桩基础施工诱发岩溶地面塌陷的形成机制和防治方法
关键词：桩基础施工；岩溶地面塌陷；防治方法
一、引言
目前，我国在西南岩溶地区大规模建设高等级公路及桥梁，并且在今后一个较长时期内，还要在西南岩溶地区修建大量高等级公路。岩溶地区桥梁桩基的设计和施工方法研究己成为我国基桩研究的一个发展方向，本文从桩基施工中地面塌陷的形成机制出来，研究了防治地面塌陷的原则与方法措施。
二、桩基施工引起地面塌陷的形成机制
（一）挖孔桩施工引起地面塌陷的形成机制
在地下水较丰富的岩溶区进行挖孔桩施工时，不可避免地要进行施工排水，而抽、排地下水将改变地下水动力条件，使地下水流速增大、动能增加，加大了地下水对泥沙的搬运能力，潜蚀作用增强。随着潜蚀作用的发展，将形成新的土洞，或与岩溶管道连通的覆盖层稳定性受到破坏引起塌孔或地面塌陷。
在挖孔桩施工过程中，为清除石芽、穿越溶洞、鹰咀岩等使桩全断面嵌入基岩等作业时，一般采用爆破掘进法施工。在爆破振动力作用下，将使岩溶裂隙更加开放，地下水渗透性增强，潜蚀作用加强，同时振动也增加了土体的附加应力，打破土洞的应力平衡条件，引起塌孔或地面塌陷。
（二）钻、冲孔桩施工引起塌陷的形成机制
岩溶区溶沟、溶槽、基岩裂隙与溶洞、土洞相互连通，水文地质条件复杂，若施工不当，极易诱发地质灾害。如钻、冲孔桩施工过程中漏浆，将改变地下水动力条件，诱发地面塌陷；机械振动也可诱发地面塌陷；钻头穿过无充填或有少量充填物的溶洞、土洞顶板时，孔内水头急剧下降，钻孔孔壁失去孔内压力而引起塌孔；护壁泥浆快速向下流动产生较大的冲击水压力或产生真空吸蚀也会诱发地面塌陷。
三、防治地面塌陷的原则与方法措施
（一）岩溶区的勘察要点
为减少和防治桩基础施工过程中诱发岩溶地质灾害，必须在桩基设计与施工前制定周密的勘察方案，提供详尽的勘察结果，重点查明场地的地层结构及分布特征，岩土的物理力学性质和水理性质，含水层的含水、富水特性，各含水层的地下水类型及流向、各含水层的水力联系规律，含水层的渗透性、隔水层的隔水特征等水文地质条件。查明土洞、溶洞空间特征及分布规律、连通程度、充填情况；土洞、溶洞的埋藏条件，基岩裂隙、溶蚀缝隙发育程度及岩溶发育程度与发育规律，查明稳定持力层的埋藏深度、承载能力，以便正确判断施工中可能遇到的各种情况，制定防止地质灾害的施工工艺和处理地质灾害发生后的应急措施。
（二）人工挖孔桩施工中防治地质灾害的措施
在地下水位较低、水量较少的场地常采用挖孔桩施工。为防止因施工排水导致的地面沉降和桩孔及地面塌陷等地质灾害的发生，以导致危害相邻相近建筑物的安全，应认真研究勘察资料，通过调整施工顺序改变地下水的渗透途径，可采用间隔分散施工方法，作到不连续开挖施工，先施工水量较小和持力层埋深较小的桩孔，开挖后立即护壁以防止地下水向孔内渗入，待护壁有一定强度后再继续往下施工，一个桩孔检验合格后立即进行灌注。对第四系地层水量较大的桩孔，如涌水较大且地下水混浊或含泥砂量较大，说明岩溶裂隙溶洞水与第四系地层有较好的水力联系，为防止大量涌水诱发地面塌陷，应采取止水措施后方可继续施工。
在己开挖的桩孔底部采用水下混凝土灌注方式灌注混凝土形成止水垫。待混凝土凝固后在止水垫上钻孔注浆，提高下部地层的强度，降低其透水性。浆材以水泥、粘土浆为主，必要时可加入速凝剂，待浆液凝固后再开挖。如止水效果不好或止水成本过高，应采用其它方式进行施工。
（三）冲(钻)孔桩施工地质灾害的防治措施
1.当场地地下水位较低、第四系地层松散或为易崩解岩土、场地岩溶裂隙、溶洞发育时，孔内冲洗液补给地下水，造成潜蚀与崩解，引起地面变形与塌陷。采用如下方法可有效防止：
（1）采用优质粘土造浆，采用冲击钻进使粘土挤进松散地层、使孔壁地层具更大的粘性，降低松散地层透水性，防止孔内水向外渗透、增加稳定性防止塌孔；
（2）当地层松散极易塌孔时，采用导管护壁，导管下至不易塌孔地层或灰岩上，导管周围采用粘土或水泥砂浆固结止水；
（3）当基岩裂隙漏浆时，采用抛入优质粘土，必要时分层加入一定量的整包水泥，回填高度超过漏浆位置高度，然后轻放下重锤，挤压粘土及水泥包，使之充填基岩裂隙或岩溶裂隙中，再用重锤轻击，使水泥和粘土混合，形成水泥土浆，并挤进桩孔周围的粘土和水泥之间或裂隙之间，孔内成浆后停工一定时间，待水泥土凝固具一定强度，在桩孔周围形成稳定水泥土护壁层后，再进行施工。
2.地下水位较高时，基岩裂隙水、第四系松散层孔隙水流入孔内，使护壁泥浆密度减小或变成清水，引起塌孔。其处理方法同上。
3.在岩溶裂隙、溶洞、土洞发育的岩溶区成孔时，钻进时孔内泥浆迅速消失或泥浆浓度快速降低，引起孔口及地面塌陷时，可采取以下处理措施：
（1）遇较大岩溶裂隙时，在接近基岩面处预先填入粘土和级配较好碎石，每钻进50^-60cm左右投入一次，直致终孔。在急剧漏浆情况下，投入袋装粘土、水泥使其快速沉入孔底，并按比例投入片石，采用冲锤或重锤挤压、封堵裂隙后施工，必要时设置护筒并及时跟进。在漏浆情况下为保证及时回填的止浆效果，粘土宜采用袋装或泥球状抛入，碎石被冲入到裂隙中起骨架作用，稳定充填物，使孔壁趋于密实、稳定。为保证回填及时，必须准备足够的编织袋，将粘土与碎石放在钻孔周围随时准备投入。粘土应具有一定的膨胀性，以提高浆材性能；
（2）遇地下水位以下洞高小于1.0m且充填物呈软流塑状的溶洞(土洞)时，在钻穿溶洞顶板后采用片石和粘土混合物回填至洞顶以上0.5m左右后开钻，在钻进过程中保持泥浆的稠度，若第一次加填的混和料不能完全填充溶洞时，可再次回填使混合物填充溶洞；
（3）遇地下水位以下洞高较大且充填物呈软流塑状的溶洞(土洞)时，在钻穿溶洞顶板后采用片石和粘土回填溶洞，回填高度每次1.5-2.0m为宜，每回填一次采用小冲程挤压，再回填再挤压，如此反复进行，直至完全填充溶洞后再钻进，在钻进过程中适当增加粘土数量，提高泥浆密度(以1.25-1.35g/cm`为宜)。或采用回填碎石粘土混合料后用护管跟进钻进。或采用填充混凝土后钻进，即在钻孔(冲)至溶洞底板后，不清孔，用水下灌注方式向孔内灌注C20细石混凝土，每灌1m左右振动使混凝土向四周挤压，一直灌到超过洞顶0.5m左右。待混凝土达一定强度后重新钻探。灌注的细石混凝土在桩孔四周形成一个圆形或半圆形围护，有效地防止洞内流塑状充填物涌入或泥浆流失。
（4）遇地下水位以下且无充填或半充填的土洞、溶洞时，在钻到溶洞、土洞顶板时，钻一小孔使桩孔与溶洞、土洞相连且加大泥浆浓度以防泥浆浓度快速变稀引起桩孔塌陷。待泥浆浓度与土洞、溶洞平衡后再钻穿顶板。采用上述方法③钻进。
4.地下水位以上遇无充填或半充填的土洞、溶洞时，为防止钻孔浆泥快速消失引起地面塌陷和桩孔塌陷，在钻到溶洞、土洞顶板时，钻一小孔使桩孔与溶洞、土洞相连且加大泥浆浓度以防泥浆浓度快速变稀引起桩孔塌陷。待泥浆浓度与土洞、溶洞平衡后再钻穿顶板。采用上述方法钻进。
四、结论
本文的研究基本注重于岩溶地区勘察、桩基施工的理论领域，而岩溶地区地基处理、桩基施工具有很强的现实性，须灵活运用各种方法，并在今后的工作中进行大量的学习与实践，以指导工程施工。
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