浅谈旋挖成孔工艺在岩溶地区的应用——以韶关保利中瑞花园项目桩基础工程为例

邓宇凡

广东省地质灾害应急抢险技术中心 广东 广州 510080

1 工程概况

韶关保利中瑞花园项目桩基础工程地块处于丹霞大道中与百旺中路交界处，位于韶关市武江区芙蓉新城区百旺路南侧，为典型石灰岩地区，地质复杂。项目占地面积3.4万m2，地块内计划建设6栋高层（30层)及1栋幼儿园（3层)，项目地下室局部为二层，基坑深约为8m。本工程采用旋挖灌注桩。

2 设计概况

采用旋挖成孔灌注桩基础，为摩擦端承桩，非抗拔桩桩身混凝土强度为C35，抗拔桩桩身混凝土强度为C40；桩端支承岩均为微风化石灰岩；非抗拔桩入岩深度500mm，桩径为800mm、1000mm、1200mm，桩净长约6～50m；抗拔桩入岩深度2500mm、3000mm，桩径为800mm，桩净长约6～45m。

3 地质条件

3.1 工程地质条件

拟建场地位于韶关市芙蓉新城百旺路以南，芙蓉大道以西。场地地处北江冲积平原区，微地貌条件为剥蚀丘陵。场地原为荒地，局部为菜地，局部有小土堆，地形较为平坦。场地在勘探深度范围内，根据土(岩)层的地质成因及形成时代自上而下可划分为：

(1)素填土，颜色为黄褐色、灰黄色，稍湿，松散，局部稍压实，组成物主要为人工堆填的粉质黏土。

(2)淤泥质土：呈深灰色、灰黑色，主要由黏粒及有机质组成，局部含砂，由于固结作用状态呈软塑-可塑状，具滑腻感和腥臭味，局部见朽木、腐殖质。

(3)粉质黏土层：由石灰岩、粉砂岩风化残积作用而形成风化残积土，红褐色、灰黄色，硬塑，摇振反应无，干强度高，韧性中等，有光泽。

(4))粉质黏土层：由石灰岩、粉砂岩风化残积作用而形成风化残积土，红褐色、灰黄色，可塑，干强度高或中等，韧性中等，有光泽。

(4)粉质黏土层：由石灰岩、粉砂岩风化残积作用而形成风化残积土，红褐色、灰黄色，软塑，局部流塑，干强度高或中等，韧性中等，有光泽。

(5)中风化石灰岩：浅灰色、青灰色、灰白色、灰红色，隐晶质结构，主要成分为方解石，层状构造，裂隙很发育，岩芯呈碎块状、短柱状，溶蚀强烈。

(6)微风化石灰岩：青灰色、灰红色、浅灰色、灰白色，隐晶质结构，主要成分为方解石，层状构造，岩质较坚硬，锤击声清脆，岩石较完整，局部破碎、裂隙发育，岩芯呈短柱状及少量长柱状，局部见溶蚀现象。

(7)溶洞：大部分溶洞全充填流塑、软塑状粉质黏土及少量圆砾等，部分溶洞夹灰岩岩块，部分无充填或半充填。详勘中在141个钻孔揭露111个溶洞，48个溶洞为无充填，21个溶洞为半充填，42个溶洞为全充填。

3.2 水文地质条件

钻探深度范围内，场地内地下水主要有两种基本类型，分别为第四系孔隙水和深部基岩裂隙岩溶水。

据场地钻孔揭露，地下水类型为第四系孔隙水和深部基岩裂隙岩溶水，其中填土层主要由人工堆填的黏性土、粉细砂等组成，其状态松散为主，局部稍密，分布广泛，透水性受填土颗粒组成及其密实度与均匀性影响，总体透水性弱、富水性贫乏。填土层中的地下水未形成统一的地下水位，其水力特点为无压，为上层滞水，水位受大气降水影响变化明显；淤泥质土层、残积土层，属于相对隔水层，其透水性较弱。岩溶水主要赋存在灰岩岩溶中，水量中等～丰富，具承压性；裂隙、溶蚀及溶洞不太发育的部位，岩层透水性一般较弱；溶蚀及裂隙发育的部位，透水性一般中等，溶洞发育的部位透水性一般较强，有较大涌水量的可能。

4 施工重难点及针对性措施

4.1 施工重难点

1、本工程场地内大面积分布溶洞，旋挖桩机自重较大，保证施工中的安全是本工程的重点。

2、本工程溶洞多，不乏串珠型溶洞，顶板、夹层厚，且岩面较高，不少桩开孔即见岩，入岩深度极大，保证岩层施工的工效是本工程的重难点[1]。

3、本工程岩层裂隙发育，走向复杂，钻进过程中遇斜岩极易偏钻，钻头受力不均亦严重拖慢施工进度，遇斜岩时施工质量及进度的保证是本工程的难点。

4.2 针对性措施

1、对施工场地满铺砖渣并铺设厚钢板以保证桩机行走、作业平稳。

2、结合超前钻资料严格控制打桩顺序，由无溶洞地区开始施工，逐渐向溶洞地区推进，遇多溶洞地区时先施工边缘区域桩基，待边缘区域桩基灌注完成并达到龄期后将已施工区域回填密实作为桩机工作面向前推进，回填、压实、铺钢板时需注意均匀载荷以保护成桩。

3、对于揭露有溶洞、裂隙等不良情况的桩基，本着先易后难的原则，先施工裂隙发育较差的、溶洞较小的、溶洞层次较少的；最后施工溶洞大的、溶洞层次较多的等情况较复杂的桩基。

4、两桩孔同时施工时水平距离应大于6m，且不应同时穿过溶洞，灌注混凝土时，邻桩应停止作业[2]。

5、施工前应结合超前钻和详勘报告等资料做好应对措施，制定具体方案；在钻孔桩周边备好应急材料，如黄泥、片石、粘性土、水泥和钢护筒等。

6、施工前必须做好详细的施工技术交底，让施工作业人员、管理人员施工每根桩时都清楚该桩孔的地质情况、溶洞位置、大小、处理方法，提前制定施工措施。由前期超前钻资料判断溶洞为半填充或无填充，当桩需穿越溶洞时，在施钻前采用黄泥、片石、粘土或者水泥等材料灌实，然后再施钻。如桩基下部土洞溶洞发育且均存在大面积坍塌的危险时，必须对土洞及溶洞进行处理后，方可进行桩基施工。

7、施工现场，为保证泥浆的及时排运及储备，现场设置两个容积较大的储浆池转运储存泥浆，以便在需要时可立即提供好足够的泥浆。

8、超前钻报告显示溶洞大部分为充填型溶洞，充填物为软塑粉质粘土，当桩孔打穿溶洞后，会出现漏浆、塌孔等影响成桩质量的情况，施工时须采取措施及及时补浆。

9、施工处理溶洞的方法通常是封堵或者填实溶洞，处理方法为投黄泥、片石、粘性土、水泥充填处理，若施工至溶洞处，出现漏失泥浆，采用补充泥浆和加大泥浆比重、投泥处理，若泥浆大量流失时，及时抽调各池的泥浆进行补充。待桩内泥浆液面稳定后，用挖掘机将事先准备的块石、粘土分层抛入桩孔，填至溶洞顶以上不少于2m，然后边用捞沙钻头反转压实回填料，边继续填料，直至夯实料填满溶洞，再继续进行正常施工[3]。

10、采用回填方法估计难达到处理效果时，可采用“局部跟管钻进法”进行桩孔施工，能有效解决大溶洞处理、坍塌等问题。

12、土层施工用双底捞砂钻斗，遇岩层即换用筒钻。

13、随机配备备用钻头，施工过程中随时留意钻头情况，若子弹头磨损立即更换，钻头损坏立即更换备用钻头并同时维修损坏的钻头。

14、桩机机手随时对照超前钻资料与钻进情况，转至接近地质分层深度时注意降低钻速与压力，避免突然穿透岩层造成桩机失衡。

15、桩机上有垂直度量表，机手需随时留意，遇斜岩造成偏钻时需提升钻杆，及时纠偏，靠桩机难以纠偏时应填充片石等材料，用捞沙斗反转压实使钻头受力均匀后再行钻进。

16、浇筑混凝土时必须做好混凝土扩散系数超过常规的准备，保证混凝土浇筑的连续性。同时控制导管埋深不能太浅，防止因混凝土面下降导致脱管。万一出现脱管的情况，应尽快采取措施处理，如混凝土面很浅或就是刚浇灌混凝土，可将导管尽可能降低，直接重开塞浇灌；如混凝土已浇至较高位置，可采用反插法重新开塞浇灌混凝土，即用导管重新插入已浇灌混凝土里，然后再重新开塞浇灌混凝土，同时，浮浆层应适当加厚。

5 施工工艺

5.1 工艺流程

旋挖成孔灌注桩工艺流程图详见下图所示：

图1 旋挖成孔灌注桩工艺流程图

5.2 重点工序控制

1、测量放线

由专业测量人员采用全站仪进行桩位放样，并对桩位逐桩复核。于桩位四周埋设十字护桩，且十字护桩需高出护筒顶面，用混凝土或砂浆加固保护，以备钻进过程中对桩位进行检验。

2、钻机就位

为确保钻机施工时，机械稳定、安全作业，在场地铺设0.5～1.5m厚砖渣，以保证其安全行走和操作。安装旋挖钻机，成孔设备就位后，必须平正、稳固。

3、埋设护筒

护筒应采用不小于10mm厚的钢板卷制满焊制作，长度不小于2m，其内径比比钻头直径大100～200mm，上部开设1～2个溢流孔。护筒埋设需准确、稳定，其中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。护筒外侧用黏土填满、夯实，护筒高出地面0.5m，严防地表水或其他杂物进入护筒。埋设过程中，十字栓桩法确保筒中心和桩位中心重合。

4、护壁泥浆

现场配备成孔和清孔用的泥浆、泥浆池，泥浆的制备采用高塑性黏土或膨润土，泥浆密度宜为小于1.25，粘度宜为≤28s，含砂率＜8% 。在软土层中钻进时，泥浆密度宜为1.10～1.28，粘度宜为19～28s，含砂率＜8%，胶体化率大于96% 。开孔冲进时，泥浆应适当加稠,密度宜为1.25～1.30。钻进过程中，一定要保持泥浆面不得低于护筒顶400mm。提钻时，须及时向孔内补浆，以保持泥浆面不得低于护筒顶400mm。

5、成孔

钻机按指定位置就位后，须在技术人员指导下，调整桅杆及钻杆的角度。对孔位时，采用铅垂线与桩位中心对中。在对完孔位后，操作手启动定位系统，予以定位记忆。对中孔位后，钻机不得移位。钻进开始时，注意钻进速度，调整不同地层的钻速。开孔时应采用慢转速、轻钻压钻进。在钻进过程中，要经常检查钻斗尺寸，采用工程检测尺随时观测检查，调整和控制钻杆垂直度。桩身成孔钻（冲）进入基岩后，每钻进100～500，应清孔分段取样一次；非桩端持力层段高为300～500；桩端持力层段高为100～300。分析取样准备终孔验收。

6、一次清孔

当达到设计深度时，经终孔检验合格后，立即利用清孔钻头进行清孔，采用钻机放慢钻速利用双底捞渣钻头将悬浮沉渣全部带出的方式进行。沉渣厚度不得大于50mm。

7、钢筋笼的制作

第一，钢筋笼制作顺序为：布置好主筋间距，进行加强箍筋的固定工作,将主筋与箍筋固定完成后，进行螺旋箍筋的点焊操作。第二，通过双面搭接焊的方式进行主筋搭接，接长度5d，同时确保主筋的同心度。第三，钢筋笼制作完成后，需要结合实际情况，填写质量检验表，随后交由监理检查，批准后，方可加以使用。

8、导管安装

导管内壁需保持光滑、圆润，接口严密，直径250mm，使用前进行试拼、试压试验，试水压力为0.6～1.0MPa。导管组装后轴线偏差，不超过钻孔深度的0.5%并不大于10cm。导管吊装入孔时，将橡胶圈安放周正、严密，确保密封性良好。

9、二次清孔

灌注水下混凝土前再次检查沉渣厚度，摩擦端承桩沉渣厚度不得大于50mm，采用气举反循环进行二次清孔，高压风管设在导管内，气管与导管底部最小距离为2m，且需不断向孔内补充清水。清孔后灌注混凝土前，孔底500mm以内的泥浆性能指标：含砂率为不得大于8%。泥浆比重不大于1.15～1.20，粘度不大于28s。清孔合格后立即灌注水下混凝土。

10、灌注水下混凝土

罐车运输配合导管连续灌注，严禁长时间间隔，首灌采用大料斗配合隔离球法，灌注过程中导管在混凝土中埋深控制在2～6m之间，及时量测孔内混凝土的位置，调整导管埋深，严禁将导管提出混凝土灌注面。灌注高度按高出桩顶设计标高1m控制，以保证桩顶混凝土的质量。

11、整体破除桩头

桩间土开挖完成后：

1、钻分裂孔。在截桩面钻处垂直于桩身顺沿桩周方向均匀分布钻四个分裂孔，钻孔深度20cm左右。

2、采用液压分裂机截断桩头，将分裂机插入分裂孔，启动液压泵站，多个分裂机同步进行截断桩头。

3、在桩头重心位置设置吊点，安装吊具，利用吊车垂直起吊，将桩头整体调出基坑，放置于现场集中堆置。

6 效果

本工程桩基础共计712根，投入3台SR360R旋挖桩机，用时六十天按进度要求完成了全部的桩基础施工。施工期间通过技术管理有效减少严重漏浆现象，避免了孔壁坍塌、地面塌陷等现象，始终无安全事故发生，桩基础均顺利通过检测验收，取得了良好的效果。