巖溶發育區深長灌注樁施工技術研究

廖瑞奇

摘 要：本文在系統分析巖溶發育區沖孔灌注樁成孔、水下砼灌注及溶洞處理施工過程中的常見問題與應對措施基礎上，結合廣東省肇慶市某房地產項目樁基施工實際，提出了樁孔位超前鉆探、邊施工邊溶洞處理的巖溶區深長灌注樁關鍵施工技術與工藝，確保了樁基礎成樁質量，為同類工程擴大了參考樣本。

關鍵詞：巖溶;樁基;沖孔灌注樁;施工技術

中圖分類號：TU753.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0144-04

0 引言

巖溶即喀斯特地貌，是水對可溶性巖石進行以化學溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機械作用為輔的地質作用，以及由這些作用所產生的現象的總稱[1]。巖溶在我國大部分地區均有分布，其中尤以廣西、貴州、云南和廣東部分地區分布廣泛。由于巖溶地層存在許多臨空面，地質情況復雜多變，在巖溶發育地區進行地下工程施工難度巨大。

針對巖溶強發育區樁基施工技術研究國內外已有大量文獻報道[2-3]。針對巖溶發育地區橋梁樁基施工中遇到的問題，提出了相應處置措施，確保了樁基礎成樁質量[4]。從施工進度、質量、成本及安全文明施工不同角度出發，對比分析了巖溶地區灌注樁旋挖成孔與沖擊成孔的不同工藝差別[5]。介紹了基于超前鉆探摸排地下溶洞發育情況進行指導樁基施工的工程案例[6]。結合工程實例，介紹了強發育巖溶地區樁基礎全套管全回轉施工技術，實踐表明該施工方法安全高效、社會和經濟效益顯著[7]。針對滬昆客運專線橋梁深樁基礎在巖溶強發育地區中的難題，從技術、質量、經濟、成樁效率等方面進行了綜合分析，并創新性地提出了橋梁樁基中巖溶處置的新方法。提出了對巖溶地區灌注樁成樁質量的管波檢測新方法，并通過現場試驗，驗證了管波技術在巖溶發育區橋梁樁基檢測中的可行性。

通過上述分析可知，巖溶地區樁基施工在橋梁工程中多見，溶洞處理技術相對較為成熟。而對于房建工程中深度超過100m的深長沖孔灌注樁施工文獻報道較少，相關工程參考樣本偏少。由此，本文基于某房產小區工程實踐，對巖溶強發育區深長沖孔灌注樁施工技術進行總結分析，重點闡述復雜溶洞的處理與巖溶地層沖孔灌注成樁的施工關鍵技術，以供同類工程參考。

1 工程概況

本工程項目位于廣東省肇慶市，項目總用地面積約為537891m2，總建筑面積地上413669m2，地下124222m2，擬建酒店式公寓樓、辦公樓、綜合商業樓、住宅樓、沿街商鋪、會所等共12棟，主樓高22層～27層，地面以上高度為100m，地下室2層，地下室埋深7m（南部）～10m（北部），擬采用樁基礎、剪力墻結構。

1.1 場地巖土層分布特征

根據巖土工程勘察結果，按巖土層成因類型和巖土性質對場地地層自上而下劃分為：第四系人工填土層（Qml）、沖積層（Qal）、下伏石炭系灰巖（C）。各巖土層還可進一步細分為若干亞組，如表1所示。詳勘鉆孔中見土洞率和見溶洞率分別為10%和15%，平均層厚分別為2.94m和0.8m，該特殊地層將對樁基施工造成影響。

1.2 場地地下水情況

在鉆孔揭露的巖土層中的地下水主要為第四系孔隙水和基巖溶洞裂隙水，孔隙水主要賦存于2-2淤泥層及2-5層砂層中，淤泥層中水量較大但給水及透水性差，砂層分布不連續但透水性較強;巖溶裂隙水，為弱承壓水類型，水量大且與土層中土洞有水力聯系，一般位于較深部位，總體上以強透水為主;其它粉質粘土層均為相對隔水層。

場地大氣降水和側向徑流是區內地下水的主要補給來源，地下水位隨季節變化。據區域水文資料，該地區地下水年變化幅度約為0.50m～1.00m。勘察施工期間測得各鉆孔混合水位埋深約為1.40m～1.80m，水位高度差別不大，說明地下水連通性強。

1.3 場地工程地質評價與基礎類型選擇

由上述場地巖土層分布及地下水情況可知，場地工程地質條件評價為一般至較差，需采用適當的基礎型式或地基處理后方可作建筑場地。綜合地層條件與擬建建筑物荷載特點、經濟性及當地工程經驗，本工程基礎類型最終選定沖孔灌注樁型式，以微風化灰巖作樁端持力層。

本工程設計樁數776根，其中φ1000mm樁徑611根，φ1200mm樁徑165根，樁長一般在15m～66m，總樁長約為27160m。但實際施工中由于工程地質復雜，溶洞裂隙發育，實際見洞率高達64%，溶洞呈串珠狀分布，最大洞高達19.5m，實際施工樁長約為20m～100m，部分區域存在60m～100.71m深樁48根，施工難度大。

2 巖溶區沖孔灌注樁施工關鍵技術

2.1 沖孔樁成孔工藝

沖樁機成孔工藝是用沖擊式鉆機或卷揚機通過鋼絲繩帶動沖錘，以沖擊破碎的方式破碎巖土的一種進尺方法。沖進時，用鉆機或卷揚機帶動沖擊錘，上下往復沖擊，將樁孔中的土石劈裂、破碎或擠入孔壁中，并利用泥漿懸浮鉆渣，然后利用泥漿循環系統將鉆渣排出孔外。本工程針對不同地層調整了沖孔施工參數以更優質高效地完成施工任務，不同地層的沖孔施工參數如表2所示。

2.2 巖溶地層灌注樁成孔事故與應對措施

由于本工程地質條件復雜，對沖孔灌注樁施工存在諸多不利因素，施工過程中遇到的常見事故與應對措施如下。

2.2.1 成孔過程中漏漿的處理

在成孔遇到溶洞時會發生漏漿現象。處理辦法可先投放泥球，及時補漿，在孔內攪拌泥漿，使稠泥漿迅速充填在孔壁塊石的間隙中，阻擋滲漏而保護孔壁穩定。漏失停止后，恢復正常鉆進。

2.2.2 卡錘、難以沖進的處理

在成孔遇到溶洞時，可能會遇到卡錘事故。如果卡錘不嚴重，用鋼絲繩將沖錘強拉提起。如果沖錘被卡十分嚴重，強拉硬提無效，可用重錘將卡錘擊松后再提起。

2.2.3 斜巖等導致的偏樁的處理

在施工中由土層進入巖層時、或在溶洞底部、或巖層有夾層的位置等均有可能出現斜巖導致偏樁的現象，解決辦法為：（1）根據超前鉆結果，充分了解地質資料，沖進過程中根據鋼絲繩的偏移情況在第一時間發現偏樁現象，及早處理，若發現過遲，處理難度加大;（2）現場儲備硬度較大，尺寸在30cm～50cm的硬度大于巖層的花崗巖，以備偏樁時回填使用;（3）沖孔過程中密切關注鋼絲繩的垂直度及變化情況，發現偏樁立即回填塊石至開始發生傾斜位置高出50cm～100cm后重新沖進校正，反復進行，直至正常為止。

2.2.4 成孔過程中塌孔的處理

因場地內土層較厚，在樁機成孔施工過程中可能出現塌孔現象，解決辦法為：（1）詳細閱讀超前鉆報告，了解地層條件，對存在砂層的樁孔，在成孔過程中適當調大泥漿比重。（2）成孔過程中如遇塌孔，應立即停止施工，回填塊石夾粘土加大泥漿比重，并反復沖擊照壁沖進。

2.3 巖溶地層水下砼灌注事故與應對措施

在水下灌注砼過程中，如出現事故應分析原因，采取合理的技術措施，及時設法補救，不宜輕易廢棄或中止灌注。

2.3.1 導管進泥漿

導管進泥漿的主要原因為：（1）首批砼儲量不足，安置導管距孔底間距過大，砼下落不能埋住導管底口，以致水或泥漿從底口進入導管;（2）導管接頭不嚴或螺桿斷折、焊縫破裂，水或泥漿從接頭或焊縫處注入;（3）導管提升過猛或測深錯誤，導管底口提離砼面，底口注入水或泥漿。

預防及處理方法：（1）由上述第一種原因引起的，應立即將導管提出，將孔底砼沉淀物用反循環清除。重新下導管并準備足夠儲量的首批砼重新灌注。灌注之前必須進行首批砼量計算，導管底口距孔底間距設置0.3m～0.5m。（2）若為第二種原因引起的，應拔換導管，采用二次剪球法處理，在第二次灌漿時，當預制砼球塞（即隔水栓）下落至原砼面時，導管立即插入原砼內有足夠深度。（3）第三種原因引起的，用原導管進行二次剪球處理，方法同上。若砼面在泥漿面下不深的護筒內，可將護筒內泥漿抽干，將浮漿清除，再在護筒內灌注砼至設計標高。

2.3.2 卡管

（1）初灌時隔水栓卡管，或由于砼本身原因坍落度過小，流動性差、夾大石子、拌合不均、離析、粗骨料集中而造成堵管。處理方法：用長桿沖搗導管內隔水栓或砼，或抖動導管，使隔水栓或砼下落，如仍不下落時，將導管提出清洗，然后重新吊裝，重新灌注。

（2）機械故障或其它原因使砼在導管停留時間過長，最初灌注的砼已經初凝，增大了管內砼下落阻力，砼堵在管內。處理方法：灌注前檢查灌注機械，并備有備用機械，首批砼中可摻入緩凝劑?？蛇M一步采用我公司自行研制的振動器（可與灌注導管連在一起），將導管內的砼振出，同時也能提高砼的密實度，提高樁身的質量。

2.3.3 坍孔

在灌注過程中如發現鉆孔護筒內水位忽然上升后又隨即驟降并冒出氣泡，應懷疑坍孔現象。用測深錘探測，如原測深錘停掛在砼表面上未取出，被埋不能上提，或下不到原來的深度，均可證實為坍孔。發生坍孔后，應及時查明原因，并采取相應措施，保持加大水頭，防止繼續坍孔。如不嚴重，并不繼續坍孔，可恢復正常灌注，砼埋深盡量大一些，將坍孔泥砂擠出。如坍孔嚴重，并仍不停止，應立即中止灌注，將導管拔出，用粘土回填，待坍塌穩定后，再商定處理方案。

2.3.4 埋管

主要原因：導管埋深過深，或提管過猛，導管拉斷。預防方法：嚴格控制導管埋深不得超過6.0m，導管接頭螺栓事先檢查是否穩妥，提升導管不能過猛。若埋管事故已發生，視情況作出處理。砼面距樁頂不深時，可將原護筒接長，將護筒沉入已灌注砼面以下，抽水、排渣，接灌砼。

2.3.5 砼灌注超方

由于本工程場地內溶洞分布較多，在砼灌注過程中極易出現砼超方現象。預防及處理方法為：（1）根據樁超前鉆報告揭示的溶洞情況，在樁基施工前通過泵注混合砂漿及袖閥管注漿的方式，提前對存在的溶洞進行處理。（2）灌注過程中時刻監測孔內砼面高度，一旦發現砼面上升緩慢，出現超方現象，應及時通知砼攪拌站增加砼供應量，保證砼灌注完成。

2.3.6 砼灌注時導管底脫出砼面

在溶洞發育地層極易出現砼灌注過程中，當砼面達到一定高度后，砼的壓力導致泥漿護壁破裂，砼進入溶洞，砼面下降，在埋管過小的情況下會導致砼面下降至導管以下，而出現斷樁、廢樁的情況。因此，在溶洞發發育地區，應加大埋管深度，確保不出現此類情況。

2.4 溶洞處理關鍵技術

溶洞處理分為樁基礎施工前溶洞的預先處理和樁基礎施工過程中處理（“邊施工邊溶洞處理”）兩種，其一般原則為：（1）對于超前鉆階段發現的小于或等于0.5m高的半充填、全充填型土洞采用施工中處理的方式進行;（2）對于洞高大于0.5m的半充填、全充填型土洞或洞高小于2m的未充填溶洞直接采用袖閥管注漿處理方法;（3）洞高大于2m的未充填型土溶洞采用泵注低標號砼與袖閥管注漿相結合的處理方法;（4）施工過程中發現的溶洞采用施工中處理的方式進行。

本工程溶洞采用施工中處理的方式（即“邊施工邊溶洞處理”）進行，具體為：在超前鉆階段發現小于或等于0.5m高的半充填、全充填型土洞，或超前鉆未揭示的溶洞采用此方法。即在樁基礎施工中發現溶洞漏漿后，采用片石、粘土、黃泥投入樁孔內通過沖錘的壓力來充填樁側溶洞的方法。邊施工邊溶洞處理工藝流程如圖1所示。

若一樁多次采用邊施工邊溶洞處理的方法還不能完成解決漏漿、塌孔時，應及時移開樁機，進行袖閥管注漿處理。

3 現場實施效果評價

本工程對所有樁孔地層進行了超前鉆揭示，實際揭露場地見洞率高達64%，溶洞呈串珠狀分布，最大洞高達19.5m，這一數值遠遠高出場地詳勘結果。但基于上述巖溶區沖孔灌注樁施工關鍵技術與“邊施工邊溶洞處理”施工工藝很好完成了全場地776根樁基的施工，其中最長深樁長達100.71m，且所有樁基不同深度位置灌注砼分散系數均大于1.0，如圖2所示?；诒臼┕ぜ夹g完成的所有樁基礎在檢測中全部合格，無III、IV類樁出現。

4 結語

（1）巖溶發育區由于地質情況復雜對樁基施工提出了新的要求，通過本工程實踐表明沖孔灌注樁是巖溶地區高層建筑基礎的一種經濟合理型選項。（2）巖溶發育區沖孔灌注樁施工應關注成孔和砼灌注兩方面的質量控制，本文對施工過程中遇到的成孔和砼灌注常見事故給出了應對解決關鍵辦法，并實踐了溶洞邊施工邊處理的施工工藝。（3）采用沖孔灌注樁成孔和砼灌注關鍵施工技術，本文結合工程實踐表明該技術與邊施工邊溶洞處理工藝實施效果良好，為后續類似巖溶發育區深長灌注樁施工提供了參考。

參考文獻

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