巖溶發育地區沖孔灌注樁施工中遇到的技術難題及處理措施

【摘 要】隨著社會的不斷進步，建筑技術隨之不斷提高，樁基在建筑工程得到廣泛運用。混凝土灌注樁成樁工藝多種多樣，按其成孔方法不同，可分為鉆孔灌注樁機械（含沖孔樁及大型旋挖鉆）、沉管灌注樁、人工挖孔和挖孔擴底灌注樁等。樁基作為承受上部結構荷載的載體，起著承上啟下的作用，其施工質量直接影響著結構的耐久性，特別在巖溶發育地區它更是一個工程項目的重中之重，施工工程中會遇到一系列技術難題。本文根據某一工程實例，介紹巖溶發育地區機械沖孔灌注樁施工遇到的技術難題以及具體處理措施，以供類似工程參考，少走彎路，節省造價。

【關鍵詞】樁基；難題；處理措施

一、工程概況

某工程位于浙西地區，框剪結構，總建筑面積為20萬平方，地下二層，地上32層，共有孔樁634根。設計采用沖孔灌注樁，樁徑為700mm—1500mm不等，要求樁端以低風化石灰巖作為持力層。樁基施工前建設單位對每個樁都進行了原位鉆探，經勘探下臥巖石為石灰巖，局部分布炭質頁巖和砂巖，巖石面高低起伏巨大，最大高差超過30米。巖石溶蝕裂隙、溶溝等巖溶作用強烈發育，巖體表面形態各異，巖面石筍狀石灰巖分布較廣，溶蝕溝槽分布無規律。樁頂基礎土質層大部分為卵石層、混合土層、石灰巖層，其中卵石層較厚，一般為3---7米，且含水豐富，透水性強，施工難度較大。

二、施工工程中遇到的技術難題

在施工過程中，本工程主要碰到下列難題：①在成樁過程中遇到錘子卡入石筍狀斜巖或溶洞內；②沖孔過程中突遇溶洞，泥漿迅速流入溶洞而造成的塌孔及樁機下沉；③流沙；④澆搗過程中鋼筋籠上浮、⑤終孔條件難判定等一系列技術難題。

鑒于樁基施工的重要性和特殊性（無法返工，必須一次性成型），建設方在施工時召集各方參建單位多次召開會議進行部署，明確了施工單位、勘探、監理、設計等各方的職責，并且對施工中遇到的問題召開專題性的會議進行針對性的解決，充分發揮各承建方的集體智慧，取得了良好的效果。

三、施工工程中遇到的技術難題處理措施

1、斜巖

從地質勘探報告可以看出，該區域地質狀況相對比較復雜，巖體表面形態各異，巖面石筍狀石灰巖分布較廣，溶蝕溝槽分布無規律，嚴重的干擾了施工進度。沖孔過程中常遇到斜巖，錘頭就會往一邊跑偏，造成樁的垂直度偏差過大，樁位中心偏位。

處理措施：

這時應停止沖孔，開始返漿清孔，觀察清出來的沉渣為哪種強度的石灰巖，然后根據孔內石灰巖的強度，在孔內回填強度接近的塊狀石灰巖，回填的石灰巖一般為直徑40—60cm，太小起不到作用，太大了回填的塊石會卡成一團，造成孔壁局部坍塌，增大充盈系數，不利于成本控制。沖程方式改成高頻短距沖孔，沖孔高度為0.7m—1.0m，沖頻為每分鐘10—15次。等到斜巖修復后，看到鋼絲繩晃動幅度偏差不大，表明錘頭已正，此時可以改用正常頻率沖孔。有些樁的斜巖角度過大，一次無法修復，可以按上述辦法重復進行，直到糾正過來為止。

遇到個別實在難以糾正的樁，本工程采用在原樁位的基礎上擴大樁徑的方法，先用塊石、黃土將原樁回填到護筒底，然后將原來樁徑人為加大，一般加大2—3個級別，原1米的直徑換成1.5的直徑重新沖孔。拔起護筒重新往斜巖方向埋設，調整樁機中心線位置，此時應注意，直徑加大后，新的樁外壁應與原樁外壁相內切，新的錘頭應往斜巖方向偏移。沖孔成功后雖然新的樁位中心已偏移原設計樁位中心，但新的樁徑將原來的全部包含在其中，所以整個樁身還是在原設計范圍內，而且由于樁直徑的加大，該樁的承載力也相應加大，經設計單位驗算后可滿足設計要求。

2、溶洞

溶洞是成樁過程中經常遇到的問題，小的溶洞一般不會對施工產生影響，而大的溶洞則比較危險，控制不好會造成因孔內迅速漏漿而造成塌孔，嚴重大面積的塌孔還會造成機毀人亡的局面。

處理措施：

沖孔前施工員應對樁機操作人員進行技術交底，交底溶洞在該樁的位置及溶洞的大小、有幾層（本工程最多一個樁有7層溶洞），然后結合勘探報告分析周邊的樁的溶洞分布情況，這樣可以判斷出哪塊區域內的溶洞較多，溶洞的大小分布和走向，從而制定解決辦法。沖孔到單層小溶洞上0.5—1.0米時，應改用小沖程施工，同時增大泥漿的比重，做好泥漿護壁工作。接好泥漿管準備隨時從泥漿池返抽泥漿注入孔內。沖孔擊穿溶洞頂夾層，從泥漿池返抽泥漿注入孔內，若泥槳池內的漿已返抽完還不夠時，可以向孔內直接注入清水，保持孔內與地下水位的壓力平衡，防止塌孔，等液位穩定以后，再向孔內加入黃土造漿，增大泥漿比重繼續施工。遇到較大的溶洞時，可在沖孔的樁機旁邊堆放一些備用的黃土、稻草、片石和整包水泥。挖機及施工員于孔邊作準備，溶洞打穿時泥漿會流入溶洞內，此時應從泥漿池內返抽泥漿入孔內，若孔內泥漿液面還是在下降，返抽回的泥漿亦流入溶洞內，判斷該溶洞較大，此時應提起錘頭，用挖機將事先準備好的黃土、塊石、稻草、水泥填入孔內，然后用錘頭壓入孔底，反復多次后，觀察孔內液位下沉情況以判斷是否堵住溶洞口。若此時孔內液位不再下降，我們也應暫停沖孔，等孔內的水泥、黃土、塊石沉淀穩定之后再施工。

應付大型的溶洞（單個溶洞較深、或溶洞層數較多），我們在研究勘探報告后，進行專項施工，根據溶洞的大小和深度，事先準備與樁徑相同大小的鋼護筒（一般厚度為1cm），太薄了起不到作用，孔內的地下水位壓力會將它壓扁，導致后期錘頭無法在鋼護筒內自由沖孔，太厚了增加成本。護筒制作好后平放在場地內，一般三節連一段（每節1.5米）共4.5米，太長了用吊機不好起吊，容易卡在護壁上。根據勘探報告沖孔至溶洞層上面50cm時，即停止沖孔，吊起錘頭，用吊機吊下鋼護筒，鋼護筒的總高度一定要超過溶洞層的高度，這樣才能有效的起到鋼護壁的效果。下完鋼護筒后，然后短程低頻沖孔平穩沖破溶洞夾層，提繩晃動錘頭將護筒輕輕壓溶洞層內堵住溶洞口，觀察液位下沉情況以判斷是否封堵成功。若液位下降不明顯，此時可繼續沖孔施工。多層溶洞施工時，可重復上述辦法。

有些復雜地質可能勘探報告無法完全體現出溶洞的大小、深度和位置，施工時應用心觀察，隨時應對突變情況。若采取上述辦法還無法堵住溶洞，孔內液面下降迅速， 孔內護壁因地下水位的壓力而向孔內坍塌，鉆機底座邊的泥土也開始下陷，此時應果斷撤離現場，防止安全事故發生。等下沉穩定之后重新組織施工。

3、流沙

施工時有施工員匯報，有根樁在20米深處沖了一天了，只進尺50cm，停下來吃飯后，再量樁長反而短了20cm，到場察看后，用測繩丈量感覺孔底有許多沉渣，觀察孔口返漿出的沉渣中是大小均勻的細小砂粒， 而非一些平時的顆粒狀沉渣，對比勘探報告，該樁在此處有一段1.2米的礫砂區，按平常1.2米厚的礫砂段很容易用清孔的方法將砂清出孔外，為何沖孔一天，反復清孔多次還是無法進尺。我們分析該樁原來地下的一個大型的溶洞，該溶洞內有實心的細砂質填充物，溶洞呈高低斜狀分布，該樁將其中間部位打穿，至使溶洞內上部的細砂不斷地往下部溶洞內緩慢流入，以至每回清孔時，清出很多細砂，沖孔時錘頭擊落在細砂層上，沖擊時發出的是悶響的聲音。針對上述情況，我們制作鋼護筒下入孔底溶洞口處，吊起錘頭綁上泥漿管，開動泥漿泵進行帶漿操作，邊沖孔邊返漿，一小時過后進尺明顯，順利通過該區域沖孔成功。

4、浮籠

澆灌過程中個別樁會有浮籠現象發生，最高的上浮超過2.5米。造成孔底無鋼筋籠，嚴重影響樁基質量。對此我們分析原因有三點：

1、樁底部籠的主筋設計太密，既不經濟也造成施工因難。

2、砼的配合比太小，水下混凝土的流動性比普通混凝土要大，應調整水灰比，加大和易性。

3、鉆機操作人員拆導管太遲。

處理措施

根據原因尋找對策。我們聯系設計單位驗算鋼筋籠與樁長的關系，深樁與短樁區別對待。樁長超過9米的，鋼筋籠分為主、副籠。樁身上部2/3長度為主籠，下部1/3為副籠，主籠鋼筋主筋根數按原設計不變，副籠鋼筋主筋根數減少一半，加強箍按原設計做法不變。這樣就減少了混凝土在樁身底部與鋼筋籠的摩擦，減少浮籠現象發生。調整水下混凝土的水灰比，在砼強度不變的前提下，適當增加粉煤灰的比例，以加大混凝土的流動性。下完籠后澆搗前將護筒口段鋼筋籠主筋外翻，每根主筋與鋼護筒焊接，靠鋼護筒壁的摩擦力防止鋼筋籠上浮。一車混凝土澆搗完后，及時用測繩測量孔內混凝土面的高度，對比每節導管的長度后，根據導管在混凝土內的埋深情況及時進行拆除（但至少要保證有兩節導管或6米埋深），防止導管在混凝土內太短發生意外坍塌而造成斷樁隱患。

5、終孔條件難判定

根據勘探報告沖孔到終孔深深度時，有個別樁發現返漿出來的沉渣中不全是顆粒狀石灰巖，里面還夾雜著卵石顆粒，同時鉆機進尺還是很快，每小時進尺有50cm以上。同時有小部分樁在終孔位置時落錘后鋼絲繩反而晃動的厲害，會往一邊跑偏，出現了明顯的斜巖現象。能不能判定為終孔，比較難把握。

處理辦法：

結合此狀況我們分析，勘探鉆機鉆孔巖芯樣直徑為6cm，而我們的樁直徑為1.5米，有可能勘探鉆機未能完全反映出樁身底部的地質情況，結合本工程喀斯特地貌的特點，綜合判斷勘探報告與現場實際地質有誤。遇到此種情況，我們首先用測繩感覺孔底的巖面情況，當孔底全截面低風化石灰巖時，測繩的感覺是清脆鐺鐺響，碰到是雜土或其他土質時發出的悶響，結合鋼絲繩的劇烈晃動情況，我們判斷雖已到勘探報告建議終孔位置，但錘頭尚未進行全截面巖，仍然要以斜巖的情況對待。結合以上特點，本工程綜合各方因素，最終明確一個終孔判定條件：

1、到達勘探報告終孔深度時，反漿撈出沉渣，與勘探時的巖芯樣進行比對，判斷是否是低風化石灰巖。

2、觀察鋼絲繩的晃動情況，進入全截面巖時，錘頭位置端正，落錘正而穩，聽到的錘擊巖響聲是鐺鐺響。

3、滿足上述條件后，繼續沖孔3小時，此時由監理方、施工方、建設方三方共同參與旁站，觀察錘頭的進尺情況，若3個小時的總進尺小于40cm，則判斷為進入全截面石灰巖層達到終孔條件。

四、技術難題處理后的效果

經過各方參建單位的全力配合，施工單位的精心組織，克服了樁基施工工程中遇到的斜巖、溶洞流沙、浮籠、塌孔、終孔判定難等一系列技術難題。目前本項目樁基施工結束，通過超聲波、低應變及取芯檢測，所有樁身完整無缺陷，沒有出現一根Ⅲ類以上樁，樁身完整性全部滿足Ⅰ類、Ⅱ類樁條件。通過靜載及自平衡法檢測樁的沉降量為0.5—2cm，完全符合規范要求。

巖溶發育地區樁基施工難度大，只要用心去做，依靠建設各方的共同努力，攻堅克難，一定能確保工程質量，為社會提交一份完美的答卷。