喀斯特無充填溶洞全回轉鉆進灌注樁鋼筋籠雙套網綜合成樁施工技術

李樹青，雷 斌，鮑萬偉，馮志輝，申小平

(深圳市工勘巖土集團有限公司，廣東 深圳 518063)

0 引言

在喀斯特巖溶發育區，一般地質結構比較復雜，溶洞、裂隙普遍發育，在巖溶發育區灌注樁施工，一般采用沖擊和旋挖鉆進成孔工藝，在成孔過程中由于巖面傾斜常造成鉆頭受力不均勻,易發生斜孔、卡鉆、掉鉆，沖擊鉆進需要反復回填塊石、黏土進行糾偏，旋挖鉆進時則需要采用灌注混凝土處理偏孔，造成鉆進成孔困難；而當遇到溶洞尤其是無充填的大溶洞時，易發生泥漿滲漏、垮孔，嚴重的甚至造成地面塌陷；另外，在灌注樁身混凝土時，混凝土易沿溶洞發生充填，造成混凝土超灌量大。

本文結合具體工程實例，對喀斯特無充填溶洞全回轉鉆進灌注樁鋼筋籠雙套網綜合成樁施工工藝進行詳細闡述。

1 工程概況

1.1 項目概況

坪山鳳凰公館項目位于深圳市坪山區沙湖社區碧沙北路與龍勤路交界處，擬建項目為5棟高層(3棟商品房，2棟人才保障房)，81棟底層商墅。主樓基礎選用全套管全回轉混凝土灌注樁，樁徑分別為1 200～1 500mm，共計297根。

1.2 工程地質與水文條件

根據勘察報告顯示，場地工程地質情況自上而下為：回填土層、中風化大理巖、溶洞溶槽堆積層、微風化大理巖、微風化大理巖。

1.3 樁基礎設計要求與現場施工情況

項目樁基礎設計直徑為1.2～1.5m，共計297根，樁端持力層進入微風化花崗巖≥0.5m。由于項目處于巖溶強發育地區，存在多層溶洞及微風化大理巖夾層，最大溶洞厚度達十幾米，溶洞以上多為土層(第四系土層)，土層松散，孔壁成孔性差，塌孔可能性較大，易卡鉆、卡錘，無法保障旋挖成孔設備及場地安全，經過優化后，采用全套管全回轉鉆進成孔，在鋼筋籠外側包裹鍍鋅鋼絲網與尼龍網，達到成孔速度快、混凝土灌注量控制好、成樁質量高的目的。

2 清渣桶一次清孔、清渣頭二次清孔工藝

本技術所述的巖溶發育區灌注樁施工方法，其關鍵技術主要包：①采用全套管全回轉鉆機成孔，全護筒護壁；②在鋼筋籠外側安裝鋼絲網、密目尼龍網的雙套網結構，在護筒起拔后能有效阻擋混凝土擴散，確保樁身混凝土的超灌量，保證樁身質量。

2.1 全套管全回轉鉆進

全套管全回轉鉆進是利用鉆機的強大扭矩驅動鋼套管鉆進，利用套管底部的高強刀頭對土體進行切割，并利用全回轉鉆機下壓功能將套管下壓，同時采用沖抓斗挖掘并將套管內的渣土掏出，始終保持套管底超出開挖面，這樣套管鉆進同時成為鋼護筒全過程護壁，有效阻隔了鉆孔過程中多層溶洞的影響；同時，由于套管壁厚、剛性好，鉆進時垂直度控制好。

當鉆進至溶洞頂灰巖面時，采用沖擊與沖抓相結合的取土工藝，即采用沖錘在套管內沖擊碎巖，并采用沖抓斗撈渣；反復沖擊破碎修孔，鉆機回轉鉆進、下壓套管，直至套管下至樁端持力層。

與第一階段實驗的主要區別在于，本階段提供了開放的解空間，即不再使用固定格式的編碼來表達設計對象，實驗條件更接近真實團隊創新的實際情況。第一階段實驗中，設計師的實際工作只是修改21個參數來控制產品造型變化，而實際設計方案修改方式要比這復雜得多，例如無法用統一格式表達，無法在引用對象上直接修改，必須重新繪制方案草圖等，大大增加了工作量。

挖掘完畢后，立即測量孔深并確認持力層，滿足要求后進行一次撈渣斗清孔，安裝鋼筋籠和灌注導管后，采用氣舉反循環工藝二次清孔，最后灌注混凝土成樁；灌注樁身混凝土的過程中，利用全回轉鉆機巨大的起拔力，將鋼套管分段拔出。

2.2 鋼筋籠外側安裝雙套網

2.2.1工藝原理

由于溶洞分布，在灌注樁身混凝土時，盡管混凝土可通過添加速凝劑減緩其流動擴散，但水下混凝土具備一定的坍落度，灌注時在溶洞段混凝土將向溶洞的空間進行擴散。為避免在護壁套管起拔后樁身灌注混凝土快速流失，在溶洞分布段樁身鋼筋籠外側專門設置了鍍鋅鋼絲網、尼龍網2層結構，以有效減緩混凝土的快速擴散，減少混凝土的流失。

2.2.2鍍鋅鋼絲網

1)鋼筋籠制作按設計圖紙要求進行，制作完成后根據成孔顯示的溶洞頂、底埋深，按溶洞頂向上、溶洞底向下各延伸1m，安裝鍍鋅鋼絲網，以確保減緩混凝土擴散的有效性。鋼筋籠安裝鍍鋅鋼絲網如圖1所示。

圖1 鍍鋅鐵網安裝

2)鍍鋅鋼絲網選用優質低碳鋼絲，通過精密的自動化機械技術電焊熱鍍鋅加工制成，網面平滑整齊，結構堅固均勻，整體性能好；同時，鋼絲網具有良好的柔韌性和可塑性，即使鍍鋅鋼絲網的局部裁截或局部承受壓力也不致發生脫焊現象，依然可以減緩阻擋混凝土的擴散；另外，鍍鋅后耐腐蝕性好，安全性高、耐久性強，滿足其成為樁身混凝土內的材料要求。本技術選用熱鍍鋅鋼絲網，網孔呈菱形，絲徑0.9mm。

3)鍍鋅鋼絲網采用20號鋼絲直接綁扎在鋼筋籠上，梅花式綁扎，橫向和豎向搭接處覆蓋20cm。

2.2.3尼龍密目網

2)密目尼龍網材質為HDPE高密度聚乙烯，網目密度2 000目/100cm2，具有韌性高、彈性好、耐腐蝕的特點。

3)尼龍網安裝采用兜底法包裹鋼筋籠和鍍鋅鋼絲網，鋼絲按2m間距將尼龍網固定在鍍鋅鋼絲網上，尼龍網的安裝長度為鋼筋籠底至鍍鋅鋼絲網頂端齊平。尼龍網安裝與灌注混凝土效果如圖2所示。

圖2 尼龍網安裝與灌注混凝土效果

2.3 施工工藝流程

灌注樁全套管全回轉氣舉內循環清孔工序流程如圖3示。

圖3 施工工藝流程

2.4 操作要點

1)全套管全回轉鉆進 ①采用JAR260H全回轉鉆機與特制鋼套管，套管直徑1 000mm，配套120型履帶式起重機、220型挖掘機等。②使用全套管全回轉鉆機與專門配備的液壓動力站，將帶特制刀頭鋼套管回轉切入，同時使用沖抓斗反復抓取全套管內的土進行取土；遇塊石、孤石或硬質夾層時，使用十字沖錘沖碎孤石后再使用沖抓進行抓取。③抓斗取土時保證套管超過成孔深度2m左右，當每節套管壓入樁孔內到在鉆機平臺上剩余50cm時及時接入下一節套管以滿足成孔需求。④在鉆進至溶洞附近時放慢成孔速度，使用全回轉鉆機夾緊套管以防止套管掉落；由專人記錄溶洞位置，并計算出鋼筋籠需安裝鍍鋅鋼網及密目網長度；穿過溶洞后，繼續成孔至持力層面，在完成巖層判定后，成孔直至達到設計入巖深度，并與監理、業主等單位進行終孔驗收。⑤終孔驗收后，使用撈渣斗進行孔內撈渣。

2)鋼筋籠制作 ①根據勘察報告及設計要求提前制作好鋼筋籠底籠，為便于吊裝，底籠長度<24m。根據實際成孔深度確定鋼筋籠總長度后制作剩余鋼筋籠，鋼筋籠制作完畢后由監理、業主進行質量驗收，合格后安裝鍍鋅鋼網；②鋼筋籠底籠底部采用鋼筋焊接形成井字形，初灌混凝土可完全覆蓋底部網狀結構，有效防止灌注混凝土時的鋼筋籠上浮現象；③為確保鋼筋籠在套管起拔時被掛住帶起上浮，采用在鋼筋籠體分段設置混凝土保護層墊塊，每層3塊，確保鋼筋籠居中安放。

3)鋼筋籠外側安裝鍍鋅鋼網 ①鋼筋籠驗收合格后，根據實際成孔計算出所需安裝鍍鋅鋼網長度，在鋼筋籠外側進行安裝；②鍍鋅鋼絲網制作時，采用電動剪根據需要裁剪，采用20號鋼絲將鍍鋅鋼網固定在鋼筋籠外側，以梅花形點狀綁扎；③鋼絲網分段搭接處采用重疊安裝，重疊≥20cm；④對于現場揭示無充填的大溶洞，根據現場實際經驗，可采用雙層鋼絲網結構，最大限度減少混凝土擴散至溶洞。鋼絲網重疊處安裝如圖4所示、雙層鋼絲網安裝如圖5所示。

圖4 鋼絲網重疊處安裝

圖5 雙層鋼絲網安裝

4)鋼筋籠吊放及尼龍網安裝 ①鋼筋籠制作完成后，采用起重機吊放，鋼筋籠吊鉤位置處采用開口設置，并預留封口鍍鋅鋼絲網，待吊鉤卸除后進行封閉，避免鋼絲網缺失。②鋼筋籠吊放入孔之前，根據實際成孔計算出密目尼龍網安裝長度，并剪裁出所需密目尼龍網套在套管孔口；尼龍網采用兜住鋼筋籠底同步全程包裹設置，尼龍網間采用穿鋼絲線連接密封。③將鋼筋籠吊放到套管內下放，下放的同時伴隨尼龍網同步下放。④鋼筋籠下放至吊鉤處時，采用起重機輔助作業將吊鉤卸除，并恢復吊鉤處鋼絲網覆蓋、密封，避免出現漏洞造成混凝土漏失。⑤鋼筋籠在套管內持續下放，尼龍網連續包裹鋼絲網，鋼筋籠下放直至鍍鋅鋼絲網頂端位置后，停止下放，并用鋼絲將尼龍網四周綁扎在鋼筋籠上。⑥密目網上部套口扎緊后將鋼筋籠緩慢向上提起，每隔2m用鋼絲將密目網四周綁扎在鋼筋籠上，避免灌注混凝土上拔套管時在溶洞段產生混凝土滲漏，并觀察鋼筋籠底部的包裹情況，有多節鋼筋籠時，預留出鋼筋連接處不安裝鍍鋅鋼網，在鋼筋籠搭接完成后再安裝，全部鋼筋籠吊放并安裝尼龍網后，再將鋼筋籠下放至孔內。鋼筋籠上每隔2m間距用鋼絲綁扎固定尼龍網。

5)灌注混凝土成樁 ①為避免鋼筋籠安裝鋼絲網后，混凝土粗骨料被鋼絲網阻擋造成混凝土離析，攪拌站嚴格按配合比配制混凝土，控制好細石粗骨料的用量和粒徑，現場對每罐車混凝土進行檢查，保證灌注成樁質量；②鋼筋籠下放完畢并測量孔底沉渣厚度滿足要求后，快速完成孔口灌注斗安裝，立即開始灌注混凝土，最大限度縮短準備時間；③采用強度等級為C35、坍落度18～22cm、抗滲等級為P8的細石混凝土進行水下灌注，混凝土可適量添加速凝劑，減少混凝土的流動；④灌注混凝土用料斗吊灌或泵車灌注，根據樁徑及導管埋設深度采用3m3初灌斗灌注，以確保初灌時混凝土面上升高度超過導管底部0.8m以上；⑤混凝土灌注時，控制混凝土灌注速度，尤其在溶洞分布段，采用慢速回頂灌注法，并定時觀察、測量套管內混凝土面的上升高度，在每輛混凝土罐車卸料完畢后，對樁孔內混凝土面上升高度進行測量，根據埋管深度及時拆管，確保灌注時導管埋深2～4m，最大不超過6m；⑥混凝土灌注過程中，保持連續作業，防止堵管；灌注至樁頂標高時，超灌80～100cm，以確保樁頂混凝土強度滿足設計要求。

6) 起拔套管 ①邊灌注混凝土邊拔出套管，在拔出每節套管后及時測量混凝土面高度，保證套管最下端在混凝土面以下足夠的深度，尤其在溶洞分布段，套管最下端在混凝土面以下埋管深度要求不少于10m,避免混凝土在溶洞段滲漏而造成孔內灌注事故；②起拔套管采用全套管全回轉鉆機自帶的頂力起拔，并使用吊車輔助起拔。

2.5 施工工藝特點

1)鉆進效率高 針對巖溶發育區的特點，采用全套管全回轉鉆機成孔，一次性解決鉆孔護壁、溶洞漏漿、鉆孔垂直度、斜巖處理、清孔等關鍵技術難題，無需反復處理，鉆進成孔效率高。

2) 成樁質量好 采用全套管全回轉鉆進，全孔鋼套管護壁，確保了溶洞段不漏漿，鉆孔垂直度控制好，清孔效果好；鋼筋籠采用鍍鋅鋼絲網、密目尼龍網結構，有效解決了溶洞段套管起拔后灌注混凝土的擴散流失問題，成樁質量好。

3)綜合成本控制好 采用全套管全回轉鉆進，成孔效率高，節省了大量溶洞處理時間，保證了工期；同時采用鋼筋籠雙套管結構，有效控制了灌注混凝土的流失，節省了大量的材料，綜合成本控制好。

4) 保證現場文明施工 采用全套管全回轉施工，現場不必預先準備大量的塊石、黏土回填處理溶洞；采用全套管護壁，不必采用泥漿護壁，減小了泥漿循環系統的布設以及泥漿用量；全回轉沖抓撈取的渣土含水量低，便于及時外運，為現場文明施工創造了條件。

2.6 實施效果評價

通過多個喀斯特地區灌注樁施工的實踐應用證明，喀斯特無充填溶洞全回轉鉆進灌注樁鋼筋籠雙套網綜合成樁施工技術無論在施工效率、施工管理，還是施工成本、現場文明環保措施等方面都突顯出了較大的優越性，解決了喀斯特地區灌注樁成孔困難、成孔效率低、混凝土灌注量超多的問題，得到了設計單位、監理單位和業主的一致好評，取得了顯著的社會效益。

3 結語

喀斯特無充填溶洞全回轉鉆進灌注樁鋼筋籠雙套網綜合成樁施工技術通過全回轉鉆機成孔，對灌注樁有效形成護壁，并在鋼筋籠外側安裝雙套網結構，有效防止混凝土往溶洞外流，有效控制混凝土灌注量，在實際工程應用上取得了顯著成效，具有鉆進效率高、成樁質量好、綜合成本控制好、有利于現場文明施工等優點，使其易于技術推廣，是一種施工工藝上的突破和創新。