冲孔桩遇溶洞及土洞的处理技术研究

李 奇 傅周灿

(1.河南省核工业地质局，河南 信阳 464000;2.翔业集团有限公司，福建 厦门 361000)

1 工程概况

该工程是由酒店塔楼、办公塔楼、商业裙房、纯地下室组成的建筑群。建筑占地面积为37 915.3 m2，总建筑面积209 000 m2。

设计地面以上层数:酒店塔楼38层，高度180.00 m，办公塔楼33层，高度155.00 m，采用钢混凝土框架核心筒结构;商业裙房4层，高度23.80 m，框架结构。

设计地面以下:主楼及主楼之间均设地下室2层，高度10.00 m，地下室为连体满铺，相互贯通，采用框架剪力墙结构。

设计室内±0.00标高331.20 m。拟采用桩基础，对差异沉降敏感。

本工程安全等级及工程重要性等级均为一级，场地复杂程度等级为一级，地基复杂程度等级为一级，根据DBJ 13-84-2006的3.2条款及JGJ 72-2004的3.0.1条款规定，岩土工程勘察等级甲级。基坑安全等级为一级，重要性系数1.1，地基基础设计等级乙级，建筑抗震设防类别为酒店塔楼、办公塔楼为乙级，商业裙房、地下室为丙级。

2 场地地质条件

根据本次的钻探取芯鉴别，现从上至下对各类岩土的分布、厚度和野外特征综合概述如下:

分布于场地表层，大部分钻孔有揭露，揭露厚度0.40 m～3.20 m，工程力学性能较差。

大部分钻孔有分布，层顶埋深 0 m～3.00 m，层顶标高321.77 m ～328.40 m，揭示厚度为 0.30 m ～5.10 m。工程力学性能一般。

②1含砾粉质粘土:灰黄色，可塑。成分以粘粉粒为主，含砾约30%。韧性中等、干强度中等、无摇震反应、粘性较好、切面稍有光泽。

部分钻孔有分布，层顶埋深0.60 m～7.85 m，层顶标高318.13 m ～326.54 m，揭示厚度为 0.60 m ～7.30 m。工程力学性能一般。

大部分钻孔有分布，层顶埋深 0 m～9.10 m，层顶标高315.76 m ～326.65 m，揭示厚度为 0.10 m ～9.50 m。工程力学性能较好。

③1粉质粘土):灰黄色，可塑。成分以粘粉粒为主，含砾约10%。韧性中等、干强度中等、无摇震反应、粘性较好，切面稍有光泽。工程力学性能一般。

部分钻孔有分布，层顶埋深3.00 m～8.60 m，层顶标高302.66 m ～323.10 m，揭示厚度为1.60 m ～18.30 m。

大部分钻孔有分布，层顶埋深2.20 m～29.77 m，层顶标高297.95 m ～323.75 m，揭示厚度为0.90 m ～23.30 m。

部分钻孔有分布，层顶埋深1.00 m～31.30 m，层顶标高288.35 m ～318.81 m，揭示厚度为1.30 m ～14.00 m。

大部分钻孔有分布，层顶埋深3.60 m～25.00 m，层顶标高287.40 m ～316.15 m，揭示厚度为1.20 m ～20.94 m。

⑥1土洞:由流塑状含角砾粉质粘土充填，个别为空洞。钻进时进尺快或钻杆自落，为软弱土层。主要分布于中风化石灰岩岩面。

土洞规模0.50 m ～13.90 m，洞顶埋深12.50 m ～28.30 m，洞顶标高301.59 m ～317.26 m。

⑦中风化破碎石灰岩(P1q):深灰色，隐晶质结构，厚层构造，岩芯不完整，以碎块状为主，少量3 cm～16 cm的柱状，有溶蚀现象。属较硬岩，岩体基本质量等级Ⅳ级，RQD=5% ～15%。

部分钻孔有分布，层顶埋深13.30 m～34.20 m，层顶标高288.24 m ～315.20 m，揭示厚度为 0.40 m ～12.10 m。

⑦1溶洞:充填物为流塑～软塑状含角砾粉质粘土，钻进时进尺快，局部呈串珠状分布。钻进时钻具自落。

溶洞规模0.30 m ～13.30 m，洞顶埋深13.30 m ～35.10 m，洞顶标高294.790 m ～315.80 m。

⑧中风化石灰岩(P1q):深灰色，隐晶质结构，厚层构造，岩芯完整，以10 cm～40 cm的柱状为主，少量3 cm～8 cm的短柱状。岩芯锤击声脆，属较硬岩，岩体基本质量等级Ⅲ级，RQD=55% ～65%。

3 水文地质条件

3.1 地表水

除施工期可能的雨水外，场地范围内及周边附近未发现地表水。

3.2 地下水

在勘察深度范围内，场地地下水主要为赋存于②1含砾粉质粘土、③卵石、⑥2砾砂层中的孔隙中潜水(粘性土之下具承压性)的孔隙水和赋存于灰岩中的岩溶裂隙承压水。

本场地勘察深度内④含卵石粉质粘土、⑤粉质粘土、⑥含角砾粉质粘土为弱透水层，③卵石、⑥2砾砂为强透水层，富水性较好。上部孔隙水主要靠大气降水、地下水侧向径流补给，并通过蒸发及地下水侧向径流等方式排泄，地下水总体流向东(龙津河)。上部孔隙水混合水位标高一般为326.65 m～326.80 m。据民井调查，地下水水位3年～5年变化幅度在0.90 m～1.20 m左右，即场地历史最高水位为327.55 m～328.00 m。

本场地勘察深度内灰岩岩溶较发育，岩溶水量较丰富，主要靠岩溶水的侧向径流补给，因③1粉质粘土、④含卵石粉质粘土、⑤粉质粘土、⑥含角砾粉质粘土透水性较差，本场地中的岩溶水与上部潜水水力联系不密切。勘察时测得灰岩水位标高为321.82 m ～322.33 m 之间。

4 技术处理意见

1)工程中土洞、溶洞较多，要仔细核对施工勘察关于地质剖面的图示，遇土洞、溶洞要先制定相关的施工组织设计，同时距离较近的桩不要同时施工，要跳打，避免塌孔和串孔。

2)施工前核对地勘资料，判断是否有溶洞或者土洞，其类型(充填、半充填或空溶洞)、高度大小、单层还是多层或串珠状溶洞，准备好片石、粘土、水泥、钢护筒等材料，对于洞高大于3 m的单层、多层的半充填、无充填溶洞、较大的串珠状溶洞、较大的土洞应事先做好专门的施工方案，按施工方案组织施工。

3)施工过程出现漏浆，一般先按此法处理:及时回填片石、粘土冲击造壁，并马上补水，防止水头高度继续下降，然后调浓泥浆复冲成孔，回填粘土和块石的标准是泥浆不再漏失，可以顺利成孔即可。

4)如果施工中出现严重塌孔，或者地勘资料显示有半充填或空溶洞，洞高在3 m以内，但存在严重漏浆，护筒内水头高度不能保持时，采用片石粘土筑壁法。采用片石、粘土和整包水泥按照1 m3∶3 m3∶0.75 t的比例，顺序为袋装水泥、袋装粘土、片石进行回填、冲击，用0.5 m～0.8 m小冲程，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，等水泥初凝具有一定强度，将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进，形成人工泥石护壁。如此反复多次回填片石、粘土和整包水泥，反复冲击直至形成泥石护壁并不再漏浆为止。

5)当片石粘土筑壁法仍无法形成正常的泥浆护壁时，或者地勘资料显示有半充填或者空溶洞，空溶洞在3 m以上时，采取钢护筒跳进法施工。钢护筒选择:护筒长度L=(h+H)m(其中，h为钻探报告确定的溶洞高度;H为溶洞顶到地面加30 cm的高度)，单层护筒内径大于桩直径10 cm，多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10 cm。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为9 mm为宜，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒。护筒沉放:一面冲孔，一面接高护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。

6)当地勘资料显示有空土洞或串珠状溶洞(洞高大于0.5 m，小于3 m)，可考虑注浆填充，注浆材料以水泥为主加其他填料(如重钙粉)，应事先做好预案并经批准方可施行。

7)漏浆、塌孔处理所用的材料应严格按照相关制度进行现场签证。

5 处理方案结论

1)方案1。

以粘土、水泥、片石作为填充物，按1∶1∶1的比例回填至漏浆孔内，具体流程如下:回填填充物→将下降的泥浆面提升至孔口标高→冲孔4 min～5 min造泥浆壁→若不漏浆，则停放4 h，再开始冲孔施工(若仍漏浆，反复多次回填水泥粘土片石，反复冲击直至形成泥浆护壁不再漏浆为止)。

2)方案2。

当方案1无法形成泥浆护壁时，采用钢护筒跳进法施工。该法就是一面冲孔，一面接高护筒，并将其震动下沉至已冲成的孔内，用以隔断溶洞内流塑填充物或水的活动。