岩溶地区钻孔灌注桩施工技术

王晓东

摘 要：随着岩溶地区开发高层和超高层建筑需求的增加，探索钻孔灌注桩在岩溶地区的施工技术显得尤为迫切和重要。文章通过总结多年来对岩溶地区钻孔灌注桩的施工经验，提出了施工过程中可能会遇到的各种问题，以及相应的处理措施，具有良好的借鉴和推广价值。

关键词：钻孔灌注桩；施工技术；岩溶地区

中图分类号：U443.154 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）11-0007-02

我国属于岩溶较为发育地区，在基础工程领域，岩溶属于不良地质作用，不适宜在此区域建设高层及超高层建筑。然而，随着城市发展对土地需求的增加，越来越多的岩溶区域开始进行高层和超高层建筑。

由于岩溶地区地质条件非常复杂，加上嵌岩桩桩端下“空洞”的存在，对工程桩的成桩控制提出了更高的要求。

而钻孔灌注桩作为最常用的基础工程，探索其在岩溶地区的施工技术，不但是破解复杂地质条件下施工难题的关键技术，同时也是增加岩溶地区土地利用效率的现实需求。

1 工程概况

某项目位于武汉江夏区，均为住宅楼及一层地下室。由3栋31层、4栋28层、1栋17层组成，8栋高层设计采用钻（冲）孔灌注桩，桩径为800～1 100 mm，以第⑤层灰岩为桩端持力层，桩端进入持力层深度≥500 mm。

根据设计要求，本工程±0.00=22.50 m，桩端进入持力层第⑤层中风化灰岩≥500 mm，灌注桩混凝土强度为C35。

单桩竖向承载力特征值为：2 660 kN（Φ800 mm）、4 100 kN（Φ1 000 mm）、5 000 kN（Φ1 100 mm）。

2 岩溶发育情况

2.1 探溶报告显示岩溶发育情况

根据地质勘察报告，场区基底岩层分别为泥质灰岩、灰岩中风化，其中灰岩为可溶性岩。

发育有溶洞、溶沟、溶槽及溶蚀裂隙，岩溶隐伏于地下，是一种形态奇特、分布复杂的自然现象，宏观上虽然有发育规律，但在某一具体场地其分布是不均匀的，形态也是不规则的，针对此不良地质作用，钻孔桩施工前已进行施工超前孔勘察。

超前孔勘察559孔中发现溶洞91个，溶洞率16.28%，详细情况详见表1。

2.2 实际的岩溶发育情况

根据实际施工情况，发现整个场地溶洞发育数量远远大于探溶报告显示溶洞数量及溶洞高度。

在已经施工的探溶报告显示的无溶洞桩孔117根中，施工过程中发现大小溶洞24个（其中16个溶洞是在施工中发现）。因基岩面起伏较大，地质钻探中钻机直径为90～110 mm，无法反映较大桩径范围内的地质情况，施工中发现较多实际的岩溶情况与地质钻探显露的溶洞发育及岩面高度情况不一致。

3 岩溶特点分析、施工难度及可能存在的问题

岩溶地区地质形态异常复杂，现有地勘手段无法完全摸清。从实际已完工程项目的施工经验来看，岩溶地区成孔主要有五大难题。

3.1 成孔过程中漏水漏浆

由于溶洞的大小、分布、走向等地质资料不明确。在钻进过程中，因漏浆导致孔内水头迅速下降，发生塌孔、垮孔甚至埋钻。

3.2 岩面高度与起伏较大甚至多层溶洞发育

孔内有石笋、溶沟或溶槽、大块孤石、半边洞等，岩面呈斜面、陡异形等复杂情况。钻孔内斜面陡坎、石笋、溶沟等示意图如图1所示。

3.3 成孔事故多

成孔过程中出现塌孔、埋钻、卡钻、掉钻、斜孔、弯孔等事故较普遍。

3.4 清孔难度大

当采用冲击钻机冲击成孔工艺，怎样清孔使沉渣厚度及泥浆性能同时符合规范要求，是非常关键的环节。有时灌浆符合规范要求时，由于泥浆比重降低、粘度下降，又重新发生渗漏、塌孔的事故。

3.5 混凝土灌注过程中超方或塌孔

由于溶洞大小、分布、走向不清，无法预估超方量。当溶洞高度过大，在混凝土压力作用下，还易引起造壁充填物失稳坍塌造成断桩。

施工过程中，为保证工程质量，施工中嵌岩深度均超过设计要求深度，致使工程进度缓慢；部分工程桩混凝土超灌方量较大，造成建设方项目投资成本增加；局部桩基混凝土浇灌过程中混凝土面突然下降，极容易发生断桩，也存在较大的质量隐患。

4 不同工况下的岩溶处理措施

针对本工程情况，结合以往溶洞地区施工经验，按照施工过程中可能发生的情况分别提出相应的溶洞处理措施。

4.1 无漏浆及塌孔状况岩溶桩基施工方案

如果钻进过程中，无漏浆、塌孔现场的桩孔，在达到设计要求孔深及持力层要求后，按照正常顺序进行终孔、钢筋笼安放、清孔及浇注混凝土。

4.2 漏浆及塌孔岩溶桩基的施工方案

当冲孔到溶洞位置时，一旦发现孔内泥浆液面下降，立即用大片石和泥包回填桩孔，并从储浆池向孔内补浆，直到孔内泥浆面稳定后再继续冲孔，溶洞位要反复回填2～3次，反复冲孔，以使黄泥、片石能封堵溶洞，防止漏浆。

若溶洞规模较大，可采用C15混凝土或水泥砂浆封堵（加速凝剂）。封堵向导管灌注混凝土到溶洞顶板以上1.0 m处，上部回填粘土并注入泥浆至孔内，待混凝土初凝后继续钻进。

在钻进过程中，应注意下列事项：

①冲击钻头操作要平稳，尽可能少碰撞孔壁。

②选用圆形钻头钻进，冲程不得>600 mm，加大钻头重量，悬距不宜过大。

③遇裂隙漏失时，可投入粘土及片石，冲击至原深度后，再边投粘土边冲击，直至穿过裂隙。

④遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过。需投入粘土石块，将孔底填平，用钻头小冲程反复冲捣，慢慢穿过，待穿过该层后，逐渐增大冲程和冲击频率，形成一定深度的桩孔后，再进行正常的冲击。

4.3 与超前孔资料岩面高度不一致的桩基施工方案

因超前孔勘察的局限性，施工中会大量出现实际施工岩面高度与超前孔资料显示不一致情况。

遇此情况，应及时通知监理单位进行岩面确认；在达到持力层位时提前通知监理单位和勘察单位进行现场见证及验槽；满足持力层要求后立即报监理单位终孔并请监理单位及勘察单位签字确认，并进行下一步工序。

4.4 超大溶洞的施工方案

根据探溶资料显示，本场地内超过2 m的高溶洞有36个，最大溶洞为16.1 m。溶洞大多呈充填状态，少数半充填，未充填，桩端置于溶洞顶板上，容易造成顶板坍塌，桩基失稳；桩端置于溶洞中，无端承力，不能满足桩基设计承载力的要求。

对于溶洞超过3m的溶洞，如能成孔，则按照正常的冲击工艺成孔；如成孔过程中出现明显漏浆和坍塌现象时，则采取片石及粘土包方式进行冲击形成人造孔壁；如果投入片石及粘土仍无效，则填充C15混凝土进行封堵，待初凝后再进行重新成孔，桩端穿过溶洞底板，全断面进入完整基岩并达到设计的嵌岩深度。

为避免浇灌混凝土过程中出现混凝土过大的超方，在钢筋笼安放过程中，将钢护筒连带钢筋笼一并下至溶洞区域，形成强制护壁，及时进行浇注混凝土，钢护筒留置孔内，不予回收。

4.5 混凝土浇筑过程的控制措施

桩基成孔后，应及时进行连续浇灌，避免成孔时间过长，造成孔壁坍塌等意外出现，形成质量事故。

浇灌前，应提前通知混凝土搅拌站，告知混凝土大致方量以及浇灌时间。

浇灌过程中密切注意混凝土面高度，严格控制导管埋置于混凝土面以下4～6 m，避免在混凝土压力作用下，引起造壁充填物失稳坍塌混凝土面突然下降，造成断桩。

浇注过程中如出现混凝土面急剧下降，则应重新将导管下至新鲜砼面，并连续灌注，直至浇注至设计桩顶标高并控制超灌高度≥800 mm。

浇注完成后1～2 h的初凝时间内，用测绳多次测量混凝土面高度。如发现砼面回落，及时记录回落高度，待桩基开挖后，凿至新鲜砼面并重新接桩至设计桩顶标高。

4.6 片区溶洞处理措施

本场地内溶洞存在片区性发育特点。针对此特点，施工采取推进式施工顺序，对溶洞区域进行依次处理。

施工开始前仔细阅读探溶报告资料，对溶洞发育情况对机台进行详细的技术交底，避免在施工过程中因冲击力过大，发生掉钻、卡钻偏孔、弯孔等事故发生。

施工中注意观察钻孔内泥浆高度，发现漏浆应及时处理。认真做好钻孔记录，对异常情况，应及时通知当班技术人员处理。

如在混凝土灌注过程中出现较大超量时，需要将钻机安排至其他区域，待相邻已成桩孔桩身达到混凝土初凝后再进行施工，可有效控制桩身质量和减少混凝土超量。

因探溶勘察钻孔直径仅为90 mm，无法反映较大桩径范围内的地质情况；因此对已成孔钻孔施工记录资料应及时整理，为周边钻孔施工提供具有指导意义的资料。

4.7 技术保证措施

4.7.1 施工材料准备

针对探溶报告显示岩溶发育较为密集和岩溶发育较大的桩孔区域，应提前备好片石和黄土包等造浆造壁材料。以备施工过程中发现溶洞较大、漏浆较多，岩面不平整影响桩垂直度等情形时使用。

4.7.2 施工技术准备

基桩穿越溶洞时的施工是岩溶地区桩基施工的难点与关键，基桩施工在穿越溶洞时要特别小心，事先应有详细的施工组织设计和技术交底。

岩溶区域桩基施工开始前，应做好充分的技术准备。将探溶报告揭露情况与周边钻孔施工情况进行对比研判，提前制定相应的应急预案。

4.7.3 严格过程控制

严格施工中的过程控制，钻探机台操作人员要做好详细的钻探记录，对钻探层位的速度和浆液变化情况严密监视；技术人员应加强巡查，发现问题时及时通知监理等相关单位，采取正确的措施控制工程质量。

施工过程中应严格保证桩端进入持力层不小于设计要求，对于施工中出现与探溶报告不符，应及时通知监理以及地勘单位进行确认，确保工程桩设计满足对持力层的要求。

5 结 语

溶岩发育较强区，地下溶洞极其复杂，虽有超前勘探，但也只能作为参考，因较多溶洞在钻机冲孔过程中强大冲击作用下，极易将附近的溶洞群等击通，由小形溶洞或多层溶洞形成大型或特大型的溶洞。因此在钻孔过程中只能低提慢进，全程随时关注泥浆变化，并及时调整处理方案。同时，在同一桩位多层溶洞中，也可能采用不同的处理方案。

参考文献：

[1] 陈飞，黄晓琴.岩溶地区钻孔灌注桩施工技术[J].土工基础，2009，（1）.

[2] 张建国，庞正方，姚宇.岩溶地区钻孔灌注桩施工技术[J].江苏交通工程，2003，（2）.