淺談石灰巖地區沖孔樁施工及現場指導

余新瓏

【摘要】對于石灰巖地區復雜的地質條件，采用沖孔樁是比較適宜的，但沖孔樁的施工仍存在一定的難點。本文通過對某工地沖孔樁施工實踐，認真分析其內在的工程隱患，并針對施工中出現的難點提出了具體的施工方案。

【關鍵詞】石灰巖 沖孔樁 塌孔

【中圖分類號】U445 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0227-02

一、工程概況

某二期擴建工程，全程約2公里，采用高架橋方式沿舊堤外側擴建。設計的45#-1號樁位于某路口45軸北側，單樁單柱結構，屬于端承樁，樁徑1m，要求嵌入微風化巖石0.5 m，采用沖孔成樁的施工方法。根據超前鉆的地質資料，該處從上到下的地質資料為：第一層為約3m厚的填筑土，含大量塊石；第二層為3-10.5m淺黃色的軟塑性粘土；第三層為10.5～15.5m軟塑性淤泥；第四層為15.5-27m黃色的可塑粘土；底部持力層為石炭系石灰巖，其中有溶洞，部分溶洞充填軟塑粘土。

二、影響施工安全的因素分析

對于軟土地層來說，其本身的物理特點為含水量高，可塑性強，高壓縮性。在成孔過程中，土體一旦受到擾動，其內應力相應就發生改變，破壞了土層原始壓力平衡，因此淤塌和縮徑現象比較普遍；松散的砂層在孔內受到水流的沖刷、沖冼液的高速循環對臨空面砂層的沖擊，以及地下水頭發生改變使砂質流失等造成孔壁崩塌等情況亦是在所難免；在石灰巖地區，由于工程地質條件極其復雜，溶洞、溶溝、溶槽及斷層破碎帶較發育，經常發生漏漿、塌孔、斜孔、卡錘、掉錘等事故。因此本工程中的地層和地質構造對沖孔樁施工是非常不利的：首先表層填筑土結構松散，容易使孔口崩塌；其次軟塑性土層，特別是淤泥層，在受到擾動、水位升降等的影響下，亦會產生崩塌；最后由于底層有較大的石灰巖溶洞，稍有不慎就會造成漏漿、塌孔、斜孔、卡錘、掉錘等工程事故。

三、施工中的難點及其施工方案

由以上的工程施工隱患分析，本工程施工的難點是孔口和孔壁的安全問題和一旦出現塌孔后的處理方法。采用合理的成孔技術是保證施工順利進行的先決條件。

3.1 孔口和孔壁的安全問題

合理的保護孔口的施工方案：由于表層填筑土結構松散，決定采用人工挖孔的方法，挖孔的深度要超過填筑土層或淤泥層，然后用10cm厚的混凝土護壁。根據不同層位，應采取不同的護壁措施：開孔前，將孔口護筒埋設穩固；在土或淤泥層中，投入少量碎石，小沖程沖擊擠密，以取得較好的護壁效果；在巖層中，投入含砂量較低的粘土，通過沖擊使孔壁穩固；在破碎嚴重的地層或土洞、溶洞中，常有掉塊現象，造成卡鉆，此時混合投入粘土、碎石、水泥等，可對孔壁起到較好的膠結和穩固作用。在沖擊過程中，根據不同的地層性質，采用不同的沖程和泥漿比重也是非常重要的。如在巖面，采用1.0m的小沖程，低錘密擊，泥漿比重1：3，防止沖錘在傾斜巖面發生“順層跑”而造成斜孔，待巖面沖出臺階后再逐漸加大沖程。

3.2 塌孔處理措施

根據本人從事此類工程的勘探施工經驗，工程范圍基底多屬石灰巖地層，巖面高程不均一，普遍發育著大小不規則的溶洞，根據對本工程的超前鉆和地質勘察提供的資料分析，45#-1號樁終孔位置恰好穿過溶洞，易出現大體積漏漿、塌孔和卡鉆等險情，針對這種情況，我們擬定了合理的質量保證措施。45#-1號樁實際施工時，當沖鉆至地層以下45m處時，出現孔底突然漏水、孔內水位迅速下降和塌孔的險情，幸好孔口有足夠的保護措施，才沒有影響人機安全。面對這種情況，施工人員采取了預先設計好的施工方案，實踐證明達到了很好的結果。

四、施工方案處理

4.1 回填處理

首先在孔內回填片石和粘土拌合物，片石塊徑大約20cm左右，含量20%-30%。回填至洞頂以上1～2m。據統計在45#-1號孔所回填的材料總量超過200 m³，可是該孔底的溶洞規模之大，范圍之廣，在鉆樁史上實屬罕見。

重新再造護筒

方法一：沿孔周邊灌入以一定量的水泥漿，使孔周圍的土體固化，灌漿深度應到達孔內巖面。

方法二：采用3mm厚的鋼板卷成1m直徑的圓管，連續套入孔內直到巖面。

雖然上面兩種方法均可以達到保護孔壁，防止再塌孔的目的，但從經濟的角度和可靠程度考慮，選用方法二較好，因為根據多年的經驗，經這樣處理后，重新在原位再造孔的成功率要高得多。

4.2 封孔

水下灌注樁工程是一項隱蔽性很強的工程。雖然，各施工單位對此類工程的質量控制都有高度的重視，但由于施工工藝的差異或處理方法不合理，很多工程出現了不合格樁，造成工期延誤和經濟的浪費。45#-1號樁孔徑較大，而且孔內又有大溶洞，經分析，要保證封孔成功，必須使用體積較大的漏斗和倒料斗（貯料罐）施工，在此樁的實際施工工程中，我們采用了口徑1.5m的漏斗灌漿，及時、有利的保證了45#-1號樁的注漿強度，確保了樁身質量，在隨后的樁身質量檢測報告上也驗證了我們方案的可行性。

五、45#-1號樁的質量檢測

有人認為，采用鋼套管護壁的樁會因為樁周摩阻力減小而影響樁身的承載力。的確，鋼管與土體之間的摩阻力要少于混凝土與土體的，但是，端承樁的樁身承載力主要是以端承力為主，因此對于樁身的承載力影響較小。45#-1號樁的底部由于塌孔處理（經檢測，該樁的混凝土充盈系數為2.4，可見，大部分混凝土都充填到孔底的溶洞中去了），樁端相當于擴大樁頭，增加了樁端與巖石接觸的面積，從而提高了樁端的承載力。

5.1 樁身完整性分析

45#-1樁的樁身完整性系數為100%，反映樁身完好。

5.2 單樁豎向承載力

根據高應變CASE法測試承載力結果，45#-1樁單樁豎向極限承載力為7600 kN，在安全系數為2.5的情況下，高于設計的單樁豎向極限承載力7500 kN要求，因而是安全的。從上面進行的樁身完整性及單樁承載力分析，得出該項工程的樁基礎施工質量良好，也進一步說明了本工程施工方案的可行性。

六、結論

雖然石灰巖地區地質情況復雜，對于樁基礎施工造成極大的困難，但只要做好充分的準備工作，采用有效的施工措施，就可以防范于未然，把經濟損失降至最低點。

6.1 施工前做好充分的準備工作

（1）超前鉆工作是必不可少的手段

由于石灰巖地區溶洞、溶溝、裂隙發育，具卡斯特地貌的特點，巖面起伏相差十分懸殊。實踐證明，有些樁位偏離鉆孔不到1m，地下巖面深度卻相差好幾米。所以，在成樁前預先在樁中心進行鉆探，能準確地掌握孔內的地質及巖石持力層厚度、埋深、巖面的大致走向及地下水賦存等情況，對于指導樁基礎施工有重大的意義，特別是對于單樁單柱的基礎工程更為重要。

（2）施工前備料充足

施工前準備充足的泥漿和一定量的塊（片）石粘土包和水泥，以便在沖孔工程中出現嚴重漏漿時及時向樁內補給泥漿、拋填泥包、塊（片）石堵漏成孔、或灌注水泥堵漏。

6.2 孔口的保護是造孔成功的關鍵

塌孔不但影響成樁的質量，更嚴重的是危及人身安全，特別是沖孔樁工程，首先要做好孔口的保護工作。人工挖孔及混凝土護壁成本都比較低，而且又比較安全，開孔時可優先使用。開孔深度視地質情況，一般應大于5m，如果坍塌嚴重破壞了孔口，需要在原位再造孔時，應毫不猶豫地選用鋼套管護壁，確保施工安全。

6.3 孔底流漿的處理

施工中泥漿的作用有二：一是保護孔壁；二是冷卻鉆頭，排除孔內鉆屑。造孔過程中孔底流漿是造成孔壁坍塌的主要原因之一。正常情況下孔內充滿了循環漿液，其壓力與孔壁周圍的土體保持平衡，維持孔壁穩定。由于漏漿，使孔內水位迅速下降，孔壁土體形成臨空面，結構不良的土質由于失去了平衡而崩塌，影響了造孔施工。如果發現孔底漏漿情況，可用素混凝土回填，待初凝過后繼續造孔；或通過灌漿管在漏漿部位

注入水泥漿（配合速凝劑）堵漏。

七、結束語

實踐證明，在石灰巖（溶洞）地區采用上述介紹的各種沖孔樁的施工方案具有較好的應用價值，其施工經驗值得推廣。