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1工程概况
北江特大桥连续刚构主墩57#墩由12根φ2.2m的嵌岩灌注桩组成。根据工程实际施工的需要，桩基施工前进行了超前地质钻探及跨孔CT反演波速影像物理勘探，发现该墩12根桩中有8根持力层基岩存在较大溶洞或不同高度范围的串珠状溶洞。除个别溶洞有充填或含少量充填物外，大部份溶洞均无充填。岩层裂隙发育，钻探时漏水现象很严重。
由于墩位处河床面覆盖层以卵石为主，桩基护筒入土深度较小，桩位地层溶洞发育，为了消除桩基施工质量、安全隐患，保证施工安全、顺利进行，需对57#墩墩位范围覆盖层和基岩存在的溶洞进行注浆加固处理。针对本工程地质特征情况提出本次桩基溶洞处理方案。
2桩基溶洞基本情况及总体处理方案
2.1地质岩土层情况
根据勘察单位提供的地质勘察报告，57#墩位处地层自上而下主要由砾沙层、卵石层、风化程度不同的页岩和中风化灰岩组成。
2.2主墩墩位处溶洞分布状况
据超前钻探资料及跨孔CT反演波速影像物探资料，57#墩位处岩溶发育情况相当严重。根据溶洞的高度和洞内填充状况，对尺寸较大的溶洞进行统计的数据显示，持力层内高度超过2.5m的空洞主要分布在高程-40.00～-90.00m之间。
2.3桩基溶洞预处理方法的选择
据超前钻地质资料及跨孔CT反演波速影像物探资料反映，57#墩墩位地层内溶洞多为无充填，仅少数充填饱和松散状的亚粘土，靠近顶底板处的充填较密实。钻进时普遍存在严重漏水现象。
针对57#墩复杂的地质条件，结合大桥56#主墩试桩工程和桩基溶洞预处理经验，拟对主墩墩位处地层内溶洞埋深浅、独立分布、高度小于2.5m的溶洞，采用覆盖层压注水泥浆（桩基护筒脚以上3m～以下5m共8m范围）和孔内压注水泥砂浆的方式进行处理。对埋深深度大、分布广泛且高度在2.5m以上的较大溶洞，为了便于控制压浆的范围和数量，提高压浆效率、降低处理成本并保证溶洞灌浆的有效充填，拟在覆盖层压浆完成后采用双液旋喷注浆的施工方法对溶洞内进行处理。
3覆盖层静压注浆
57#主墩墩桩基预处理施工第一步是对主墩12条桩基周围覆盖层进行静压注水泥浆进行处理，压浆范围从护筒脚下5米到护筒脚上3米共8米的覆盖层。
3.1施工工艺
⑴准备工作
浆液采用425#普通硅酸盐水泥配置的水泥浆。浆液配比按水灰比1：1～1：0.6配制。
⑵布孔
根据本项目56#墩静压注浆经验，57#墩桩基钢护筒直径Φ250厘米，在护筒边向外30～50厘米圆周上均匀布置6个孔，注浆孔间距定为2.0～2.5m。
⑶钻机就位
按设计注浆孔位置将钻机准确就位，布置2-3台钻机。
⑷钻孔
采用直径Φ108mm套管下到河床底，接上套顶及150kg吊锤，向下击打入覆盖层。
下钻具将套管内的砂卵石返出水面，向下钻进至护筒脚以下5.2米。
⑸下注浆管
注浆管下入深度为下端口距孔底0.2m，注浆管应高出施工平台面0.5m。
⑹注浆
Φ91mm钻具将套管内的砂卵石返出水面，并进入套管底地层3～5米，将钻具与注浆泵连接好，先向孔内通清水15分钟或看见孔口返出清水后则进行注浆。一般地层注浆配比先稀后浓，水灰比先1：1，再0.8：1，最后0.6：1；若地层漏水严重，则直接采用水灰比0.8：1或0.6：1进行注浆。
当注一个等级水灰比时，孔口不返水泥浆，而注浆量达1.5～2方，压力没有明显上升则需更换高一等级水灰比；反之当压力明显上升，孔口返出水泥浆则水灰比不需调整，此时可将钻具取出地面，采用孔口挤浆的方法进行注浆，当压力上升至1.0Mpa，地层吸浆量较小（5～10L/min）可停止注浆；或注浆量累计达3.5方/米时可停止注浆。本试桩工程每孔压浆需用水泥约为11吨。
待覆盖层注浆强度达到设计要求后，即可执行本次桩基溶洞预处理施工的第二步：对溶洞孔内进行预处理。孔内预处理主要分两种情况来进行：
①对埋深深度大、分布广泛且高度在2.5m以上的较大溶洞，在对覆盖层进行静压注浆处理完后采用双液旋喷注浆的施工方法对溶洞内进行处理。
②对主墩桩基范围地层内溶洞埋深浅、独立分布、高度小于2.5m的溶洞，在对覆盖层进行静压注浆处理完后采用孔内压注砂浆的施工方法对溶洞内进行处理。57#墩需要进行孔内压注砂浆施工的桩基主要是57-2#桩。
下文对双液注浆和溶洞内压注砂浆的施工工艺作如下介绍。
4双液旋喷注浆
双液旋喷注浆法就是采用水泥净浆与水玻璃混合液从下至上旋喷注浆，使空洞紧密充填高强度的水泥浆固结体。采用双液注浆的目的是，按一定比例掺入水玻璃，缩短水泥浆的凝固时间，降低水泥浆液在空洞内的流动速度，使水泥浆能在可控制的范围内高效固结，利于溶洞的充填，极大的提高了溶洞的处理效率。在采用双液注浆前，先对溶洞内有充填物的部分进行高压旋喷注水泥浆的处理，待水泥浆强度达到要求以后，再对溶洞内无填充物的空间部分进行双液高压旋喷注浆。
4.1双液旋喷注浆施工工序
⑴注浆钻孔布设
根据本工程的超前地质钻探及CT物探资料，在φ2500mm桩基护筒内300mm处均布3个双液旋喷灌注孔，注浆孔间距均定为199mm。在注浆完成以后在每两个注浆孔中间均布三个检查孔对压浆效果进行观测，若压浆效果不佳则从检验孔进一步压浆。
⑵注浆钻孔布设
利用XY-1钻机，钻孔口径采用φ130mm，下入φ127mm套管至基岩岩面，基岩采用φ91mm钻具钻穿空洞并进入空洞底板0.50m。 钻孔终孔深度确定原则：钻孔超过设计桩端深度或超过空洞底板并进入空洞底板0.2～0.5m。
⑶高压旋喷注浆
通过高压水泵对溶洞内局部充填的充填物部分进行高压旋喷注水泥浆进行处理，使其固结增强。在使用高压旋喷注水泥浆时，应采取稳压（10～15MPa）、慢转（5～10r/min）、慢提（5～10cm/min）等措施以提高压浆效率，压浆范围要从溶洞底板开始贯穿整个充填物部分。
⑷水泥-水玻璃混合浆的配制
溶洞内无填充空间注浆材料采用水泥、水、水玻璃按比例配制，配合比（重量比）为：水泥：水：水玻璃=1∶0.8∶0.12。注浆前宜由试验试配确定，以满足旋喷注浆施工对浆液流动性和固结体抗压强度指标的要求，要求水泥土固结体28天龄期单轴抗压强度不小于15MPa。
⑸补浆
旋喷注浆结束后应及时进行孔口补浆，消除浆液回缩，在终凝前尽可能将套管拔出。
5溶洞孔内高压灌注砂浆
5.1施工工艺
⑴准备工作
溶洞灌注的砂浆采用R32.5R水泥、中（粗）砂及清水配制，应保证其流动性，以利泵送。砂浆强度为M20，以试验室试配确定，或参照使用我公司以往灌浆M20砂浆配合比（具有CMA资格试验室配制），每m3砂浆材料用量为：水泥（kg）：中粗砂（kg）：水（kg）=480：1200：348.8。
⑵布孔
沿桩基护筒内侧30cm范围内以桩心对称布置两个孔作为灌浆孔，两个孔钻入岩溶内标高应一致，在灌浆时单个孔压砂浆，另一孔作为排水、排气、返渣孔、检验孔，同时也可作为灌浆孔。
灌浆孔平面详细布置如图7所示：
⑶灌浆孔的钻孔
采用XY-150型地质钻机进行，按设计注浆孔位置将钻机准确就位，共布置2台钻机。采φ146mm地质钢套管护孔跟进，φ127mm钻具成孔，基岩钻孔孔径为φ110mm，孔深钻至溶洞底板标高。
⑷灌注砂浆
采用混凝土输送泵利用灌注套管在溶洞孔底灌注M20水泥砂浆，灌注初始，水泥砂浆含沙量适当减少，或适当增加水泥量。灌注施工自下而上进行，直至设计顶面深度为止。
当压砂浆困难时，采用高压旋喷压水泥静浆的方法。压水泥浆时利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴（单喷嘴）置入土层设计预定深度后，利用高压泥浆泵把浆液以10～25MPa的高压从喷嘴中喷射出去形成高压喷射流，冲击破坏岩土体，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与从土体崩落（切割）下来的土粒、砂粒搅拌混合，经凝固后，便在岩土体中形成水泥、砂、土体混合的一定强度的固结体。
6质量控制及检测方法
施工质量应进行全过程控制，施工中以控制施工工艺过程为主，注浆后以钻孔抽芯试验或业主、监理单位确定的其它检测方法进行检测：
⑴施工手续检测
注浆施工前提供浆液试验室配合比试验单，材料合格证明，并现场进行见证取样送检。检查注浆孔施工班报表记录是否准确、清楚。
⑵施工过程产品的检测
施工每完成一个程产品，应由质检员在场认可。业主、设计、监理方随机抽检。
⑶最终产品检测
①施工方应进行质量自检，旋喷注浆质量自我检测应在旋喷注浆施工过程进行。从邻桩的钻孔情况，判断浆液的渗透距离、充填情况等；
②据设计、业主、施工三方确定的质量检测方法进行质量检测；
③竣工验收。
北江特大桥连续刚构主墩57#墩由12根φ2.2m的嵌岩灌注桩组成。根据工程实际施工的需要，桩基施工前进行了超前地质钻探及跨孔CT反演波速影像物理勘探，发现该墩12根桩中有8根持力层基岩存在较大溶洞或不同高度范围的串珠状溶洞。除个别溶洞有充填或含少量充填物外，大部份溶洞均无充填。岩层裂隙发育，钻探时漏水现象很严重。
由于墩位处河床面覆盖层以卵石为主，桩基护筒入土深度较小，桩位地层溶洞发育，为了消除桩基施工质量、安全隐患，保证施工安全、顺利进行，需对57#墩墩位范围覆盖层和基岩存在的溶洞进行注浆加固处理。针对本工程地质特征情况提出本次桩基溶洞处理方案。
2桩基溶洞基本情况及总体处理方案
2.1地质岩土层情况
根据勘察单位提供的地质勘察报告，57#墩位处地层自上而下主要由砾沙层、卵石层、风化程度不同的页岩和中风化灰岩组成。
2.2主墩墩位处溶洞分布状况
据超前钻探资料及跨孔CT反演波速影像物探资料，57#墩位处岩溶发育情况相当严重。根据溶洞的高度和洞内填充状况，对尺寸较大的溶洞进行统计的数据显示，持力层内高度超过2.5m的空洞主要分布在高程-40.00～-90.00m之间。
2.3桩基溶洞预处理方法的选择
据超前钻地质资料及跨孔CT反演波速影像物探资料反映，57#墩墩位地层内溶洞多为无充填，仅少数充填饱和松散状的亚粘土，靠近顶底板处的充填较密实。钻进时普遍存在严重漏水现象。
针对57#墩复杂的地质条件，结合大桥56#主墩试桩工程和桩基溶洞预处理经验，拟对主墩墩位处地层内溶洞埋深浅、独立分布、高度小于2.5m的溶洞，采用覆盖层压注水泥浆（桩基护筒脚以上3m～以下5m共8m范围）和孔内压注水泥砂浆的方式进行处理。对埋深深度大、分布广泛且高度在2.5m以上的较大溶洞，为了便于控制压浆的范围和数量，提高压浆效率、降低处理成本并保证溶洞灌浆的有效充填，拟在覆盖层压浆完成后采用双液旋喷注浆的施工方法对溶洞内进行处理。
3覆盖层静压注浆
57#主墩墩桩基预处理施工第一步是对主墩12条桩基周围覆盖层进行静压注水泥浆进行处理，压浆范围从护筒脚下5米到护筒脚上3米共8米的覆盖层。
3.1施工工艺
⑴准备工作
浆液采用425#普通硅酸盐水泥配置的水泥浆。浆液配比按水灰比1：1～1：0.6配制。
⑵布孔
根据本项目56#墩静压注浆经验，57#墩桩基钢护筒直径Φ250厘米，在护筒边向外30～50厘米圆周上均匀布置6个孔，注浆孔间距定为2.0～2.5m。
⑶钻机就位
按设计注浆孔位置将钻机准确就位，布置2-3台钻机。
⑷钻孔
采用直径Φ108mm套管下到河床底，接上套顶及150kg吊锤，向下击打入覆盖层。
下钻具将套管内的砂卵石返出水面，向下钻进至护筒脚以下5.2米。
⑸下注浆管
注浆管下入深度为下端口距孔底0.2m，注浆管应高出施工平台面0.5m。
⑹注浆
Φ91mm钻具将套管内的砂卵石返出水面，并进入套管底地层3～5米，将钻具与注浆泵连接好，先向孔内通清水15分钟或看见孔口返出清水后则进行注浆。一般地层注浆配比先稀后浓，水灰比先1：1，再0.8：1，最后0.6：1；若地层漏水严重，则直接采用水灰比0.8：1或0.6：1进行注浆。
当注一个等级水灰比时，孔口不返水泥浆，而注浆量达1.5～2方，压力没有明显上升则需更换高一等级水灰比；反之当压力明显上升，孔口返出水泥浆则水灰比不需调整，此时可将钻具取出地面，采用孔口挤浆的方法进行注浆，当压力上升至1.0Mpa，地层吸浆量较小（5～10L/min）可停止注浆；或注浆量累计达3.5方/米时可停止注浆。本试桩工程每孔压浆需用水泥约为11吨。
待覆盖层注浆强度达到设计要求后，即可执行本次桩基溶洞预处理施工的第二步：对溶洞孔内进行预处理。孔内预处理主要分两种情况来进行：
①对埋深深度大、分布广泛且高度在2.5m以上的较大溶洞，在对覆盖层进行静压注浆处理完后采用双液旋喷注浆的施工方法对溶洞内进行处理。
②对主墩桩基范围地层内溶洞埋深浅、独立分布、高度小于2.5m的溶洞，在对覆盖层进行静压注浆处理完后采用孔内压注砂浆的施工方法对溶洞内进行处理。57#墩需要进行孔内压注砂浆施工的桩基主要是57-2#桩。
下文对双液注浆和溶洞内压注砂浆的施工工艺作如下介绍。
4双液旋喷注浆
双液旋喷注浆法就是采用水泥净浆与水玻璃混合液从下至上旋喷注浆，使空洞紧密充填高强度的水泥浆固结体。采用双液注浆的目的是，按一定比例掺入水玻璃，缩短水泥浆的凝固时间，降低水泥浆液在空洞内的流动速度，使水泥浆能在可控制的范围内高效固结，利于溶洞的充填，极大的提高了溶洞的处理效率。在采用双液注浆前，先对溶洞内有充填物的部分进行高压旋喷注水泥浆的处理，待水泥浆强度达到要求以后，再对溶洞内无填充物的空间部分进行双液高压旋喷注浆。
4.1双液旋喷注浆施工工序
⑴注浆钻孔布设
根据本工程的超前地质钻探及CT物探资料，在φ2500mm桩基护筒内300mm处均布3个双液旋喷灌注孔，注浆孔间距均定为199mm。在注浆完成以后在每两个注浆孔中间均布三个检查孔对压浆效果进行观测，若压浆效果不佳则从检验孔进一步压浆。
⑵注浆钻孔布设
利用XY-1钻机，钻孔口径采用φ130mm，下入φ127mm套管至基岩岩面，基岩采用φ91mm钻具钻穿空洞并进入空洞底板0.50m。 钻孔终孔深度确定原则：钻孔超过设计桩端深度或超过空洞底板并进入空洞底板0.2～0.5m。
⑶高压旋喷注浆
通过高压水泵对溶洞内局部充填的充填物部分进行高压旋喷注水泥浆进行处理，使其固结增强。在使用高压旋喷注水泥浆时，应采取稳压（10～15MPa）、慢转（5～10r/min）、慢提（5～10cm/min）等措施以提高压浆效率，压浆范围要从溶洞底板开始贯穿整个充填物部分。
⑷水泥-水玻璃混合浆的配制
溶洞内无填充空间注浆材料采用水泥、水、水玻璃按比例配制，配合比（重量比）为：水泥：水：水玻璃=1∶0.8∶0.12。注浆前宜由试验试配确定，以满足旋喷注浆施工对浆液流动性和固结体抗压强度指标的要求，要求水泥土固结体28天龄期单轴抗压强度不小于15MPa。
⑸补浆
旋喷注浆结束后应及时进行孔口补浆，消除浆液回缩，在终凝前尽可能将套管拔出。
5溶洞孔内高压灌注砂浆
5.1施工工艺
⑴准备工作
溶洞灌注的砂浆采用R32.5R水泥、中（粗）砂及清水配制，应保证其流动性，以利泵送。砂浆强度为M20，以试验室试配确定，或参照使用我公司以往灌浆M20砂浆配合比（具有CMA资格试验室配制），每m3砂浆材料用量为：水泥（kg）：中粗砂（kg）：水（kg）=480：1200：348.8。
⑵布孔
沿桩基护筒内侧30cm范围内以桩心对称布置两个孔作为灌浆孔，两个孔钻入岩溶内标高应一致，在灌浆时单个孔压砂浆，另一孔作为排水、排气、返渣孔、检验孔，同时也可作为灌浆孔。
灌浆孔平面详细布置如图7所示：
⑶灌浆孔的钻孔
采用XY-150型地质钻机进行，按设计注浆孔位置将钻机准确就位，共布置2台钻机。采φ146mm地质钢套管护孔跟进，φ127mm钻具成孔，基岩钻孔孔径为φ110mm，孔深钻至溶洞底板标高。
⑷灌注砂浆
采用混凝土输送泵利用灌注套管在溶洞孔底灌注M20水泥砂浆，灌注初始，水泥砂浆含沙量适当减少，或适当增加水泥量。灌注施工自下而上进行，直至设计顶面深度为止。
当压砂浆困难时，采用高压旋喷压水泥静浆的方法。压水泥浆时利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴（单喷嘴）置入土层设计预定深度后，利用高压泥浆泵把浆液以10～25MPa的高压从喷嘴中喷射出去形成高压喷射流，冲击破坏岩土体，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与从土体崩落（切割）下来的土粒、砂粒搅拌混合，经凝固后，便在岩土体中形成水泥、砂、土体混合的一定强度的固结体。
6质量控制及检测方法
施工质量应进行全过程控制，施工中以控制施工工艺过程为主，注浆后以钻孔抽芯试验或业主、监理单位确定的其它检测方法进行检测：
⑴施工手续检测
注浆施工前提供浆液试验室配合比试验单，材料合格证明，并现场进行见证取样送检。检查注浆孔施工班报表记录是否准确、清楚。
⑵施工过程产品的检测
施工每完成一个程产品，应由质检员在场认可。业主、设计、监理方随机抽检。
⑶最终产品检测
①施工方应进行质量自检，旋喷注浆质量自我检测应在旋喷注浆施工过程进行。从邻桩的钻孔情况，判断浆液的渗透距离、充填情况等；
②据设计、业主、施工三方确定的质量检测方法进行质量检测；
③竣工验收。