岩溶地区PHC 管桩施工质量控制措施

王路瑶

（中交四航局第六工程有限公司，广东珠海 519000）

0 引言

房建项目基础形式采用PHC 管桩施工型式已大面积普及，PHC 管桩常用施工方式采用静压和锤击两种形式，两种施工方式在场地要求、施工功效、施工质量、安全管控等方面各有优劣，个别地区采用液压高频振动打拔机施工，打拔机施工主要对软基层，适用性不强，但功效快。PHC 管桩具有耐打、耐穿、穿透力强、竖向承载力高、抗震性能好、造价便宜、穿透力强、施工工期短、安全文明施工易管理的特点[1]。同时PHC 管桩的抗弯性能不强，在施工过程中如遇到孤石、斜岩及溶洞等地质易发生断桩；在溶洞见洞率高的地区，且溶洞顶部距离岩面过小时，溶洞若不能有效处理，为PHC 管桩基础工程的整体稳定性带来安全隐患。本文结合广州市花都区某工程实际，为岩溶地区PHC 管桩遇到断桩及承载力不足的问题时提供参考。

1 案例项目概况

本项目PHC 管桩主要有两种类型，分别为抗压桩、抗压兼拔桩，桩外径为500mm，壁厚125mm，均为摩擦端承桩，持力层为中（微）风化灰岩，桩端落在中（微）风化灰岩面。

本场地主要有岩溶和土洞两种不良地质情况。根据钻孔揭露情况可知，场地基岩处于溶洞发育区，在本地块的106 个孔中，有9 个钻孔揭露有土洞，见洞率为8.49%，洞高1.20～10.00m，平均洞高4.22m，层顶埋深12.00～19.50m，平均15.91m；有42 个钻孔揭露有溶洞，见洞率为39.62%，揭露洞高0.10～18.70m，平均洞高3.37m，层顶埋深11.70～25.20m，平均17.46m，岩溶率为5.66%，场地岩溶发育等级为强发育。

本工程PHC 管桩持力层为岩溶发育的灰岩地层，设计及相关文件要求桩端进入持力层（中、微风化灰岩面）不少于1～2m。

2 典型问题

（1）桩端持力层厚度不足使建筑基础受力不稳定，有突发沉降的风险。

溶洞、土洞特性：①岩溶按埋藏条件分类，属于深覆盖型，无岩溶景观显露地表。②从平面位置来看，整个地块均有溶洞发育，溶洞揭露率较高，总体上看，溶洞分布无明显规律性，整个地块均为溶（土）洞发育范围。③溶洞体高度及分布无规律性。④溶洞体岩层顶板厚度无规律，岩层顶面起伏大，且存在串珠状溶洞发育。⑤在充填情况上，揭露到的溶洞大多为半充填，充填物主要为流塑状粉质黏土、黏性土及松散砂，个别孔段含少量石灰岩碎块，见洞率44.07%。⑥本场地土洞分布广，且以中大型土洞为主。

质量危害：①溶洞顶板薄，分布广、体量大，后期大型机械现场施工存在塌陷隐患。②溶洞顶板岩溶水丰富、上方砂层厚，易软化，极易造成地基承载力不稳定。③桩端持力层厚度不足，桩基工程质量存在风险。典型钻孔柱状图如图1 所示。

图1 典型钻孔柱状图

（2）断桩。本工程场地岩土层分布及组成结构较复杂。场区地层主要包括填土层、中粗砂层、粉质黏土层、圆砾等，基岩为灰岩、炭质灰岩及砂岩。场地内各岩土层分布不均匀，各层地质层厚及埋深变化极大，结构复杂，出现石灰岩的基层上存在硬砂层的情况，也存在石灰岩基层上存在软土层的情况，造成施工过程中桩基下降速度极不稳定，遇岩前下沉速度过快时，设备停压不及时，很容易造成断桩。特别是岩面起伏大，岩层存在大面积斜岩，绝大多数岩面角度大于45°，最大岩面倾斜角度达63°，使桩基当遇岩时，若不能及时调整压力值，极易造成断桩。典型地质剖面如图2 所示。

图2 典型地质剖面

施工中发现，同一个五桩承台，相邻两根桩遇岩面高程相差6～8m，造成现场施工配桩困难，相邻桩位的配桩情况基本无参考价值，不仅造成资源浪费，更使得高概率出现送桩过深和断桩的情况。断桩率统计如表1 所示。

表1 断桩率统计

3 典型问题处理措施

3.1 土洞、溶洞处理

当岩溶地区属于溶洞强发育地带时，建议采用注浆加固的方式对溶（土）洞进行预处理，土洞处理方法如表2 所示[2]。

表2 土洞处理方法

对于溶洞顶板覆盖层大于3m 的砂土层且溶洞顶部距离岩面小于2m 时，溶洞处理方法如表3 所示。

表3 溶洞处理方法

（1）在注浆前先对溶洞大小进行初步分类，针对大型溶洞，先取一个孔作为一序注浆孔，注完一轮后再于附近取一个孔作为第二序注浆孔，第二轮注完后，再于超前钻钻孔的附近取一个孔作为第三序注浆孔，袖阀管分别下至溶洞底（距离洞底20～50cm）、溶洞中段、溶洞顶（距离洞顶20～50cm），钻孔距离桩中呈等边三角形布置，间距≤2/3 桩径，当单孔总注浆量大于50m3时，建议根据现场实际情况确定增加双液浆对溶洞进行二次封堵。

（2）水泥。建议采用32.5R 号普通硅酸盐水泥（单液浆）/采用42.5R 号普通硅酸盐水泥（双液浆）[3]。

（3）现场注浆时，一次注浆量达10m3后，间隔30～60min 后再依次进行下次注浆。

（4）注浆孔深。溶洞处理深度范围如图3 所示。

图3 溶洞处理深度范围

（5）溶洞处理时应遵循“先外后内、先大洞后小洞、先下后上、隔一跳一”的原则进行处理[4]。

先外后内：为了避免注浆流入场外非探测的溶洞内造成水泥浆浪费，优先对外侧的土溶洞进行处理，然后再对内侧溶洞进行处理。

先大后小：先对于半填充和无填充的单层洞高或多层串珠中单层超过8m 大溶洞采取袖阀管注浆施工工艺进行处理注浆，再处理较小溶洞。

先下后上：对串珠溶洞，按照设计及施工经验，应先施工下层溶洞，待浆液注满后，再灌注上层溶洞，按照地质报告由下向上逐个处理。

隔一跳一：对于超前钻揭露有连续溶洞分布的区域，采用隔一跳一施工方法。

（6）每次注10m3水泥浆后间歇30～60min 待浆液初步达到胶结后再进行注浆直至达到：①设计预估方量。②注浆压力达到0.5MPa（单液浆）/0.8MPa（双液浆）。

3.2 断桩处理建议

在处理断桩率高的情况时，先后采用了多种方法，包括静压桩改为锤击桩形式、增加预应力管桩的壁厚为145mm、更换管桩厂家、将单桩竖向承载力特征值的2.3 倍改为2.1 倍及将锯齿形桩检变更为十字形桩检等方式，均不能有效解决断桩的问题，断桩率仍然很高，经分析主要是因为岩面倾斜度过大，管桩若遇到岩面，底部会在极端的时间内发生断裂，同时大面积地区发现岩层上属于软土，管桩下降速度过快，当设备压力表反应入岩时，往往机手来不及停机即发生断桩。经过各方不断摸索，发现变更机长操作手法可有效降低断桩率，具体如下。

机长要对每根桩的桩长有予估值。此值以钻探资料及临近管桩作参考。以20m 桩长的管桩（静压桩施工工艺）为例进行说明。

（1）机长应以正常操作双杠低压（压桩速度快）压桩至14m（70%桩长）后停机。

（2）改用四缸高压（压桩速度慢）重新以不超过低速进行压桩，压桩过程中根据管桩下降的速度判断桩尖到达的地质界面，从砂层进入软土层时下降速度会加快，反之则会降速，再根据地勘图提前预判岩面位置，当压强值突变时立即收桩，并记下突变时的最大压强值，如6MPa。

（3）验证是否真正到灰岩。设备以四缸压桩，先加压至50%×突变时的最大值6MPa＝3MPa，若管桩无明显下移则收力。再以80%×6MPa＝4.8MPa 加压一次，若管桩无明显下移，则可认为桩端已到灰岩面。

（4）多次短时间稳压，达到收桩条件；当判断管桩到达岩面时，再加压到达终压值时应立即受力，反复加压2～3 次，在满足终压值的条件下，观察管桩下沉高度，若下沉高度不超过1cm，则可收桩完成施工[5]。

4 结语

PHC 管桩施工已逐渐普遍化，岩溶地区PHC 管桩施工成型质量的控制成为工程施工常发性问题，本文通过对注浆预处理及静压桩机操作工艺的探讨，为PHC 管桩施工断桩及桩端持力层不足的问题提供了解决方案，本文所提供的处理措施在实际施工中取得了良好的效果。