術(shù)，明確工程隱伏溶洞存在區(qū)域及形態(tài)，總結(jié)巖溶區(qū)樁基溶洞病害處理關(guān)鍵技術(shù)，以期為類似工程提供借鑒。

1 ?工程概況

橋址區(qū)域地質(zhì)廣泛分布為大理巖，發(fā)育溶蝕現(xiàn)象，多為溶孔、溶隙，揭示溶洞洞高0.4～4.6m，無(wú)填充或全填充硬塑狀粉質(zhì)黏土及碎石土，遇洞率34.04%，線溶率1.82%～56%，為微弱發(fā)育～弱發(fā)育。其中373#墩至385#墩區(qū)域巖溶發(fā)育嚴(yán)重，部分墩臺(tái)遇較大溶洞，屬于巖溶強(qiáng)發(fā)育。

2 ?巖溶區(qū)樁基不同承載模式數(shù)值分析

2.1 模型建立

本節(jié)采用有限元分析的方法，所選用的場(chǎng)地地基尺寸為20m×20m×40m。模型樁基橫截面直徑尺寸為0.8m，樁身長(zhǎng)度為30m。有限元模型如圖1所示。砂土地基采用Mohr-Columb本構(gòu)，基巖采用Drucker-Prager彈塑性本構(gòu)，樁基采用線彈性本構(gòu)。樁身地基材料參數(shù)如表1所示。

2.2 單溶洞因素條件下巖溶區(qū)樁基抗壓承載力分析

（1）不同溶洞高度

圖2為不同溶洞高度條件下的嵌巖樁位移變形分布圖（溶洞寬度為2m）。由圖可知，樁頂豎向位移隨著溶洞高度的增加而減小，而樁底豎向位移隨著溶洞高度的增加而增大，說明隨著溶洞豎向方向尺寸的增大會(huì)減小對(duì)樁身的約束，增加樁軸向變形量，并使得樁身略有上移，在溶洞高度由2m增加至4m時(shí)，樁底上移幅度增加12%，由4m增加至6m時(shí)，樁底上移幅度增加13.8%。

（2）不同溶洞寬度

圖3為不同溶洞寬度條件下的嵌巖樁位移變形分布圖（溶洞高度為2m）。由圖可知，隨著溶洞橫向方向尺寸的增大會(huì)減小對(duì)樁身的約束，在溶洞寬度由2m增加至4m時(shí)，樁底上移幅度增加8.9%，由4m增加至6m時(shí)，樁底上移幅度增加3.2%，表明樁身軸向變形受隱伏溶洞高度的影響較大，寬度較次。

2.3 復(fù)雜多溶洞因素條件下巖溶區(qū)樁基抗壓承載力分析

（1）穿樁多串珠型溶洞條件

以寬度2m，高度2m的單溶洞變形（圖2（a））為基準(zhǔn)進(jìn)行串珠型溶洞對(duì)樁基影響研究，結(jié)果如圖4所示。對(duì)比可知，串珠型溶洞嵌巖樁沿軸向方向的變形略大于單溶洞嵌巖樁沿軸向方向的變形，說明串珠型溶洞對(duì)嵌巖樁約束相對(duì)較小，樁基承載能力較弱，樁頂下沉量更大，對(duì)工程影響更大。

（1）穿樁型溶洞與下伏溶洞并存條件

以寬度2m，高度2m的單溶洞變形（圖2（a））為基準(zhǔn)進(jìn)行穿樁型溶洞與下伏溶洞并存對(duì)樁基影響研究，結(jié)果如圖5所示。由圖可知，樁頂豎向位移隨著樁底下伏溶洞距離的增加而增大，而樁底豎向位移隨著樁底下伏溶洞距離的增加而減小，表明樁沿軸向方向變形會(huì)隨著樁底下伏溶洞距離的增加而略有減小。說明下伏溶洞的存在會(huì)降低樁底基巖的承載能力，但隨著下伏溶洞與樁底距離的增大影響削弱，樁身豎向變形逐漸減小。

3 ?巖溶區(qū)隱伏溶洞綜合探測(cè)技術(shù)

3.1 綜合物探成果分析

（1）地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)

由地質(zhì)雷達(dá)成果分析得出，374#墩、375#墩、377#墩、379#墩、383#墩均有巖溶發(fā)育現(xiàn)象。尤其在375#墩發(fā)現(xiàn)存在多處巖溶發(fā)育（圖6），推測(cè)下方巖溶發(fā)育比較強(qiáng)烈。

（2）瞬變電磁探測(cè)

工區(qū)設(shè)計(jì)及線路布置圖如圖7所示，整個(gè)測(cè)區(qū)面積大小為300m×12m，包含11個(gè)承臺(tái)，每個(gè)承臺(tái)尺寸為11m×7m;共布置三條測(cè)線，測(cè)線間距3m，測(cè)線1、3行進(jìn)方向由東向西，測(cè)線2行進(jìn)方向由西向東;測(cè)線上分布著等間距測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距2.5m。

圖8為三條測(cè)線的視電阻率圖。從圖8（a）可以看出，在測(cè)線1的開始與結(jié)尾處位置均有地下高阻體存在，懷疑為巖溶發(fā)育區(qū)域。推測(cè)，383#墩及373#墩附近區(qū)域可能發(fā)育溶洞，且溶洞內(nèi)不含水或含少量水。綜合圖8（b、c）分析可得，測(cè)線2與測(cè)線3所在位置地層下方無(wú)明顯低阻體，說明該地區(qū)地下水位較深，地表下方幾十米范圍內(nèi)基本沒有低阻含水體。推測(cè)得出，若存在發(fā)育溶洞的情況，也幾乎是不充填或者砂石泥土充填。

（3）跨孔電阻率CT探測(cè)

以375#墩部分測(cè)線探測(cè)結(jié)果為例，圖9為井間電阻率工作示意圖及測(cè)線布置圖，每個(gè)探測(cè)橋墩共有4個(gè)鉆孔（4鉆孔以橋墩為中心），呈矩形分布。

圖10為跨孔電阻率探測(cè)A1-A3、A4-A3測(cè)線成果剖面圖。推斷兩孔之間區(qū)域巖溶裂隙發(fā)育，其中電阻率異常區(qū)A1-A3-1～2巖體破碎，巖溶裂隙發(fā)育。A1-A3-3～4為巖溶發(fā)育區(qū)，存在溶洞。A1-A3-5巖體破碎，裂隙發(fā)育。電阻率異常區(qū)A4-A3-1～3巖體破碎，裂隙較為發(fā)育。A4-A3-4～6為巖溶發(fā)育區(qū)，存在溶洞。

3.2 三維激光掃描探測(cè)

巖溶隱伏溶洞探測(cè)采用3D激光掃描系統(tǒng)，通過鉆孔放探頭進(jìn)入空區(qū)、溶洞進(jìn)行掃描測(cè)量，375#墩鉆探孔內(nèi)攝像圖片如圖11所示。

圖12為375#墩溶洞三維實(shí)體模型，此孔在孔深15-17.5m處有向西北、東北、東南三個(gè)方向延伸的溶洞，溶洞向西北方向延伸長(zhǎng)度最大約1.5m，溶洞面積約0.6m2，體積約0.55m3;溶洞向東北方向延伸長(zhǎng)度最大約0.6m，溶洞面積約0.45m2，體積約0.35m3;溶洞向東南方向延伸長(zhǎng)度最大約1.6m，溶洞面積約0.55m2，體積約0.46m3;大致呈東北高西南低的賦存狀態(tài)，整體溶洞體積約1.355m3。

4 ?巖溶區(qū)樁基穿越隱伏溶洞處治綜合施工技術(shù)研究

4.1 小型單溶洞處治

小型溶洞危害性較輕[9]，首先迅速用大功率泥漿泵補(bǔ)漿補(bǔ)水，然后將準(zhǔn)備好的片石、黏土等按適當(dāng)?shù)谋壤龗伻?，采用小沖程輕砸，使黏土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)壁發(fā)揮護(hù)壁作用。直至孔中的泥漿停止下降，并慢慢上升后，可用沖錘進(jìn)行適當(dāng)擠壓，當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。如此反復(fù)使鉆孔順利穿越溶洞。

4.2 大型單溶洞處治

大型單溶洞由于各孔的溶洞尺寸和溶洞深度均較大，且不均勻性，對(duì)樁基穩(wěn)定性影響較大[10]。處治時(shí)一般首先回填封堵漏漿，繼而護(hù)筒進(jìn)行跟進(jìn)施工，最后再進(jìn)行混凝土灌注護(hù)壁。

（1）回填封堵漏漿

遇到較大的溶洞，特別是溶洞底部原本存在漏漿源的半充填溶洞，沖孔過程中充填物滑落或被重新揭開，易造成重新漏漿。為了堵住漏漿源，發(fā)現(xiàn)漏漿后，集中水泵向孔中補(bǔ)水并保持水頭，同時(shí)立即向孔中拋袋裝水泥，并向孔中投入3～5m厚黏土、片石混合物，待漏漿停止后重新沖孔，沖孔到漏漿部位的時(shí)間宜控制在水泥終凝時(shí)間之前，然后停止6～10h。如此反復(fù)操作，直到凝固后的水泥黏土漿把漏漿源堵死為止。

（2）鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

遇到特大型空溶洞或半充填的溶洞時(shí)，為防止漏漿造成孔壁坍塌，采用預(yù)鉆孔，然后埋鋼護(hù)筒隔離上部松軟覆蓋層的方法進(jìn)行處理。即先采用較大直徑的鉆頭沖擊至距溶洞頂1.0m處，然后下內(nèi)護(hù)筒至孔底，再換小鉆頭繼續(xù)沖砸，直至擊穿溶洞，然后回填黏土、片石混合物，采用反復(fù)沖擊的辦法將洞內(nèi)沖砸密實(shí)，再轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

對(duì)于樁基穿越溶洞高較大的空洞時(shí)，采取下鋼護(hù)筒的處理方案。沖擊鉆沖穿溶洞后，打入比孔口護(hù)筒稍小的鋼護(hù)筒，用導(dǎo)向錘將鋼護(hù)筒振至溶洞底巖面，在護(hù)筒內(nèi)回填混凝土堵漏，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再用沖擊鉆沖孔，穿過溶洞后，按正常工藝施工。

（3）灌注混凝土護(hù)壁二次成孔鉆進(jìn)法

對(duì)于樁基穿越洞高較大且填充物為流塑狀溶洞時(shí)，在鉆至溶洞底板后，不需清孔，向孔內(nèi)灌注水下混凝土到距溶洞頂0.5m左右處，待混凝土達(dá)到7d強(qiáng)度后，重新鉆進(jìn)。灌注的混凝土?xí)跇犊字車纬梢粋€(gè)圓形或半圓形圍護(hù)，有效防止溶洞內(nèi)流塑狀填充物涌入或混凝土流失而引起的斷樁。

4.3 多層溶洞處治

通過由小型溶洞組成的多層溶洞時(shí)，一般多出現(xiàn)漏漿、斜孔等病害[11]，處理方法可采用處理多個(gè)小型單溶洞的方法一一解決。

由大型溶洞組成的多層溶洞的處治

多層溶洞，根據(jù)溶洞層數(shù)、大小和填充物的情況，采用片石灌漿填充、多層護(hù)筒嵌套施工相結(jié)合的方法進(jìn)行處理。開鉆前，根據(jù)工程鉆孔柱狀圖，確定哪層溶洞需埋設(shè)鋼護(hù)筒及個(gè)數(shù)，開孔時(shí)根據(jù)埋設(shè)鋼護(hù)筒的數(shù)量確定孔徑（L為底節(jié)護(hù)筒內(nèi)徑，t為筒壁厚度），一般內(nèi)套護(hù)筒比外層護(hù)筒小15cm，最內(nèi)層護(hù)筒內(nèi)徑不小于設(shè)計(jì)樁徑+0.15m。穿過溶洞使鋼護(hù)筒底部支撐在溶洞底板或頂板上，接著重新在護(hù)筒內(nèi)鉆孔。

5 ?結(jié)論

本文依托某橋樁基工程，分析了隱伏溶洞對(duì)嵌巖樁樁基承載模式的影響，并綜合多種類型物探成果分析與三維激光掃描探測(cè)建模技術(shù)，定性定量地明確了工程隱伏溶洞存在區(qū)域及形態(tài)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)巖溶區(qū)樁基溶洞病害處治關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)果表明：

（1）隱伏溶洞的存在會(huì)減少基巖對(duì)嵌巖樁的約束，其中溶洞高度較寬度對(duì)嵌巖樁影響更大，串珠型溶洞會(huì)造成約束的力進(jìn)一步減少，隨著下伏溶洞與樁底距離的增大，樁身豎向變形逐漸減小。

（2）采用數(shù)字化定位定量探查裝備進(jìn)行精準(zhǔn)探查，對(duì)巖溶、裂隙等地質(zhì)災(zāi)害源進(jìn)行定位、定量精細(xì)化探查，對(duì)超前鉆、物探等勘察結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，即避免了超前鉆的“一孔之見”的弊端，又克服了物探探測(cè)只能定性、模糊分析的缺陷。

（3）在深厚覆土下存在隱伏溶洞的區(qū)域進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時(shí)，對(duì)較大的單溶洞可采用回填封堵漏漿，護(hù)筒跟進(jìn)施工，混凝土灌注護(hù)壁結(jié)合的工法進(jìn)行處治，對(duì)多層溶洞的處治可綜合采用灌漿法和內(nèi)護(hù)筒法，或全套護(hù)筒法。

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作者信息：彭肇，男，1988年1月，漢，陜西漢中，本科，工程師，研究方向巖溶樁基處理