复杂岩溶地区桩基础工程处理措施研究

梁 彬，张金龙，章臣平，麻金峰

（中交第四公路工程局有限公司第一建筑工程分公司，江苏 连云港 222000）

1 工程概况

南京市鼓楼区金燕路西侧地块保障房建设项目占地345705.18m2，其中A 地块建筑面积188146.9m2，包含12 栋主楼及一个整体地下室，主楼共有灌注桩917 根，桩径有60cm、70cm、80cm、90cm 四种规格。工程地貌单元为长江漫滩与岗地交接地带，经过前期详勘及一桩一孔勘察，探明本工程地下岩溶情况普遍存在，并且岩溶高度、数量、位置及填充情况不尽相同，溶洞形式复杂多样，包括多层溶洞、串溶洞等各种情况。针对该项目的复杂地质溶洞条件，结合前期桩基础工程试桩报告结果等相关资料文件，对桩基础进行设计加固及施工采取相应有效可行的措施。本工程桩基设计为端承桩，以⑤-2层中风化含砂砾岩、砂砾岩为桩基持力岩层，采用水下C45 混凝土，桩长根据一孔一勘报告结果进行针对性设计，6～58m 不等。

2 工程地质特点

根据勘察揭示，场地范围内分布的⑤-2 层中风化含砾砂岩、砂砾岩有岩溶发育，分布有溶洞和溶隙。岩溶洞隙主要顺着各岩层层面和节理面进行发展，以中小型串球状分布为主，场地岩溶各向异性明显，竖向和侧向溶蚀均有出现。在勘探过程中可溶岩分布区钻孔岩溶遇洞率为44.8%，勘探深度范围内线溶率为21.4%。场地内岩溶洞隙分为无填充的空洞及充填率在50%～90%之间的填充溶洞，岩溶内部主要以填充的硬～可塑（局部软塑）状粉质黏土为主，但是局部夹有风化岩屑、风化硬块及少量砾石，岩溶内部填充物具有强度性能低、压缩性能高、工程性质极差的特点。溶洞洞高0.3～18.1m，洞顶埋深6.1～56.9m。通过对比分析并查阅相关规范，判定本场地可溶岩分布区岩溶发育程度等级为强发育，必须充分了解掌握该场地内的溶洞分布情况及特征，有针对性地制定相关技术手段。

通过地质勘查可知，场地地下水主要分为孔隙潜水、承压水和基岩裂隙水、岩溶水等类型。

潜水主要接受自然界大气降水的渗透补给，以垂直蒸发和径流方式排泄，与场地附近地表水呈互补关系。地下潜水稳定水位在地面下0.2～2.9m，高程为4.14～6.50m。承压含水层含水丰富，给水性和透水性较好，属透水地层，其补给来源为地下径流以及上层孔隙潜水的越流补给，以地下径流为主要排泄方式。承压水水头埋深在地面下3.50m，高程为3.68m。基岩裂隙水、岩溶水补给来源为地下径流和上覆松散地层中孔隙水的补给，由于受岩溶、裂隙分布及相互连通条件的影响，以侧向径流和下渗为主要排泄方式。水位在地面下8.5～13.5m，高程为-2.28～-6.32m。根据现场量测结果，本场地岩溶水水头远高于岩土交界面。

3 设计阶段的技术措施

3.1 溶洞注浆处理

在设计阶段充分考虑岩溶洞隙对桩基承载力的影响，根据地勘报告，针对不同的溶洞类型情况，采取不同处理措施。

1）单个溶洞高度小于8m 或多层溶洞，其中不存在溶洞高度超过8m 的情况，采用直接穿越的方式。

2）单个溶洞高度大于8m（含8m）或多层溶洞，其中存在至少一个以上的溶洞高度超过8m的情况，采用填充水泥的注浆方法及针对复杂串孔、多层溶洞的注浆方法并穿越。

3.2 溶洞区域混凝土约束处理

对于直接穿越的溶洞区域，溶洞高度虽然不超过8m，但是横向溶洞扩展程度无法确认，是否与周边桩的溶洞相连具有不确定性，因此针对此区域的桩身应进行相应的加固。

考虑灌注桩是由钢筋笼骨架及混凝土组成，在保证混凝土强度等级及施工和易性的前提下，通过构造措施对钢筋笼处在溶洞范围的区域进行加固，以保证桩身强度及完整性。在主体结构中框架柱的箍筋包含三个作用：抵抗剪力、对混凝土提供约束及防止纵筋压屈。本工程利用箍筋对混凝土的约束作用对溶洞区域桩身进行加固。

4 施工中的处理措施

4.1 机械设备选用

现场根据一桩一孔的勘察结果，随机抽取1～3 根能够反映地质特征的桩基进行试打作业，以便能够根据地质情况选用合适有效的机械设备及施工工艺进行施工作业。

在试打作业中，采取了3 种设备进行对比作业，分别是回旋钻机、冲击钻机、旋挖钻机。本工程要求主楼桩基入岩深度2.1m 以上，在遇到多层溶洞顶盖板时，除了钻进持力岩层外，还得穿越盖板，岩溶发育强且复杂，存在多层溶洞、串溶洞、单个大型溶洞、无溶洞等情况，因此综合整体因素，最终决定采用以冲击钻为主，旋挖钻机为辅的方式进行桩基工程施工。

4.2 卡钻处理

4.2.1 卡钻的原因

本项目施工多层溶洞的桩基础时，在钻进过程中会遇到多层溶洞盖板，穿越这些盖板时易发生卡钻头现象。

溶洞盖板一般分为平岩面盖板和倾斜岩面盖板两种情况。施工中穿越平面盖板时，正常情况下不会存在出现卡钻头问题；在穿越斜面盖板时，钻头易出现摆动，导致钻头倾斜卡钻，这种情况下建议在钻至倾斜岩面时停止钻孔，回填片石及黏土块，同时将冲击冲程调小，一般不大于0.6m，之后反复冲砸穿越盖板。

4.2.2 卡钻的处理方法

出现卡钻头时，应先调查其原因，制定针对性处理措施，不可随意盲目对钻头进行拉拽。先观察钻孔是否规则有无塌孔，如果钻孔没有出现特殊情况并且竖向活动空间充足时，可反复在各方向上进行移动，然后找到空间较大的位置进行提升钻头。当钻头卡在岩石的下方时，采用上下轻锤击的方法破碎上部岩石提升钻头，或者用小锤解救大锤的方法，将小锤头放进钻孔内轻锤击碎岩石取出钻头，此时应注意不要重锤冲击将连接在大锤上的钢丝绳冲断。

4.2.3 卡钻的预防措施

①必须采用合格的钻头进行施工，同时在施工过程中应注意加强对钻头的维修（包括补焊及更换）；②实行严格的三级技术交底，对于不同地质岩层对应采用相匹配的冲程；③根据钻孔一桩一勘情况分析孔内岩层分布后采用稠度相适应的泥浆，保证护壁效果防止孔壁坍塌。

4.3 偏孔处理

4.3.1 偏孔的原因

钻头钻进时在遇到大型溶洞、斜岩、溶沟或者半边岩时，由于钻头接触面不均匀，容易发生不均匀冲击而导致偏孔。桩基施工时，在钻孔内如果存在片岩或者孤石、探头石的时候，容易导致不均匀钻进而出现偏孔现象。

4.3.2 纠偏方法

1）先用黏土泥块、卵石或者片石进行回填，回填高度应保证在偏孔位置2m 以上。

2）待抛石稳定后，将冲击钻冲程调小，一般保持在0.6～0.8m，采用高频低幅的方式继续冲孔，直至回填物将孔底岩面充填成高低均衡的水平面后按照正常冲程进行钻进，倘若首次回填物无法满足继续正常钻进，应继续回填并使用强度等级更高的填充物回填，填充物必须保证能够被正常冲碎，否则将无法成功解决偏孔问题。

3）若偏孔较大，在抛投片石锤击无效无法通过回填片石进行纠正时，可用混凝土浇筑密实至偏孔位置上0.5m 处，等到混凝土强度到达15MPa之后再重新钻进，以达到解决偏斜的效果。

4.3.3 偏孔的预防措施

为避免在施工中因冲击震动而出现偏孔问题，需要注意以下三点：①钻具组装规范，保证水平，起重设备滑轮、护筒中心及钻杆三中心要控制在一条直线上，误差在2cm 之内；②增设设置导向架，保证在钻进的过程中冲击钻上部结构不易出现大幅度摆动；③严格控制冲击冲程，针对不同岩层要规定对应的冲程，切不可盲目冲击；遇到溶洞时应该每钻进1m 用检孔器进行检查。

4.4 漏浆处理

4.4.1 漏浆产生的原因

本工程场地内多处存在溶洞，包括了多层溶洞、串溶洞、单个超大溶洞等复杂情况，在桩基钻孔过程中溶洞会出现横向拓展连通等现象，当钻头处在这个位置时则会出现漏浆现象，使得护筒内的泥浆突然急剧下降。除此之外，岩溶性裂隙也会导致泥浆缓慢下降。

施工区域处于串溶洞或横向者扩展性大溶洞时，当钻头达到该位置时容易发生大范围漏浆现象，此时容易导致孔口护筒处泥土突然失去横向支撑力，甚至出现孔口坍塌。因此在该区域施工桩基时，应该适当提高泥浆比重，保证护壁效果。

4.4.2 补救措施

在桩基施工过程中，现场施工人员应该进行全程旁站，尤其是针对一桩一勘报告显示有复杂岩溶时，一定要时刻关注护筒内浆液面的情况，当发现护筒内泥浆面出现急速下降时，应立刻停止钻进并提出钻头，把事先准备好的碎石等填充物填充到孔内，平衡孔内泥浆水头压力。出现漏浆时，应第一时间向孔内大量补浆，同时用黏土加固孔口护筒周边出现的裂缝，然后填入大量黏土及碎小片石，通过将冲击钻调为小冲程后再进行重复冲砸，以达到加固孔侧壁的效果。

4.4.3 预防措施

在岩溶区域进行桩基础工程施工时，为保证桩基冲孔质量，降低施工成本，可以制备稠度大的泥浆进行冲孔施工。同时通过在回填土中掺入适量的碎石并反复冲击振捣，可达到密实增强护壁的效果。

5 结语

在复杂岩溶地区的桩基工程施工时，为保证桩基工程质量，应从设计及施工两方面入手，以设计手段提高桩基的承载力及完整性，以施工手段实现设计要求，提高桩基质量。本工程不良地质作用主要为岩溶，在采取本文提出的桩基施工技术处理措施后，桩基施工取得了较好的工程效果，桩基承载力及地基强度和稳定性能够满足工程要求，可以保障后续工程建设。