喀斯特地貌区超长灌注桩施工要点

张鹏飞

【摘    要】：针对喀斯特地貌区发育较强、地质情况复杂、成桩施工困难的问题，采用人工挖孔灌注桩并结合水磨钻分割孔内岩层、孔内钢筋笼绑扎、孔壁处理等技术，混凝土浇筑使用辅助振捣装置；完成了超长灌注桩的施工，满足了桩基入岩要求，防止了孔壁的坍塌，保证了工程的质量，提高了工作效率。

【关键词】：超长灌注桩；喀斯特地貌；人工挖孔

【中图分类号】：TU753.3【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）03-63-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.03.019

Construction Technology and Key Points of Overlong Cast-in-place Pile

in Karst Area

ZHANG Pengfei

（MCC Tiangong Group Co. LTD.， Tianjin 300301， China）

【Abstract】：Aiming at the problems of strong karst development， complex geological conditions and difficult pile construction in karst area， artificial hole digging cast-in-place pile is adopted， combined with water grinding drilling to divide rock strata in the hole， binding of steel cage in the hole， hole wall treatment， and auxiliary vibration device is used in concrete pouring.The construction of super-long cast-in-place pile is completed， which satisfies the requirements of pile foundation into rock， prevents the collapse of pore wall， ensures the quality of the project， improves the work efficiency.

【Key words】： extra long cast-in-place pile; karst landform; hand digging

喀斯特地貌主要由石灰岩、石膏、岩盐等可溶性岩层组成，因常年地下水流侵蚀逐渐形成溶蚀的沟槽或溶洞[1]。在此地区进行钻孔灌注桩施工，护壁泥浆经常漏浆或大部分浆液流失，易造成塌孔[2]；孔内遇到岩石冲击施工后留下大量沉渣，给清孔清底带来困难[3]。人工挖孔桩能够避免此项问题；同时具有承载力高、稳定性好、直观，质量有保证、作业面大，作业点多、不受地形影响等特点，在喀斯特地貌区被广泛采用。而溶洞、裂隙或软弱夹层等不良岩层，往往在一根桩中反复出现，在工程建设中为了找到完整的基岩作为持力层，桩孔长度可能是超过20 m的超长桩孔。本文以实际工程为例，介绍采用了人工挖孔灌注桩，利用水磨钻机在孔底取芯破除岩石、制作孔内辅助振捣装置加强混凝土密实等措施，解决了在喀斯特地貌区进行打桩施工遇到的各种问题，顺利完成了人工挖孔灌注桩的施工。

1 工程概况

吉首市供电公司搬迁安置房子项目建筑面积7 500.05 m2，框架结构；人工挖孔桩基础，桩径1 m，桩长10～16 m的有32根、16～20 m有13根、20 m以上有2根，其中最長桩基为20.9 m。建筑位于吉首市最大的溶洞“黄莲洞”附近，地质情况比较复杂，喀斯特地貌发育较强，以中风化白云质灰岩为桩端持力层。

2 工艺原理

人工挖孔桩是在有可靠安全保障措施的情况下，工人使用镐、锹或水磨钻机下到孔内直接开挖，深度达到设计要求的岩层，利用垂直运输提升架出土；在挖孔过程中，封堵与桩孔连通的溶洞、溶槽等。根据桩孔周边地形，采用成品钢筋笼直接吊装到孔内或桩孔内绑扎钢筋笼的方法安装，最后浇筑混凝土成桩。

3 施工要点

3.1 桩位放样

依据建筑物测量控制网的资料和基础平面布置图，测定桩位轴线方格控制网和高程基准点。确定好桩位中心，以中心为圆心，以桩身半径加护壁厚度为半径划出上部（即第一节）的圆周。撒石灰线作为桩孔开挖尺寸线。沿桩中心位置向桩孔外引出4个桩中轴线控制点。

3.2 桩顶护筒施工

人工开挖桩孔应从上至下逐层进行，先挖中间部分的土方，然后扩及周边，有效控制开挖桩孔截面尺寸，开挖深度约1 m ，护筒上口高出地面250 mm。开孔完成后进行一次全面测量校核工作，对孔径、桩位中心检测无误后绑扎。

3.3 提升架及相关设施安装

1）桩顶护筒施工完成后，在孔上口安置垂直提升架。垂直提升架包括成品提升设备、钢管吊架、工字钢导轨支架，钢管吊架和工字钢导轨支架要求搭设稳定、牢固。见图1。

2）井底照明必须用低压电源（12 V），防水带罩安全灯具。井口上设围护栏。电缆分段与护壁固定，长度适中，防止与吊桶相碰。超长桩孔应全部进行井下机械通风（通风量≮25 L/s），加强空气的流动，必要时向井下输送氧气，防止有毒气体对人体的危害，操作时上下人员轮流作业。

3）孔内应在井下作业人员站立时头顶以上位置设置半圆形月牙板，吊渣桶起吊后，井下作业人员应在半圆形防护板下躲避。

3.4 桩孔土层开挖

从桩顶护筒一般每节开挖深度约为 1 m（软质土层挖深不超过0.5 m）。安放钢筋并与上节预留的竖向钢筋连接，拆除上一节护壁模板，支护下一节。护壁模板采用拆上节支下节依次周转使用。使上节护壁的下部嵌入下节护壁的上部混凝土中，上下搭接150 mm。桩孔检测复核无误后浇灌护壁混凝土。循环作业直至挖至中风化岩层为止。

3.5 桩孔岩层开挖

3.5.1 水磨钻机开孔取岩

桩孔达到中风化岩石时，使用水磨钻机开挖，分节进行，每节施工深度为0.8 m。

1）钻取孔内四周岩石。沿桩基孔壁布置取芯点，芯点中心位于设计内径基线上，取芯直径为150 mm，依次以外倾角3°向下钻取外周的岩芯，取出的岩芯高约800 mm。钻到深度后，在钻缝中插入钢钎，折断钻芯，用取芯夹取出岩芯。外周岩芯取完后中间岩体便形成一个环形临空面。见图2和图3。

2）放入钢楔，用钢钎击打钢楔分裂岩石。在水磨钻机钻出的孔内放入钢楔，用大锤锤击钢钎击打钢楔使岩体获得一个水平的冲击力，在水平冲击力作用下底部会发生水平剪切破裂，依次分裂岩体，直至该层岩体与下部全部分开。见图4。

3）提升架取石。全部钻孔及钻芯取出后，对中部岩芯进行破碎，若提升架提升力允许可不进行破碎，一般情况下800 kg以内的石块不用破碎直接吊出。破碎时，使用风钻打孔，钻头直径25 mm，孔位距离边缘500 mm左右，间距500 mm左右并用钢钎打裂中部岩芯。破碎的石块用提升架外运，石块用钢丝绳捆扎，捆扎要保证牢固，提升至孔口后，侧向拉出至地面。石块清运完成后，继续下一级的钻孔取芯。

3.5.2 特殊孔壁處理

施工过程中，经常会遇到溶洞、溶槽等不良地质情况。

1）孔壁侧向较小的、高度约1 m左右的溶洞。在洞口边回填土袋，边砌筑配筋墙体，墙体厚度250 mm，封堵后继续向下开挖。见图5。

2）孔壁或孔底高度＜3 m的溶洞。直接用C30混凝土填充，填充高度要高于溶洞上口。见图6。

3）一直向下延伸且无法探明深度的溶洞、溶槽。可先在溶槽部位打孔勘探，探明下方是否有完整基岩。若有完整基岩，先利用现场石块封堵，待石块不再下落后，用C30混凝土填充，达到强度后继续向下开挖，挖到填充物底部时，若溶槽还存在并向下延伸，继续填充石块和混凝土，直到进入完整基岩。见图7。

4）在溶槽、溶洞周边的地质情况良好，暂时不处理对继续开挖没有影响，而且钢筋笼可以加工好后整体吊装的情况下，可以预先测量好溶洞口的位置及大小，在钢筋笼加工过程时将模板固定在钢筋笼相应的位置，随钢筋笼一起吊入孔内，模板就位后，将上下模板与孔壁的接缝用水泥砂浆进行封堵。见图8。

3.6 孔内绑扎钢筋笼

在山地沟谷施工时，成品钢筋笼运输困难，采用钢筋笼孔内绑扎钢筋定位装置施工。

1）利用现场钢筋制作螺旋箍筋定位装置，见图9。

2）根据桩孔位置，施工钢筋混凝土井口护筒并在护筒顶部井圈上预留螺旋箍筋定位杆挂钩孔。按照井口十字线，将螺旋箍筋定位杆放入已开挖完成的孔内[4]。

3）利用垂直运输设备，将螺旋箍筋放入桩孔内并安装在螺旋箍筋定位杆上。

4）制作并安放钢筋笼竖向钢筋定位装置，将横梁放置在钢筋混凝土井圈上。见图10。

5）顺着竖向钢筋定位孔下滑钢筋笼竖向钢筋，使竖向钢筋上下垂直。

6）工人进入孔内将螺旋箍筋和竖向钢筋进行绑扎，绑扎完毕后拆除钢筋笼竖向钢筋定位装置。

7）将垫块移除，下放并旋转钢筋笼螺旋箍筋定位装置，移出孔内。

3.7 浇筑桩身混凝土

混凝土浇筑前要抽干孔内积水，抽水的潜水泵要装设逆流阀，保证提出水泵时，抽水管中残留水不会又流入桩孔内。如果孔内的水抽不干，提出水泵后，可将干拌混凝土混合料或干水泥铺入孔底，再浇筑混凝土。浇筑时利用现场钢筋制作混凝土浇筑辅助振捣装置，以避免振捣人员反复进入孔内振捣，保障施工人员人身安全。见图11。

4 结语

1）人工挖孔灌注桩施工技术设备简单，不受场地地形的影响，可以在沟谷、山坡上施工，施工速度快、土层情况明确，桩底沉渣能清楚干净，施工质量可靠。

2）与炸药爆破相比，在喀斯特地貌区使用人工挖孔结合水磨钻的施工方法，尺寸精确、安全风险系数低，施工费用相对较高；但由于溶槽、溶洞排列错综复杂，使用爆破容易炸穿孔壁，反而需要更大的投入处理溶洞、溶槽。水磨钻施工工期交长的问题，可用增加开挖人数来解决；与静态爆破对比，开挖6 m的岩石，水磨钻能节省2 d工期及节省128元/m施工费。与机械成孔对比，人工挖孔结合水磨钻的施工方法是用人力或小型电动工具开挖地下土石方的，成本较低，无需使用大型桩机设备，方便施工，而且可以同时展开多桩施工，也容易及时发现岩层中的溶洞、溶槽，及时处理，便于控制控制桩底沉渣，单桩承载力高。

3）本工艺适用于地形较为复杂、喀斯特地貌发育较强地区的超长人工挖孔灌注桩施工。

参考文献：

[1]李勇.岩溶地区钻孔灌注桩施工特点及技术措施[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010，（7）：103-104.

[2]马明强.岩溶地区钻孔灌注桩施工常见问题及采取的工程措施[J].中国房地产业，2016，（1）：113.

[3]马骏.大直径超长嵌岩灌注桩冲桩施工工艺[J].建筑施工，2017，39（8）：1175-1176.

[4]史佩栋.桩基工程手册[M].北京：人民交通出版社，2008.