岩溶发育区深长灌注桩施工技术研究

廖瑞奇

摘 要：本文在系统分析岩溶发育区冲孔灌注桩成孔、水下砼灌注及溶洞处理施工过程中的常见问题与应对措施基础上，结合广东省肇庆市某房地产项目桩基施工实际，提出了桩孔位超前钻探、边施工边溶洞处理的岩溶区深长灌注桩关键施工技术与工艺，确保了桩基础成桩质量，为同类工程扩大了参考样本。

关键词：岩溶;桩基;冲孔灌注桩;施工技术

中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0144-04

0 引言

岩溶即喀斯特地貌，是水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称[1]。岩溶在我国大部分地区均有分布，其中尤以广西、贵州、云南和广东部分地区分布广泛。由于岩溶地层存在许多临空面，地质情况复杂多变，在岩溶发育地区进行地下工程施工难度巨大。

针对岩溶强发育区桩基施工技术研究国内外已有大量文献报道[2-3]。针对岩溶发育地区桥梁桩基施工中遇到的问题，提出了相应处置措施，确保了桩基础成桩质量[4]。从施工进度、质量、成本及安全文明施工不同角度出发，对比分析了岩溶地区灌注桩旋挖成孔与冲击成孔的不同工艺差别[5]。介绍了基于超前钻探摸排地下溶洞发育情况进行指导桩基施工的工程案例[6]。结合工程实例，介绍了强发育岩溶地区桩基础全套管全回转施工技术，实践表明该施工方法安全高效、社会和经济效益显著[7]。针对沪昆客运专线桥梁深桩基础在岩溶强发育地区中的难题，从技术、质量、经济、成桩效率等方面进行了综合分析，并创新性地提出了桥梁桩基中岩溶处置的新方法。提出了对岩溶地区灌注桩成桩质量的管波检测新方法，并通过现场试验，验证了管波技术在岩溶发育区桥梁桩基检测中的可行性。

通过上述分析可知，岩溶地区桩基施工在桥梁工程中多见，溶洞处理技术相对较为成熟。而对于房建工程中深度超过100m的深长冲孔灌注桩施工文献报道较少，相关工程参考样本偏少。由此，本文基于某房产小区工程实践，对岩溶强发育区深长冲孔灌注桩施工技术进行总结分析，重点阐述复杂溶洞的处理与岩溶地层冲孔灌注成桩的施工关键技术，以供同类工程参考。

1 工程概况

本工程项目位于广东省肇庆市，项目总用地面积约为537891m2，总建筑面积地上413669m2，地下124222m2，拟建酒店式公寓楼、办公楼、综合商业楼、住宅楼、沿街商铺、会所等共12栋，主楼高22层～27层，地面以上高度为100m，地下室2层，地下室埋深7m（南部）～10m（北部），拟采用桩基础、剪力墙结构。

1.1 场地岩土层分布特征

根据岩土工程勘察结果，按岩土层成因类型和岩土性质对场地地层自上而下划分为：第四系人工填土层（Qml）、冲积层（Qal）、下伏石炭系灰岩（C）。各岩土层还可进一步细分为若干亚组，如表1所示。详勘钻孔中见土洞率和见溶洞率分别为10%和15%，平均层厚分别为2.94m和0.8m，该特殊地层将对桩基施工造成影响。

1.2 场地地下水情况

在钻孔揭露的岩土层中的地下水主要为第四系孔隙水和基岩溶洞裂隙水，孔隙水主要赋存于2-2淤泥层及2-5层砂层中，淤泥层中水量较大但给水及透水性差，砂层分布不连续但透水性较强;岩溶裂隙水，为弱承压水类型，水量大且与土层中土洞有水力联系，一般位于较深部位，总体上以强透水为主;其它粉质粘土层均为相对隔水层。

场地大气降水和侧向径流是区内地下水的主要补给来源，地下水位随季节变化。据区域水文资料，该地区地下水年变化幅度约为0.50m～1.00m。勘察施工期间测得各钻孔混合水位埋深约为1.40m～1.80m，水位高度差别不大，说明地下水连通性强。

1.3 场地工程地质评价与基础类型选择

由上述场地岩土层分布及地下水情况可知，场地工程地质条件评价为一般至较差，需采用适当的基础型式或地基处理后方可作建筑场地。综合地层条件与拟建建筑物荷载特点、经济性及当地工程经验，本工程基础类型最终选定冲孔灌注桩型式，以微风化灰岩作桩端持力层。

本工程设计桩数776根，其中φ1000mm桩径611根，φ1200mm桩径165根，桩长一般在15m～66m，总桩长约为27160m。但实际施工中由于工程地质复杂，溶洞裂隙发育，实际见洞率高达64%，溶洞呈串珠状分布，最大洞高达19.5m，实际施工桩长约为20m～100m，部分区域存在60m～100.71m深桩48根，施工难度大。

2 岩溶区冲孔灌注桩施工关键技术

2.1 冲孔桩成孔工艺

冲桩机成孔工艺是用冲击式钻机或卷扬机通过钢丝绳带动冲锤，以冲击破碎的方式破碎岩土的一种进尺方法。冲进时，用钻机或卷扬机带动冲击锤，上下往复冲击，将桩孔中的土石劈裂、破碎或挤入孔壁中，并利用泥浆悬浮钻渣，然后利用泥浆循环系统将钻渣排出孔外。本工程針对不同地层调整了冲孔施工参数以更优质高效地完成施工任务，不同地层的冲孔施工参数如表2所示。

2.2 岩溶地层灌注桩成孔事故与应对措施

由于本工程地质条件复杂，对冲孔灌注桩施工存在诸多不利因素，施工过程中遇到的常见事故与应对措施如下。

2.2.1 成孔过程中漏浆的处理

在成孔遇到溶洞时会发生漏浆现象。处理办法可先投放泥球，及时补浆，在孔内搅拌泥浆，使稠泥浆迅速充填在孔壁块石的间隙中，阻挡渗漏而保护孔壁稳定。漏失停止后，恢复正常钻进。

2.2.2 卡锤、难以冲进的处理

在成孔遇到溶洞时，可能会遇到卡锤事故。如果卡锤不严重，用钢丝绳将冲锤强拉提起。如果冲锤被卡十分严重，强拉硬提无效，可用重锤将卡锤击松后再提起。

2.2.3 斜岩等导致的偏桩的处理

在施工中由土层进入岩层时、或在溶洞底部、或岩层有夹层的位置等均有可能出现斜岩导致偏桩的现象，解决办法为：（1）根据超前钻结果，充分了解地质资料，冲进过程中根据钢丝绳的偏移情况在第一时间发现偏桩现象，及早处理，若发现过迟，处理难度加大;（2）现场储备硬度较大，尺寸在30cm～50cm的硬度大于岩层的花岗岩，以备偏桩时回填使用;（3）冲孔过程中密切关注钢丝绳的垂直度及变化情况，发现偏桩立即回填块石至开始发生倾斜位置高出50cm～100cm后重新冲进校正，反复进行，直至正常为止。

2.2.4 成孔过程中塌孔的处理

因场地内土层较厚，在桩机成孔施工过程中可能出现塌孔现象，解决办法为：（1）详细阅读超前钻报告，了解地层条件，对存在砂层的桩孔，在成孔过程中适当调大泥浆比重。（2）成孔过程中如遇塌孔，应立即停止施工，回填块石夹粘土加大泥浆比重，并反复冲击照壁冲进。

2.3 岩溶地层水下砼灌注事故与应对措施

在水下灌注砼过程中，如出现事故应分析原因，采取合理的技术措施，及时设法补救，不宜轻易废弃或中止灌注。

2.3.1 导管进泥浆

导管进泥浆的主要原因为：（1）首批砼储量不足，安置导管距孔底间距过大，砼下落不能埋住导管底口，以致水或泥浆从底口进入导管;（2）导管接头不严或螺杆断折、焊缝破裂，水或泥浆从接头或焊缝处注入;（3）导管提升过猛或测深错误，导管底口提离砼面，底口注入水或泥浆。

预防及处理方法：（1）由上述第一种原因引起的，应立即将导管提出，将孔底砼沉淀物用反循环清除。重新下导管并准备足够储量的首批砼重新灌注。灌注之前必须进行首批砼量计算，导管底口距孔底间距设置0.3m～0.5m。（2）若为第二种原因引起的，应拔换导管，采用二次剪球法处理，在第二次灌浆时，当预制砼球塞（即隔水栓）下落至原砼面时，导管立即插入原砼内有足够深度。（3）第三种原因引起的，用原导管进行二次剪球处理，方法同上。若砼面在泥浆面下不深的护筒内，可将护筒内泥浆抽干，将浮浆清除，再在护筒内灌注砼至设计标高。

2.3.2 卡管

（1）初灌时隔水栓卡管，或由于砼本身原因坍落度过小，流动性差、夹大石子、拌合不均、离析、粗骨料集中而造成堵管。处理方法：用长杆冲捣导管内隔水栓或砼，或抖动导管，使隔水栓或砼下落，如仍不下落时，将导管提出清洗，然后重新吊装，重新灌注。

（2）机械故障或其它原因使砼在导管停留时间过长，最初灌注的砼已经初凝，增大了管内砼下落阻力，砼堵在管内。处理方法：灌注前检查灌注机械，并备有备用机械，首批砼中可掺入缓凝剂。可进一步采用我公司自行研制的振动器（可与灌注导管连在一起），将导管内的砼振出，同时也能提高砼的密实度，提高桩身的质量。

2.3.3 坍孔

在灌注过程中如发现钻孔护筒内水位忽然上升后又随即骤降并冒出气泡，应怀疑坍孔现象。用测深锤探测，如原测深锤停挂在砼表面上未取出，被埋不能上提，或下不到原来的深度，均可证实为坍孔。发生坍孔后，应及时查明原因，并采取相应措施，保持加大水头，防止继续坍孔。如不严重，并不继续坍孔，可恢复正常灌注，砼埋深尽量大一些，将坍孔泥砂挤出。如坍孔严重，并仍不停止，应立即中止灌注，将导管拔出，用粘土回填，待坍塌稳定后，再商定处理方案。

2.3.4 埋管

主要原因：导管埋深过深，或提管过猛，导管拉断。预防方法：严格控制导管埋深不得超过6.0m，导管接头螺栓事先检查是否稳妥，提升导管不能过猛。若埋管事故已发生，视情况作出处理。砼面距桩顶不深时，可将原护筒接长，将护筒沉入已灌注砼面以下，抽水、排渣，接灌砼。

2.3.5 砼灌注超方

由于本工程場地内溶洞分布较多，在砼灌注过程中极易出现砼超方现象。预防及处理方法为：（1）根据桩超前钻报告揭示的溶洞情况，在桩基施工前通过泵注混合砂浆及袖阀管注浆的方式，提前对存在的溶洞进行处理。（2）灌注过程中时刻监测孔内砼面高度，一旦发现砼面上升缓慢，出现超方现象，应及时通知砼搅拌站增加砼供应量，保证砼灌注完成。

2.3.6 砼灌注时导管底脱出砼面

在溶洞发育地层极易出现砼灌注过程中，当砼面达到一定高度后，砼的压力导致泥浆护壁破裂，砼进入溶洞，砼面下降，在埋管过小的情况下会导致砼面下降至导管以下，而出现断桩、废桩的情况。因此，在溶洞发发育地区，应加大埋管深度，确保不出现此类情况。

2.4 溶洞处理关键技术

溶洞处理分为桩基础施工前溶洞的预先处理和桩基础施工过程中处理（“边施工边溶洞处理”）两种，其一般原则为：（1）对于超前钻阶段发现的小于或等于0.5m高的半充填、全充填型土洞采用施工中处理的方式进行;（2）对于洞高大于0.5m的半充填、全充填型土洞或洞高小于2m的未充填溶洞直接采用袖阀管注浆处理方法;（3）洞高大于2m的未充填型土溶洞采用泵注低标号砼与袖阀管注浆相结合的处理方法;（4）施工过程中发现的溶洞采用施工中处理的方式进行。

本工程溶洞采用施工中处理的方式（即“边施工边溶洞处理”）进行，具体为：在超前钻阶段发现小于或等于0.5m高的半充填、全充填型土洞，或超前钻未揭示的溶洞采用此方法。即在桩基础施工中发现溶洞漏浆后，采用片石、粘土、黄泥投入桩孔内通过冲锤的压力来充填桩侧溶洞的方法。边施工边溶洞处理工艺流程如图1所示。

若一桩多次采用边施工边溶洞处理的方法还不能完成解决漏浆、塌孔时，应及时移开桩机，进行袖阀管注浆处理。

3 现场实施效果评价

本工程对所有桩孔地层进行了超前钻揭示，实际揭露场地见洞率高达64%，溶洞呈串珠状分布，最大洞高达19.5m，这一数值远远高出场地详勘结果。但基于上述岩溶区冲孔灌注桩施工关键技术与“边施工边溶洞处理”施工工艺很好完成了全场地776根桩基的施工，其中最长深桩长达100.71m，且所有桩基不同深度位置灌注砼分散系数均大于1.0，如图2所示。基于本施工技术完成的所有桩基础在检测中全部合格，无III、IV类桩出现。

4 结语

（1）岩溶发育区由于地质情况复杂对桩基施工提出了新的要求，通过本工程实践表明冲孔灌注桩是岩溶地区高层建筑基础的一种经济合理型选项。（2）岩溶发育区冲孔灌注桩施工应关注成孔和砼灌注两方面的质量控制，本文对施工过程中遇到的成孔和砼灌注常见事故给出了应对解决关键办法，并实践了溶洞边施工边处理的施工工艺。（3）采用冲孔灌注桩成孔和砼灌注关键施工技术，本文结合工程实践表明该技术与边施工边溶洞处理工艺实施效果良好，为后续类似岩溶发育区深长灌注桩施工提供了参考。

参考文献

[1] 袁道先，蒋勇军，沈立成，等.现代岩溶学[M].北京：科学出版社，2016.

[2] 谢甲闰.岩溶地区桥梁桩基施工技术的应用[J].交通世界，2019（36）：114-115.

[3] 姚宏生，冯忠居，袁展，等.岩溶地区桥梁桩基施工技术的应用[J].施工技术，2017，46（19）：130-133.

[4] 陈福，李富勤，黄斌，等.岩溶地区灌注桩旋挖与冲击成孔的对比分析[J].住宅与房地产，2018（5）：275.

[5] 任展.香港中文大学（深圳）一期岩溶地区桩基施工技术[J].建筑施工，2019，41（7）：1192-1194.

[6] 王晓华.强发育岩溶地区桩基础全套管全回转施工技术[J].国防交通工程与技术，2019，17（S1）：55-57.

[7] 陈剑华.岩溶强发育地区深桩基础施工关键技术研究[D].长沙：中南大学，2014.