超大溶洞區域沖孔灌注樁施工工藝的改進

孫瑞甲 郭紹強 何興玲 李紅梅 韓慶忠 伍宇彤

1. 中建四局第一建筑工程有限公司 廣東 廣州 510800；2. 中國建筑第四工程局有限公司 廣東 廣州 510000

廣州北站綜合交通樞紐開發建設項目（天貴路萬達城西側）安置區工程，總建筑面積897 300 m2，結構類型為框架剪力墻結構，地下室3層，局部2層，建筑高度最高為99.2 m。項目位于巖溶發育強烈地區，溶洞見洞率高達55%，采用沖孔灌注樁基礎。

溶洞對樁基的受力狀態會產生較不利的影響。沖孔灌注樁鉆進過程中，遇到溶洞或裂隙發育的位置時，泥漿會向溶洞或裂隙處泄漏，泥漿泄漏迅速來不及補給，造成泥漿水頭下降，破壞孔內外水壓平衡，從而導致坍孔、擴孔、埋鉆，嚴重的會導致地面下沉、樁機傾覆，造成工期延誤，并會威脅施工人員的安全。

另外，溶洞處理過程中，在處理完標高較高的溶洞后，容易忽略對標高較低處溶洞的處理。溶洞的處理施工技術是不良地質地區樁基施工的難點，也是確保建筑結構安全的重中之重。

傳統的溶洞處理辦法是采用雙鋼管的方法進行施工，鋼管笨重且安裝困難，費人工。通過灌注混凝土的方法進行溶洞處理，容易堵管，造成溶洞處理效果不佳，威脅建筑結構的安全，造成成孔難、施工安全系數低、成孔質量差等問題[1-5]。

本文從超大溶洞的探測、注漿以及處理結果驗收三大環節進行創新，采用超前鉆探法、管波探測法相結合的方法，以及雙漿液工藝和袖閥管注漿、間歇注漿法的施工工藝，使得溶洞處理的效率大幅提高，施工成本明顯降低。目前，該技術已使用于溶洞發育強烈地區的工程施工，均得到業主和行業的認可。相比傳統的施工方法，該技術節省了工期，提高了施工質量，保證了施工安全。

1 技術特點

1）揭露溶洞：采用超前鉆機開孔的樁位，根據管波數據繪制管波探測圖，作為判定巖層情況的依據。

2）袖閥管預埋：根據串珠溶洞已開孔的深度進行相應長度的袖閥管（規格φ48 mm 3 mm）的預埋。

3）間歇注漿：按照串珠溶洞先下后上的處理原則，對于多層溶洞，應當先處理下層溶洞，再處理上層溶洞。其中，注漿鋼管（采用每段長3 m，規格為DN20 mm的鍍鋅鋼管進行拼接）伸至串珠溶洞底部，按溶洞豎向分布情況，自下而上對串珠溶洞進行處理，并依次提升至溶洞區域 注漿。

4）注漿液在后臺配制，并從最底層的溶洞向上一一進行處理。

5）對于半充填和無充填的、高度小于8 m的溶（土）洞，采用袖閥管分次間歇注漿工藝進行處理。對于單層洞高或多層串珠狀洞高為8～15 m的溶（土）洞，當填充物為半充填或無充填時，采用雙漿液和袖閥管注漿相結合的工藝進行處理。先采用雙漿液進行封堵，等漿液有一定強度后，再采用袖閥管注漿。

6）控制偏差：通過回填毛石片石，低垂緩沖進行沖孔，根據斜巖的傾斜情況調整樁錘的落距與落速，確保斜巖均勻受力，避免偏孔情況的出現，使斜巖能被有效鑿除近95%。孔徑容許偏差為－40～＋100 mm。

7）注漿效果：待溶洞處理注漿漿液強度達到設計要求的80%，對于單個洞高超過4 m的串珠溶洞，采用管波探測法檢驗溶洞注漿的填實度。

8）保證安全：避免溶洞對樁機受力狀況產生的不利影響，從而避免出現坍孔、擴孔等現象，嚴重的將導致地面下沉、樁機傾覆，威脅人員的生命安全，且延誤工期。注漿所用漿液流動性不強，容易造成堵管，溶洞處理效果不佳，威脅建筑結構的安全。

2 技術關鍵

2.1 超大溶洞區域沖孔灌注樁一次性成孔技術

根據設計圖紙提供的樁位坐標，對樁位中心點采用全站儀進行測量定位。

1）采用超前鉆探法結合管波探測法的方法探明串珠溶洞的大小及位置。超前鉆探法是在樁位中心處進行一個或多個小孔徑的地質勘探鉆孔取得巖樣，通過對巖樣的觀測來確認地質情況；管波探測法是在鉆孔中利用“管波”這種特殊的彈性波，探測孔旁一定范圍內的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質體，其探測半徑為1 m。

2）對已揭露有溶洞的樁暫定3個鉆孔用于探查、注漿和排氣，3個孔位呈等邊三角形沿樁位中心布置，并采用雙漿液工藝和袖閥管注漿工藝相結合的方法進行處理。

3）采用間歇注漿方式，節約注漿量，間歇時間控制在10～20 min。間歇時間采取加速凝劑（水泥質量的3%）的方法進行控制，使漿液提前膠結，從而縮短間歇注漿的時間。

4）采用孔內拋片石的方式進行偏錘處理。結合現場鉆孔巖溶管波探測儀數據，將地質情況數據化，提前做好遇復雜巖層的偏孔問題處理準備，以填毛石片石來補平孔底，保證沖孔安全，以達到施工效果。

5）采用孔內澆筑C30素混凝土代替片狀孤石成孔。根據所遇復雜巖層制定不同的處理方案，使孤石與水下素混凝土體結合，待混凝土體達到一定強度后再復沖。

2.2 施工流程

測放樁位→鉆機就位開孔→管波探測→鉆機開孔→袖閥管預埋→注漿→處理效果驗收

2.3 操作要點

2.3.1 鉆機就位開孔

根據已經測放的樁位，使用PC200的挖機進行該樁位周圍場地的平整工作，從而保證地面強度以及平整度滿足鉆機的作業要求。超前鉆鉆機就位開工，鉆沖過程中保存好取出的芯樣，作為繪制柱狀圖判定串珠溶洞所在位置的依據。

其中：對于支護樁，每3根樁選擇一個鉆孔位進行鉆孔，以探明溶洞情況，若有溶洞再對隔壁樁位進行鉆孔；對于工程樁，則一樁一孔，探明該樁位的地質情況，鉆孔深度必須滿足圖紙設計要求，保證樁底的連續微風化巖滿足設計要求深度。

2.3.2 管波探測法

對于已采用超前鉆機開孔的樁位，從自然地面標高處開始往孔內下放探頭（彈性波的發射器，采用國產HXGMM-S50C型致震源），并使用StratView R48淺層地震儀記錄被樁位側壁所反彈形成的管波數據，根據此管波數據繪制管波探測圖，作為判定巖層情況的依據。

2.3.3 鉆機開孔

對于揭露有溶洞的樁位，采用超前鉆機鉆3個孔用于探查、注漿以及排氣，3個孔呈等邊三角形環繞樁位中心進行布置，開孔的標高為最底層串珠溶洞的底標高（圖1）。

圖1 串珠溶洞探查開孔示意

2.3.4 袖閥管的預埋

預埋袖閥管的高度比原始地面高60 cm。袖閥管（φ48 mm 3 mm的PVC管）底部安裝堵頭，溶洞注漿段每隔330 mm開一組4φ8 mm射漿孔，每組孔縱向長度60 mm，每組射漿孔外包裹一層長80 mm的橡膠套，防止射漿孔下管時堵塞（圖2）。

圖2 袖閥管預埋剖面

孔深驗收合格后，對原始地面與袖閥管的交界處采用厚50 cm的1∶1.5的水泥砂漿（水泥砂漿中按體積比1∶0.2添加雙漿液加速凝結）進行封堵，用于固定袖閥管以及保證孔內的密封性。

2.3.5 注漿

通過溶洞處理后臺制造注漿漿液，注漿漿液通過水泥漿注漿泵加壓至注漿鋼管并注入溶洞（注漿壓力控制在0.5～1.2 MPa），從最底層的溶洞開始處理，達到一定注漿壓力而無法注入后，提升注漿鋼管至上一個溶洞處，通過袖閥管預留的射漿孔噴射注漿，逐個進行處理。注漿完成后拔注漿管，并將鍍鋅鋼管拔出并清洗干凈。

3 技術管理措施

1）采用吊錘測量注漿管的開孔深度。

2）根據斜巖的傾斜情況調整樁錘的落距與落速。當成孔遇到斜巖時，應采用回填片石，對回填料進行復沖。沖孔機低錘慢沖至巖面后，提起沖錘，向孔內回填片石，回填至出現斜孔面位置以上超2 m，回填完成。然后繼續沖孔作業。片石的回填量及回填次數根據現場實際情況確定，以遇較大偏孔、偏錘時及時回填為準。當注漿管穿過斜巖面到達完整基巖后，繼續沖孔。實際應用過程中，遇到較陡斜巖時采用低錘緩沖的方法，能有效地鑿除斜巖，平均節省工期3 d，并節省大量回填材料。

3）根據勘察單位提供的資料以及周邊孔位的開孔情況，增加對地質情況的掌握，提前辨析地質難題，并提前制訂相應的解決措施。

4 制作質量控制措施

1）施工方案先行，做好相關技術復核和過程旁站，及時反饋、糾偏，相關標準必須嚴于規范。

2）確保漿液注至溶洞所在位置標高。

3）地勘鉆進基巖后，每鉆進100～500 mm后，應清孔取樣一次，分析取樣數據。

4）掌握一樁一孔資料中的柱狀圖、管波圖顯示的地質狀況。

5）由于存在施工質量和較大的安全隱患，需保證一次性成孔率達到63%以上。

5 效益分析

5.1 社會效益

采用超前鉆探法、管波探測法相結合的方法，及雙漿液工藝和袖閥管注漿、間歇注漿法的施工工藝，后續在超大溶洞區域沖孔灌注樁的施工中，成孔質量良好，承載力標準值均滿足要求，樁基檢測合格。對于已經出問題的管樁，經過糾偏、補樁等手段，其質量也均滿足設計要求。

5.2 經濟效益

廣州北站安置區工程有工程樁3 165根，支護樁1 968根，樁的總數量共計5 133根。按已探測的詳勘，溶（土）洞的見洞率按55%計算，共有3 080根樁會遇到溶洞。經綜合計算，采用本文所述的施工工藝，每個工程樁樁位所節省的費用為17 085元。運用此技術，遇到未處理的串珠溶洞越多，所節約的成本越多。

5.3 工期效益

工程采用超大溶洞區域沖孔灌注樁一次性成孔施工技術，較傳統沖孔灌注樁施工，可節約工期45 d。

6 結語

本文從探測、注漿及處理結果驗收三大環節進行創新，通過超前鉆探法與管波探測法相結合，探明串珠溶洞的三維立體形狀，采用雙漿液和袖閥管注漿工藝相結合的方法進行注漿處理，再利用管波探測法檢驗串珠溶洞注漿的填實度，確保串珠溶洞處理效果。最終的處理效果良好，最大限度避免了后期樁基沖孔作業施工中出現的漏漿、坍孔、擴孔、埋鉆等現象，大大提高巖溶地區沖孔灌注樁一次性成孔的概率，在保證工程質量的同時節約了工期。但本技術也存在不足之處：本技術對設備和人員技能的要求較高，需專業人員進行控制，才能保證高效施工。