溶洞地区冲击钻成孔灌注桩施工方法分析

刘卫成

【摘 要】本文结合作者在中国南方航空大厦的工程实践，对溶洞地区冲击钻成孔灌注桩施工方法进行分析，总结了该工程灌注桩施工过程中出现的问题及处理方法，为溶洞地区灌注桩施工提供参考。

【关键词】钻孔灌注桩；溶洞地区；施工方法；解决措施

一、工程概况

中国南方航空大厦工程项目总用地面积23311平方米，总建筑面积约194729平方米，首至6层为裙楼，其高度为30米；主楼高度约160米。地上总计36层，4层地下室，基坑深度约15米。根据地质勘察报告：本项目处场地存在溶洞。

二、施工技术方案

由于地质勘察及超前钻芯取样的局限性，本标段在冲击成孔灌注桩基础施工过程中，循环泥浆骤然漏失，桩孔内平衡被打破，孔壁土层在侧压力作用下坍塌，可判断遇到溶洞[1]。现场根据溶洞的洞高和洞内填充物情况，对溶洞主要采用的处理方法有：抛填法、灌注混凝土填充法、套放大小钢护筒法等[2]。

2.1抛填法

溶洞范围小，溶洞高度小于1m，对照地质图，当钻至溶洞顶板1 m 左右时，减小冲击钻冲程，控制在1～1.5 m， 通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，溶洞一被击穿，孔内水头迅速下降，这时立即向孔内补充泥浆，同时提钻至孔口，并向孔内投入片石、 粘土块和水泥，填充溶洞，当孔内水头稳定时，用测线测出回填厚度，当回填厚度大于1m 时，使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。发现异常情况及时采用以上方法，反复冲砸，填塞溶洞，挤密护壁，直至顺利穿过溶洞。洞上下各1m范围在钢筋笼的定位筋焊接厚4mm的钢板圆筒，在圆筒外增加四根定位钢筋。

2.2灌注混凝土填充法

溶洞的高度在1.0～3.0m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先向抛填片（碎）石、砂混合物和注水泥浆，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁，水泥砂浆将片石空隙初步堵塞后，停止冲击，24小时后，待水泥的强度达到2.5MPa后，再继续冲击，穿过溶洞。

2.3套放大小钢护筒法

2.3.1、溶洞高在3.0

2.3.2、溶洞高大于5.0m（多层），且溶洞间距较大时，拟采用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。内护筒长度L=h+2m（h为地质超前钻确定的多层溶洞高）内护筒内径应比设计桩径大20cm左右，外径应小于外护筒内径5cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护筒外径比上层内护筒内径小3～5cm，具体处理情况：

（1）内护筒长度的确定护筒长度L=h+2（m）（h为多层溶洞高）；

（2）内护筒内径的确定

内护筒内径应大于φ220cm（本设计桩径为200cm），同时外径应小于外护筒内径5cm左右，如果只下一次内护筒（一层溶洞），内护筒内径选用233cm，壁厚为1cm，则外径为235cm（主桥外护筒内径为240cm）。当遇到第二层溶洞时，第二层溶洞的内护筒（即第三次护筒）选用220cm内径。

2.3.3、外护筒的制作及沉放方法

（1）外护筒的制作

外钢护筒制作时，先勘察地质质料，根据溶洞的层数确定外钢护筒的直径。钢护筒分节制造，工地拼接。先采用桩锤进行扩孔，钢护筒采用振动下沉。振动下沉采用振动打拔锤，其振动动力为1600KN以上。钢护筒下沉时，用两台经纬仪在两个垂直的平面内监测倾斜度，以便随时调正。护筒下沉至硬土层或岩面后，其傾斜度小于1%。

（2）内护筒的沉放

1）当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或冲机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后，内护筒不会靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。此时，GPS-30钻机重新就位[3]。

2）护筒沉设利用GPS-30钻机进行，在钻机的钻杆上附加压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护筒随钻头的钻进而下沉，直到溶洞的底部。

3）护筒下落过程中通过外部专门支架和预埋外护筒之间的卡具控制，并用经纬仪辅助控制垂直度。

（4）内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理

1）在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。

2）用高压喷射灌浆法（施喷法）对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30mpa，其抗渗系数可达10-7m/s。灌浆处理后，即可重新冲孔。

3）在内护筒顶部及底部100cm范围内回填小碎石素水泥混凝土，内护筒中部回填砂，同样能起到堵塞空隙的目的。

4）对于需要处理多层溶洞的桩基，一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是为了增加溶洞底部（同时有可能是下层溶洞的顶部）附近填充物的密度和强度，并且增加内、外护筒间的胶合力。

5）重新冲钻，直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时，经监理工程师同意即可终孔，此桩即成孔。成孔后的工序工艺与常规相同，并不赘述。

三、结束语

中国南方航空大厦工程溶洞地区冲击钻成孔灌注桩施工已完成，共计316根，在施工过程中依据溶洞深度分别采用拋填法、灌注混凝土填充法、套放大小钢护筒法，满足了施工工期要求和施工成本要求，取得了良好的效果。从施工经验来看，溶洞深度和发育状况，是决定施工方法的决定性因素。在溶洞地区冲击钻成孔灌注桩施工时，应根据现场实际情况，采取合适的施工方法，方能取得安全、经济、优质的效果[4]。

【参考文献】

[1] 毕树峰.岩溶区高速铁路桩基础施工溶洞处理技术研究[J].中外公路，2014，34（05）：200-202.

[2] 艾发俊.高速特大桥岩溶区桩基础覆盖层坍塌灌浆加固施工技术[J].中华建设，2015（04）：146-147.

[3] 张震.浅谈溶岩地区钻孔灌注桩成孔施工技术[J].中国建材科技，2014（S2）：176-177.

[4] 程文才.广珠铁路岩溶地区桥梁桩基础施工技术[J].铁道勘察，2012，38（04）：81-84.