喀斯特无充填溶洞全回转钻进灌注桩钢筋笼双套网综合成桩施工技术

李树青，雷 斌，鲍万伟，冯志辉，申小平

(深圳市工勘岩土集团有限公司，广东 深圳 518063)

0 引言

在喀斯特岩溶发育区，一般地质结构比较复杂，溶洞、裂隙普遍发育，在岩溶发育区灌注桩施工，一般采用冲击和旋挖钻进成孔工艺，在成孔过程中由于岩面倾斜常造成钻头受力不均匀,易发生斜孔、卡钻、掉钻，冲击钻进需要反复回填块石、黏土进行纠偏，旋挖钻进时则需要采用灌注混凝土处理偏孔，造成钻进成孔困难；而当遇到溶洞尤其是无充填的大溶洞时，易发生泥浆渗漏、垮孔，严重的甚至造成地面塌陷；另外，在灌注桩身混凝土时，混凝土易沿溶洞发生充填，造成混凝土超灌量大。

本文结合具体工程实例，对喀斯特无充填溶洞全回转钻进灌注桩钢筋笼双套网综合成桩施工工艺进行详细阐述。

1 工程概况

1.1 项目概况

坪山凤凰公馆项目位于深圳市坪山区沙湖社区碧沙北路与龙勤路交界处，拟建项目为5栋高层(3栋商品房，2栋人才保障房)，81栋底层商墅。主楼基础选用全套管全回转混凝土灌注桩，桩径分别为1 200～1 500mm，共计297根。

1.2 工程地质与水文条件

根据勘察报告显示，场地工程地质情况自上而下为：回填土层、中风化大理岩、溶洞溶槽堆积层、微风化大理岩、微风化大理岩。

1.3 桩基础设计要求与现场施工情况

项目桩基础设计直径为1.2～1.5m，共计297根，桩端持力层进入微风化花岗岩≥0.5m。由于项目处于岩溶强发育地区，存在多层溶洞及微风化大理岩夹层，最大溶洞厚度达十几米，溶洞以上多为土层(第四系土层)，土层松散，孔壁成孔性差，塌孔可能性较大，易卡钻、卡锤，无法保障旋挖成孔设备及场地安全，经过优化后，采用全套管全回转钻进成孔，在钢筋笼外侧包裹镀锌钢丝网与尼龙网，达到成孔速度快、混凝土灌注量控制好、成桩质量高的目的。

2 清渣桶一次清孔、清渣头二次清孔工艺

本技术所述的岩溶发育区灌注桩施工方法，其关键技术主要包：①采用全套管全回转钻机成孔，全护筒护壁；②在钢筋笼外侧安装钢丝网、密目尼龙网的双套网结构，在护筒起拔后能有效阻挡混凝土扩散，确保桩身混凝土的超灌量，保证桩身质量。

2.1 全套管全回转钻进

全套管全回转钻进是利用钻机的强大扭矩驱动钢套管钻进，利用套管底部的高强刀头对土体进行切割，并利用全回转钻机下压功能将套管下压，同时采用冲抓斗挖掘并将套管内的渣土掏出，始终保持套管底超出开挖面，这样套管钻进同时成为钢护筒全过程护壁，有效阻隔了钻孔过程中多层溶洞的影响；同时，由于套管壁厚、刚性好，钻进时垂直度控制好。

当钻进至溶洞顶灰岩面时，采用冲击与冲抓相结合的取土工艺，即采用冲锤在套管内冲击碎岩，并采用冲抓斗捞渣；反复冲击破碎修孔，钻机回转钻进、下压套管，直至套管下至桩端持力层。

与第一阶段实验的主要区别在于，本阶段提供了开放的解空间，即不再使用固定格式的编码来表达设计对象，实验条件更接近真实团队创新的实际情况。第一阶段实验中，设计师的实际工作只是修改21个参数来控制产品造型变化，而实际设计方案修改方式要比这复杂得多，例如无法用统一格式表达，无法在引用对象上直接修改，必须重新绘制方案草图等，大大增加了工作量。

挖掘完毕后，立即测量孔深并确认持力层，满足要求后进行一次捞渣斗清孔，安装钢筋笼和灌注导管后，采用气举反循环工艺二次清孔，最后灌注混凝土成桩；灌注桩身混凝土的过程中，利用全回转钻机巨大的起拔力，将钢套管分段拔出。

2.2 钢筋笼外侧安装双套网

2.2.1工艺原理

由于溶洞分布，在灌注桩身混凝土时，尽管混凝土可通过添加速凝剂减缓其流动扩散，但水下混凝土具备一定的坍落度，灌注时在溶洞段混凝土将向溶洞的空间进行扩散。为避免在护壁套管起拔后桩身灌注混凝土快速流失，在溶洞分布段桩身钢筋笼外侧专门设置了镀锌钢丝网、尼龙网2层结构，以有效减缓混凝土的快速扩散，减少混凝土的流失。

2.2.2镀锌钢丝网

1)钢筋笼制作按设计图纸要求进行，制作完成后根据成孔显示的溶洞顶、底埋深，按溶洞顶向上、溶洞底向下各延伸1m，安装镀锌钢丝网，以确保减缓混凝土扩散的有效性。钢筋笼安装镀锌钢丝网如图1所示。

图1 镀锌铁网安装

2)镀锌钢丝网选用优质低碳钢丝，通过精密的自动化机械技术电焊热镀锌加工制成，网面平滑整齐，结构坚固均匀，整体性能好；同时，钢丝网具有良好的柔韧性和可塑性，即使镀锌钢丝网的局部裁截或局部承受压力也不致发生脱焊现象，依然可以减缓阻挡混凝土的扩散；另外，镀锌后耐腐蚀性好，安全性高、耐久性强，满足其成为桩身混凝土内的材料要求。本技术选用热镀锌钢丝网，网孔呈菱形，丝径0.9mm。

3)镀锌钢丝网采用20号钢丝直接绑扎在钢筋笼上，梅花式绑扎，横向和竖向搭接处覆盖20cm。

2.2.3尼龙密目网

2)密目尼龙网材质为HDPE高密度聚乙烯，网目密度2 000目/100cm2，具有韧性高、弹性好、耐腐蚀的特点。

3)尼龙网安装采用兜底法包裹钢筋笼和镀锌钢丝网，钢丝按2m间距将尼龙网固定在镀锌钢丝网上，尼龙网的安装长度为钢筋笼底至镀锌钢丝网顶端齐平。尼龙网安装与灌注混凝土效果如图2所示。

图2 尼龙网安装与灌注混凝土效果

2.3 施工工艺流程

灌注桩全套管全回转气举内循环清孔工序流程如图3示。

图3 施工工艺流程

2.4 操作要点

1)全套管全回转钻进 ①采用JAR260H全回转钻机与特制钢套管，套管直径1 000mm，配套120型履带式起重机、220型挖掘机等。②使用全套管全回转钻机与专门配备的液压动力站，将带特制刀头钢套管回转切入，同时使用冲抓斗反复抓取全套管内的土进行取土；遇块石、孤石或硬质夹层时，使用十字冲锤冲碎孤石后再使用冲抓进行抓取。③抓斗取土时保证套管超过成孔深度2m左右，当每节套管压入桩孔内到在钻机平台上剩余50cm时及时接入下一节套管以满足成孔需求。④在钻进至溶洞附近时放慢成孔速度，使用全回转钻机夹紧套管以防止套管掉落；由专人记录溶洞位置，并计算出钢筋笼需安装镀锌钢网及密目网长度；穿过溶洞后，继续成孔至持力层面，在完成岩层判定后，成孔直至达到设计入岩深度，并与监理、业主等单位进行终孔验收。⑤终孔验收后，使用捞渣斗进行孔内捞渣。

2)钢筋笼制作 ①根据勘察报告及设计要求提前制作好钢筋笼底笼，为便于吊装，底笼长度<24m。根据实际成孔深度确定钢筋笼总长度后制作剩余钢筋笼，钢筋笼制作完毕后由监理、业主进行质量验收，合格后安装镀锌钢网；②钢筋笼底笼底部采用钢筋焊接形成井字形，初灌混凝土可完全覆盖底部网状结构，有效防止灌注混凝土时的钢筋笼上浮现象；③为确保钢筋笼在套管起拔时被挂住带起上浮，采用在钢筋笼体分段设置混凝土保护层垫块，每层3块，确保钢筋笼居中安放。

3)钢筋笼外侧安装镀锌钢网 ①钢筋笼验收合格后，根据实际成孔计算出所需安装镀锌钢网长度，在钢筋笼外侧进行安装；②镀锌钢丝网制作时，采用电动剪根据需要裁剪，采用20号钢丝将镀锌钢网固定在钢筋笼外侧，以梅花形点状绑扎；③钢丝网分段搭接处采用重叠安装，重叠≥20cm；④对于现场揭示无充填的大溶洞，根据现场实际经验，可采用双层钢丝网结构，最大限度减少混凝土扩散至溶洞。钢丝网重叠处安装如图4所示、双层钢丝网安装如图5所示。

图4 钢丝网重叠处安装

图5 双层钢丝网安装

4)钢筋笼吊放及尼龙网安装 ①钢筋笼制作完成后，采用起重机吊放，钢筋笼吊钩位置处采用开口设置，并预留封口镀锌钢丝网，待吊钩卸除后进行封闭，避免钢丝网缺失。②钢筋笼吊放入孔之前，根据实际成孔计算出密目尼龙网安装长度，并剪裁出所需密目尼龙网套在套管孔口；尼龙网采用兜住钢筋笼底同步全程包裹设置，尼龙网间采用穿钢丝线连接密封。③将钢筋笼吊放到套管内下放，下放的同时伴随尼龙网同步下放。④钢筋笼下放至吊钩处时，采用起重机辅助作业将吊钩卸除，并恢复吊钩处钢丝网覆盖、密封，避免出现漏洞造成混凝土漏失。⑤钢筋笼在套管内持续下放，尼龙网连续包裹钢丝网，钢筋笼下放直至镀锌钢丝网顶端位置后，停止下放，并用钢丝将尼龙网四周绑扎在钢筋笼上。⑥密目网上部套口扎紧后将钢筋笼缓慢向上提起，每隔2m用钢丝将密目网四周绑扎在钢筋笼上，避免灌注混凝土上拔套管时在溶洞段产生混凝土渗漏，并观察钢筋笼底部的包裹情况，有多节钢筋笼时，预留出钢筋连接处不安装镀锌钢网，在钢筋笼搭接完成后再安装，全部钢筋笼吊放并安装尼龙网后，再将钢筋笼下放至孔内。钢筋笼上每隔2m间距用钢丝绑扎固定尼龙网。

5)灌注混凝土成桩 ①为避免钢筋笼安装钢丝网后，混凝土粗骨料被钢丝网阻挡造成混凝土离析，搅拌站严格按配合比配制混凝土，控制好细石粗骨料的用量和粒径，现场对每罐车混凝土进行检查，保证灌注成桩质量；②钢筋笼下放完毕并测量孔底沉渣厚度满足要求后，快速完成孔口灌注斗安装，立即开始灌注混凝土，最大限度缩短准备时间；③采用强度等级为C35、坍落度18～22cm、抗渗等级为P8的细石混凝土进行水下灌注，混凝土可适量添加速凝剂，减少混凝土的流动；④灌注混凝土用料斗吊灌或泵车灌注，根据桩径及导管埋设深度采用3m3初灌斗灌注，以确保初灌时混凝土面上升高度超过导管底部0.8m以上；⑤混凝土灌注时，控制混凝土灌注速度，尤其在溶洞分布段，采用慢速回顶灌注法，并定时观察、测量套管内混凝土面的上升高度，在每辆混凝土罐车卸料完毕后，对桩孔内混凝土面上升高度进行测量，根据埋管深度及时拆管，确保灌注时导管埋深2～4m，最大不超过6m；⑥混凝土灌注过程中，保持连续作业，防止堵管；灌注至桩顶标高时，超灌80～100cm，以确保桩顶混凝土强度满足设计要求。

6) 起拔套管 ①边灌注混凝土边拔出套管，在拔出每节套管后及时测量混凝土面高度，保证套管最下端在混凝土面以下足够的深度，尤其在溶洞分布段，套管最下端在混凝土面以下埋管深度要求不少于10m,避免混凝土在溶洞段渗漏而造成孔内灌注事故；②起拔套管采用全套管全回转钻机自带的顶力起拔，并使用吊车辅助起拔。

2.5 施工工艺特点

1)钻进效率高 针对岩溶发育区的特点，采用全套管全回转钻机成孔，一次性解决钻孔护壁、溶洞漏浆、钻孔垂直度、斜岩处理、清孔等关键技术难题，无需反复处理，钻进成孔效率高。

2) 成桩质量好 采用全套管全回转钻进，全孔钢套管护壁，确保了溶洞段不漏浆，钻孔垂直度控制好，清孔效果好；钢筋笼采用镀锌钢丝网、密目尼龙网结构，有效解决了溶洞段套管起拔后灌注混凝土的扩散流失问题，成桩质量好。

3)综合成本控制好 采用全套管全回转钻进，成孔效率高，节省了大量溶洞处理时间，保证了工期；同时采用钢筋笼双套管结构，有效控制了灌注混凝土的流失，节省了大量的材料，综合成本控制好。

4) 保证现场文明施工 采用全套管全回转施工，现场不必预先准备大量的块石、黏土回填处理溶洞；采用全套管护壁，不必采用泥浆护壁，减小了泥浆循环系统的布设以及泥浆用量；全回转冲抓捞取的渣土含水量低，便于及时外运，为现场文明施工创造了条件。

2.6 实施效果评价

通过多个喀斯特地区灌注桩施工的实践应用证明，喀斯特无充填溶洞全回转钻进灌注桩钢筋笼双套网综合成桩施工技术无论在施工效率、施工管理，还是施工成本、现场文明环保措施等方面都突显出了较大的优越性，解决了喀斯特地区灌注桩成孔困难、成孔效率低、混凝土灌注量超多的问题，得到了设计单位、监理单位和业主的一致好评，取得了显著的社会效益。

3 结语

喀斯特无充填溶洞全回转钻进灌注桩钢筋笼双套网综合成桩施工技术通过全回转钻机成孔，对灌注桩有效形成护壁，并在钢筋笼外侧安装双套网结构，有效防止混凝土往溶洞外流，有效控制混凝土灌注量，在实际工程应用上取得了显著成效，具有钻进效率高、成桩质量好、综合成本控制好、有利于现场文明施工等优点，使其易于技术推广，是一种施工工艺上的突破和创新。