复杂地质条件下溶洞处理的桩基施工技术

翟向东，黄永泉，黄发源，蔡雪霁，田尔布

(1.三明市建设工程质量监督站，福建 三明 365004;2.福建省第一建筑工程公司，福建 三明365004;3.三明学院，福建 三明 365004)

1 工程概况

福建省三明市图书馆工程位于东新一路南侧，三明市老年活动中心西北侧，三明市地税大楼东北侧。该工程有综合大楼A、B塔，主楼建筑檐口高度为99.3 m，建筑总高度为110.7 m。工程基础采用机械冲孔桩，共有967根桩，A塔桩径为1 000 mm，深度50～70 m，采用桩端持力，B塔桩径为1 200 mm，深度为70 m，裙楼桩采用摩擦桩，桩径800 mm。

2 场地工程地质条件

根据施工勘察报告，该场地地质结构复杂，主要不良地质现象为岩溶洞穴发育，岩溶发育不均衡、无规律，局部为串珠状，地层30 m以下存在溶洞，溶洞高度最大超过12 m。埋深30 m以上的溶洞均已被黏性土填充，30 m以下也大多被填充，少数为空洞或流塑状态填充物型溶洞，无填充及流塑状态填充物型溶洞因后期地下水活动，其规模可能逐渐扩大。30 m以下未被填充或流塑状态填充物型溶洞的分布详见表1。

由于地质复杂，需进行桩基试验［1］，试验桩选定96#和28#桩，其工程地质柱状图如图1、图2所示，桩基位置图如图3所示。

表1 溶洞分布及特征m

图1 96#桩工程地质柱状图

图2 28#桩工程地质柱状图

3 施工技术方法

3.1 桩位平面布置

桩位平面布置如图3。

图3 96#桩和28#桩桩基位置

3.2 溶洞层桩基施工技术

根据溶洞的大小、填充状态及具体施工情况，本工程决定对96#桩采用填充32.5R水泥、优质黏土、片石(体积比为3∶1∶1)的方法进行溶洞处理，对28#桩采取灌砂压浆法和钢护筒法［2］相结合的方法进行溶洞处理。

3.2.1 96#桩施工技术

96#桩冲孔至50 m时，出现第1次漏浆，孔内泥浆下流25 m，95#桩、100#桩的位置有大量清水流出，表明此周围的溶洞可能是连通的。此时为了尽量控制工程造价，决定采用32.5R水泥、黏土、片石(体积比为3∶1∶1)混合料进行回填。经过再冲孔再回填6次，出现第7次漏浆，漏浆深度为23 m左右，周围出现大量塌孔，95#桩出现少量浓浆，100#桩涌出大量浑水。为了防止大面积塌孔，将制浆(黏稠度较大的水泥浆，水泥与黏土的体积比为3∶1)往孔内注进行补浆并回填混合料，而后出现第9次漏浆并伴有塌孔现象，漏浆深度为22 m左右。在深32 m处，由于孔内塌孔，造成卡钻现象。次日出现第11次漏浆，漏浆深度28 m，112#孔冒出大量浓浆，95#、100#孔流出的浓浆有所减少，由此可以判断，95#、96#、100#、112#孔是相互连通的，浓浆已封堵了部分溶洞的截面。经反复回填混合料及补浆，形成泥石护壁，没有再出现漏浆现象，并有了20 cm的进尺。

根据补勘报告，决定55.5 m处终孔，开始浇注混凝土，而实际浇注量大于理论值。经综合分析认为，产生超量的原因主要是:①由于地下存在溶洞或较大的裂隙，其充填物有很强的流动性，在混凝土的自重作用下，充填物产生移动;②在冲孔过程中，由于孔内浆体的流失，造成大量塌孔［3-4］。经现场观察及测量，96#桩的混凝土未下沉。

3.2.2 28#桩施工技术

28#桩冲孔施工中遇多层中风化夹层，孔冲至45.7 m时出现极速漏浆［5-6］，施工勘察报告显示，该孔在48.9～54.0 m处存在溶洞，溶洞内有流塑状充填物，孔周围2 m范围内形成塌孔，冲孔桩机6 t重的锤头被埋于37 m处左右，经实际测量，现场离孔口8.5 m以下为塌落物(即孔内有37.2 m的塌落物)，致使桩机停滞无法继续工作。为保证施工安全，决定在孔口以下10 m距离设置钢护筒［7-8］，钢护筒的厚度为10 mm，护筒直径为D+50 mm(D为桩径)。下沉钢护筒的同时对溶洞进行灌砂注浆，灌砂采用干净、洁净的中粗砂，第1次灌砂高度为4～5 m，然后将注浆管插入砂中一定深度，压入一定量的水泥浆，压浆材料采用普硅32.5R水泥与化学剂(水玻璃)，压浆后用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘在管壁上。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。

根据补勘报告，孔深62.90 m时终孔，经报验合格后浇注混凝土，理论混凝土量为78.2 m3。由于地下土质为岩溶填充物，其物理性质不稳定，表现为可塑性，在外力作用下或在外来水的浸泡下，容易发生变形或形成易流动状态，因此，在浇注混凝土时，在混凝土自重作用下，岩溶充填物发生的塑性位移的空间，由混凝土来填充，故桩的混凝土实际浇注量为137 m3，浇筑量与理论量产生较大的变化［9］。

4 桩基承载能力检测与评价

前述2根试验桩成桩后，养护30 d后进行静载抗压试验，按JGJ 106—2003《建筑桩基检测技术规范》有关规定进行，试验加荷方式为慢速维持荷载法［3-5］。加载分级进行，采用逐级等量加载，分级荷载为最大加载量或预估极限承载力的1/10，其中第1级取分级荷载的2倍。卸载分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。其静载试验结果如表2，各级荷载沉降量如图4、图5。

表2 试桩静载试验结果

图4 28#桩Q-S曲线

由以上检验结果可知，通过上述方法进行溶洞处理的2根试验桩，成桩后在最大荷载作用下均未达到极限承载状态，其单桩竖向抗压极限承载力取最大试验荷载值20 000 kN，符合设计要求。说明采取32.5R水泥、黏土、片石混合料(体积比为3∶1∶1)回填法和采取灌砂压浆法、钢护筒法相结合的方法作为溶洞处理的施工技术，是合理可行的。

5 结论

通过三明市图书馆工程28#桩、96#桩基施工实例分析，在复杂地质条件下，遇溶洞时可采取以下措施:①由96#桩基可知，溶洞连通时，可采用32.5R 水泥、黏土、片石(体积比为3∶1∶1)混合料进行回填，完毕后经过再冲孔再回填，如此反复几次后，基本可以满足桩基静载要求。②由28#桩基可知，遇到单个溶洞，且在钻孔有塌孔时，可采用在下沉钢护筒的同时，对溶洞进行灌砂注浆处理的方法。

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