巖溶發育地區灌注樁成孔技術

□文/趙立冬 謝小林 劉春曉 劉成利

□謝小林、劉春曉、劉成利/中國建筑一局集團華北公司。

巖溶發育地區灌注樁成孔技術

□文/趙立冬 謝小林 劉春曉 劉成利

文章主要介紹在巖溶發育區施工鉆孔灌注嵌巖樁基礎，采用沖擊設備鉆孔施工的方法。施工中采用沖擊鉆擊破溶洞頂板，對洞體采用塊石、紅粘土進行人工回填處理，對溶洞內填充物進行邊回填邊壓實工藝，最后完成沖孔作業。有效防止鉆孔過程中孔內發生漏漿、塌孔、孔口沉降等突發情況，使鉆孔順利穿越溶洞，最終達到設計要求且效果比較明顯。

巖溶；灌注樁；成孔

1 工程概況

華北煤醫附院外科住院樓工程地下1層，地上18層，建筑面積 36986m2，檐高 77.7m，基礎最深達-7.9m，地下承壓水為位置-17.0m。工程樁采用鉆孔灌注嵌巖樁基礎，樁總數量251根，其中有97根樁位于巖溶區域內，占灌注樁總數的38.6%。

2 地質特點

該地區溶洞及裂隙分布廣泛，地層變化大，裂隙的出現具有一定隨機性。根據地質特點，按溶洞深度劃分為3種類型：0.3～1m（包含裂隙），1～2m（少數），2m以上大溶洞。其中最大溶洞有12軸～13軸間/E軸～H軸，溶洞較大且呈串珠型分布，第一層溶洞頂標高-34.2 m，溶洞底標高-39.3m，洞高5.1m，溶洞頂部為破碎帶，其厚度1.7m，第二層溶洞頂標高-41.5m，底標高-43.7m，洞高2.2m，為雙層溶洞，夾層厚2.2m。施工時要同時穿越二層溶洞并進入中風化巖，第一層溶洞體積約500m3，第二層溶洞體積約230m3見圖1。

3 施工難點及對策

3.1 難點

在巖溶發育地區因地下存在較大溶洞（溶洞體積在200m3以上），如施工中單純采用泥漿護壁方式，當沖擊鉆設備敲破溶洞或進入裂隙較發育地層會出現孔內泥漿瞬間消失現象，使孔內壓力失去平衡，導致孔內塌孔甚至孔口坍塌，造成工程樁無法進行正常施工，同時給施工安全造成了極大隱患。如不采用科學合理的施工方法及應急措施，當鉆破溶洞頂板時，孔內塌孔會導致地面孔口部分發生大面塌陷，造成安全事故，同時上部土體受到擾動，其他鉆孔灌注樁無法進行施工。

3.2 對策

大型及超大型溶洞裂隙較發育，采用單純注漿（水泥漿）不能滿足施工要求，故采用鋼護筒跟進，嵌入強風化巖50cm進行護壁，然后對溶洞內進行回填塊石、紅粘土及灌注高濃度泥漿組合施工方式填充溶洞，使溶洞能填充塊石，塊石間縫隙灌注泥漿進行封堵，確保在鉆進過程中不發生嚴重漏漿現象，達到正常施工要求，使樁最終達到設計樁底高程。

4 穿大體積溶洞（200m3及以上）鉆孔施工方法

4.1 現場施工準備

在溶洞處理過程中，土層及砂層部分采用旋挖鉆機鉆孔，旋挖設備施工主要保證土層及砂層成孔的孔徑及孔垂直度。強風化巖、中風化巖及溶洞內回填部位采用沖擊鉆設備。鉆機選用平板式沖擊鉆，這樣如果發生較大塌孔事件時，平板沖擊鉆機可由鋼梁撐托于地面，避免安全事故的發生。

沖孔前要做好物資準備工作，包括準備充足的泥漿、紅粘土、塊石（粒徑0.25～0.35cm）、長鋼護筒（厚度10mm、直徑1.2m）、麻袋（裝紅粘土）、袋裝水泥等材料，按照實際情況和需要組織物資進場，按一個最大溶洞考慮，對于溶洞的處理，采取大溶洞為主，小溶洞為輔的手段。

機械設備主要采用25t吊車、ZL-50鏟車1臺，小鉤機1臺，P3水泵5臺、平板式沖擊鉆、宇通R230旋挖鉆機等主要設備。

4.2 合理選擇開孔點位

根據溶洞的大小及樁與溶洞位置關系，施工中采取“先填高再填低，一孔多次回填”的方式處理主要溶洞，首選溶洞頂標為最高點的樁點為主要回填點，通過人工回填及壓實方法，減小溶洞范圍，甚至通過填充，使溶洞消失。施工前首先對該樁點做好勘探工作，勘探深度≮40m，確保樁長達到圖紙設計要求。

4.3 土層鉆孔及埋設鋼護筒

先采用旋挖鉆機成孔，后埋設加長護筒，最后周邊填埋石屑或粗砂的施工工藝。加長護筒埋設深度為地面與強風化巖之間，護筒直徑為1.2m，旋挖鉆機成孔直徑為1.5m，在孔與護筒之間空隙采用石屑或粗砂回填。鉆孔過程中隨時注意鉆桿垂直度，發生傾斜時及時進行調整。為防止孔內發生縮頸現象，在旋挖鉆進過程中，增大泥漿密度，控制在1.3～1.5kg/m3（采用紅粘土配置泥漿）。

然后采用25t吊車放置直徑1.2m鋼護筒，鋼護筒采用分段下設方式，第一、二、三段采用長度為6m護筒，第四、五段采用3m長度護筒，第六段以后采用1.5～3m長護筒，直至埋設到強風化巖層位置為止，實際施工過程中，縮頸現象比較普遍，鋼護筒外壁因縮頸大部分被填埋，剩下空隙采用石屑或粗砂進行回填。

為防止沖擊鉆施工中鋼護筒下沉至強風化巖內，在埋設好鋼護筒后，對鋼護筒口進行加固處理，見圖2。

4.4 巖層沖孔及溶洞內回填處理

沖擊鉆施工分為2部分：一是對強風化、中風化巖層鉆孔施工；二是對孔內填充物進行壓實處理，同時對人工回填部分進行再次沖孔作業。

在強風化巖、中風化巖層施工中采用沖擊鉆鉆孔，該位置為溶洞頂板或夾層，施工中沖擊鉆沖程控制在0.25～0.3m，以防止卡鉆。同時注意孔內泥漿液面變化，當泥漿瞬間消失時，可能已進入溶洞頂部位置，再調整沖擊鉆孔沖程，控制在0.15～0.20m范圍內進行施工，直至整個鉆頭在該孔內發生掉鉆現象，證明該頂板被擊穿進入溶洞位置，然后提取鉆頭對孔內進行回填塊石，回填高度為高出溶洞頂部標高3m。采用沖擊鉆對石塊進行沖擊壓實，塊石下降后在繼續填充石塊，繼續沖擊壓緊填充物，直至達到可以在回填塊石中沖孔方可進鉆繼續施工，見圖3。

第一次填充后采用沖擊鉆繼續施工，同時調整沖擊鉆沖程距離，沖程控制在0.2m。第二層灌入塊石位置見圖4。

繼續進行回填工作，回填高度為溶洞頂部以上3m位置，見圖5。

沒有成孔前反復進行填充壓實，同時注入密度為1.5kg/m3的泥漿（內摻入15%水泥），進行滲透注漿直至可成孔，達到成孔為止，見圖6。

4.5 溶洞回填成孔后灌注低強度等級混凝土

成孔后水下灌注強度等級為C15的混凝土，混凝土灌注高度控制在高出溶洞頂部1.5m，7d后對該孔重新進行沖孔作業，加強溶洞成孔段孔壁強度。

在穿越溶洞過程中，增加泥漿密度，控制在1.5kg/m3以上，采用紅粘土制漿進行護壁。

4.6 中小溶洞處理

小溶洞高度0.3～1m、中溶洞高度1～2m。提高泥漿密度進行注漿處理，如發生注漿無效果時，對孔內進行回填塊石摻加紅粘土混合物，塊石和紅粘土體積比2∶1，根據回填實際情況確定是否將紅粘土裝入50kg麻袋中。待液面穩定后繼續采用沖擊鉆進行施工，操作人員密切注意孔內液面變化。

5 鉆孔施工中防止斜鉆、漏漿和卡鉆的技術措施

巖面高差較大的地段由于樁位坐落在溶洞邊緣，一側是洞，另一側巖層傾斜，最易導致斜孔。鉆孔至該位置時，可能發生沖錘落錘時明顯傾斜并伴隨漏漿現象，沖擊成孔困難。此時立即提鉆并向孔內拋填直徑稍大的塊石，再落錘沖擊。拋填厚度控制在0.5～l.0m，邊填邊沖，為防止斜鉆，每孔鉆進0.2～0.3m，拋填塊石，填平孔底，再用小沖程重錘慢擊鉆進。一方面從側面塞填溶洞空隙，另一方面達到擊碎巖層的目的，使傾斜的巖面慢慢平整。

糾正斜孔、彎孔的方法：一是回填塊石、紅粘土，反復數次沖擊成孔；二是澆筑水下素混凝土至彎曲部分以上的一定高度，待強度合格后重新鉆孔。

如發生漏漿現象，首先注漿處理，然后再次填入塊石及紅粘土混合物，孔口液面穩定后采用沖擊鉆進行鉆孔施工。

對于接近巖溶頂板和穿過裂隙帶、溶洞地段，按體積比2∶1的比例投入塊石和紅粘土，再用小沖程重錘慢擊鉆進且每鉆進1m左右，測量復核孔位一次，嚴重漏漿地段，加大塊石和紅粘土的投入。

對于孔位標高高于2m或有多層溶洞的地段，在鉆進過程中漏漿嚴重，不能成孔的，采用邊鉆進，邊用振錘振入護筒，直至護筒穿過溶洞，達到巖層內，再重新用慢速鉆進成孔。

鉆進過程出現卡鉆時將鋼護筒上拔或頂起一定高度，騰出空間，將鉆頭拉起。

6 結語

由于巖溶區內溶洞不一定封閉，溶洞間會有裂隙相連，如單純的采用注漿方法，導致注漿量大，浪費材料，同時對于較大溶洞注漿后的飽滿程度不容評估；如單純采用回填塊石，塊石間會有間隙，施工中會導致孔內漏漿，發生孔口或孔壁坍塌現象。故本工程采用多種材料組合填充方式對巖溶區內的溶洞進行回填處理，既滿足了設計要求，又加快施工進度，同時采用塊石、紅粘土等降低回填溶洞成本，最后對巖溶區鉆孔灌注樁檢測，該區域的工程樁質量完全達到設計要求，獲得了較好的經濟效益和社會效益。由此巖溶區工程施工可以總結為以下幾點。

1）依據工程地勘報告，對巖溶區內的溶洞進行分類，針對不同體積的溶洞選用不同的填充物、不同的處理方法更容易達到填充溶洞效果。

2）溶洞容積在50m3以上，采用“先填高再填低，一孔多次回填”的方式回填塊石處理施工。

3）容積在50m3以內采用一孔回填塊石注漿處理；裂隙采用注入高濃度泥漿處理。

4）巖溶地基處理具有很大難度和復雜性，采用沖擊鉆施工復雜巖溶地區鉆孔施工行之有效，有較大的可靠性。

TU473.1

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1008-3197（2012）03-32-03

2012-01-10

趙立冬/男，1980年出生，工程師，中國建筑一局集團華北公司，從事工民建施工技術與管理工作。

□謝小林、劉春曉、劉成利/中國建筑一局集團華北公司。