巖溶地區沖孔灌注樁主要施工處理方法

曾桂生 李得超

（桂林礦產地質研究院工程勘察院桂林市541004）（婁底市水利水電勘測設計院婁底市417000）

1 工程概況

臨桂縣交通大廈工程1#、2#樓位于臨桂縣世紀大道南側，地貌上屬巖溶盆地地區。1#、2#樓主樓高16層，裙樓高2層，建筑占地面積約3 413.6 m2，總建筑面積25 956 m2，采用框架-剪力墻結構。兩棟樓基礎采用鋼筋混凝土獨立基礎(局部筏板)和沖孔灌注樁樁基礎。沖孔灌注樁樁基礎是一柱一樁，設計樁徑均為1 200 mm，樁端以較完整灰巖為持力層，樁尖進入持力層深度為0.5 m，設計樁身混凝土強度等級為C25。樁長為（8.5～28.0）m不等，共設計39根樁。

2 工程地質及水文地質條件

地層結構特征：根據勘察報告及樁孔的超前鉆資料，場地內有（6～9）m厚的履蓋土層，其下為灰巖，地層結構從上至下依次為雜填土、紅粘土、中～強風化灰巖、溶洞及微風化灰巖交錯，巖溶極為發育，地下巖溶不可預見因素較多，巖溶形態極為復雜。該場地土洞、溶洞發育，尤其主樓部位巖洞最為發育，主要形態表現為溶溝、溶槽、石芽、鷹嘴、溶洞等，其中以溶洞最為普遍，溶洞分布方向呈多方位，豎向單個溶洞最小0.6 m，最大7.0 m，最多為6層串珠現象，連通性強，溶洞充填為全充填、半充填、未充填，充填物為軟-可塑狀粘土。

該場地地下水屬于潛水及巖溶裂隙水，主要受大氣降水及渠道等地表水補給，其中土層弱含孔隙水，透水性弱，水量較小；下伏灰巖含裂隙～溶洞水，連通性好，水量豐富，根據抽水試驗：單孔涌水量為2.78 L/s，水位降深1.76 m，單位涌水量為1.58 L/（s·m-1），影響水位降深（0.70～0.91）m。穩定水位埋深（0.20～1.00）m，據區域水文地質資料，該地區地下水位年變幅為（1～5）m。

3 施工準備及巖溶處理方案原則

（1）施工設備：采用CZ-30十字型鉆頭樁機沖孔成樁。

（2）施工工藝流程：測量放線→埋設護筒→樁機就位、泥漿制作→沖擊鉆進→抽渣→補漿→檢孔→清孔→檢查沉渣→安放鋼筋籠→下導管→灌注水下混凝土。

（3）在每個樁孔上鉆進1～3個超前鉆孔，鉆孔深度進入穩定持力層不小于5 m。主要目的：查明每個樁孔的地層結構及分布特征；查明土洞、溶洞分布及大小、規模、連通程度、充填情況；查明強風化層厚度，溶洞頂板厚度；查明穩定持力層的準確頂面標高及其標準承載力；初步判定地下水類型、大小及流向。

（4）對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數計算提供依據。

（5）根據地質鉆探資料和填充物情況，對每根樁設計出相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。

（6）對每種處理方案，都要進行仔細地計算，施工前在場地內樁孔外進行溶洞注漿及沖孔試樁試驗，取得經驗數據，完善施工方案，指導施工。

4 溶洞處理方法

（1）直接回填沖鉆法。

對于一些溶槽、溶溝、小裂隙、石灰巖蜂窩狀巖溶地層，沖孔時可采取投放片石、碎石夾粘土，甚至投入整袋水泥堵塞起到護壁作用，保證泥漿不流失，利用鉆頭沖擊將其擠入溶洞及裂隙中，完成護壁和成孔工作。

（2）鋼護筒跟進沖鉆法。

對于填充物為軟塑狀或粘性土溶洞，采用單護筒沖擊造漿護壁法成孔；對于填充物為流塑狀或較大的溶洞，采用雙護筒法成孔。如1#樓CT11號樁采用單護筒法施工，該樁鉆頭進入溶洞時，首先分層投入粘土和片石，每層厚1 m，用小沖程（0.5 m～1.0 m）反復沖擊，將粘土和片石擠入溶洞，并投入水泥燒堿和鋸末，增大孔壁自穩能力。另外CT17號樁采用雙護筒法施工，該樁樁徑1.2 m，樁長23.8 m，上覆土層厚8.5 m，其下為多層分布的溶洞，遇大小溶洞4個，洞高（1.2～4.5）m。首先用振動錘下沉外徑為1 400 mm，壁厚（10～12）mm的外護筒至基巖面，以防止孔壁坍塌。其次，當鉆穿巖溶頂板時暫停鉆孔，將直徑為1 250 mm的內護筒沉入巖溶層，隨鉆孔跟進至穩定巖面，以防溶洞填充物涌入孔內，防止灌注的混凝土流失，并為清渣和清孔創造條件。最后沖鉆至設計高程成孔，鋼管則留在巖溶內。經過3 h觀察，孔底沉碴厚度小于5 cm時，即可停止清孔，灌注水下混凝土。

（3）充填砂石、注漿法。

對于封閉的、比較小的溶洞，采取注漿措施，提供成孔條件穿過溶洞。若洞內無填充物或填充物不滿，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿；若充填物呈松散或軟塑狀態時，直接注漿固結即可；若充填物已固結呈硬塑狀態時，則可以直接沖孔，但需加強泥漿護壁。

如2#樓CT33號樁就是采用該方法，該樁溶洞內無填充物，為2層溶洞，上層溶洞洞高為0.9 m，下層溶洞洞高為2.3 m，首先利用超前鉆孔位，放入并固定鋼套管，將注砂管與鋼套管相連接，在注漿前灌砂。根據成樁直徑、圍護體積的最小直徑及堆積體成形規律，計算填砂量。若灌入碎石則必須鉆一個大孔（直徑不小于30 cm）放入鋼管并固定，鋼管上置碎石料斗，碎石粒徑不大于2 cm，投料時振動鋼管，以防止堵塞，填充量控制與填砂控制方法相同，最后進行注漿。這樣施工的結果是堵住了漏漿，堵住了溶洞，保證泥漿質量且能正常返漿，正常進尺，同時在灌注混凝土時，不會出現大量超灌。

5 主要工程施工技術措施

5.1 塌孔

在石灰巖地區進行樁基施工時，容易發生塌孔現象。由于石灰巖地區地下溶洞裂隙發育且連通性好，當樁孔碰到地下溶洞、溶槽或地下河時，會因泥漿漏失而樁孔內泥漿面驟然下降，孔壁突然失去泥漿靜壓力的作用而向樁孔內坍塌。如該工程2#樓CT24號樁遇到塌孔，處理方法是采用長鋼護筒跟進或立即將樁錘提起，并拋填小石塊、粘土塊、水泥和鋸木屑混合物至塌孔位置以上（1～2）m，反復沖擊，待其沉積后重新反復沖擊造壁。并向孔內補漿、補水，保持孔內水頭。通過采用這種方法順利處理了該樁塌孔問題。

5.2 樁孔傾斜

樁孔傾斜是指沖孔樁成孔的垂直度不滿足規范要求，引起斜孔的原因有：

（1）所用樁錘偏心過大或掉齒；

（2）沖進過程中遇到孤石或障礙物；

（3）樁施工現場地質巖層走向的坡度很大，或孔底土質不均，巖石強度不一；

（4）樁機架在施工中逐漸傾斜。如1#樓CT12號樁樁基施工中遇到傾斜巖面和孤石，出現鉆孔速度降低、鉆頭擺動、偏孔等現象。

采取的措施：當鉆頭接近傾斜巖面或遇孤石時，馬上提出鉆頭，拋填厚（1.5～2.0）m，粒徑為（25～30）cm的片石、粒徑為10 cm左右的碎石和粘土塊，以45 cm小沖程沖擊，待沖到原位后第二次拋填厚（0.8～1.0）m相同配比的混合物，以80 cm的大沖程沖孔，反復進行，直至成孔。

預防措施：不使用偏心過大的錘；定時檢查樁錘，發現錘齒磨損嚴重時及時更換；注意泥漿循環，泥漿比重要適宜；樁機架下面要穩固，防止樁機架在施工過程中移動、傾斜。

5.3 鋼筋籠上浮

由于鋼筋籠的加固不可靠或灌注過程中操作因素帶來的沖孔樁鋼筋籠移位現象統稱鋼筋籠上浮。發現鋼筋籠上浮，應立即暫停灌注，采取以下措施進行處理。對于鋼筋籠上浮在1倍直徑以下的可以在采取有效防止上浮的措施后繼續灌注。懸吊鋼筋焊縫脫落的，應及時補焊；懸吊鋼筋彎曲的情況應增加鋼管支撐。鋼筋籠上浮比較嚴重的必須拔出鋼筋籠。預防措施如下：

（1）鋼筋籠的頂端若在鋼護筒范圍內，可將其焊到鋼護筒上；若在鋼護筒以下，則可用鋼管套在鋼筋上頂壓。

（2）當導管底端接近鋼筋籠底端時，適當放慢灌注速度，并控制好導管的埋深，以減少混凝土的上沖力。

（3）盡量縮短混凝土的整體灌注時間，若整體灌注時間較長時，應采取措施延長混凝土的初凝時間。

（4）若發現鋼筋籠有上浮現象，除了采用鋼管套在鋼筋上頂壓以外，還應提升導管，并放慢混凝土澆灌速度。

6 結語

臨桂縣交通大廈工程1#、2#樓低應變檢測的39根基樁，根據“反射波法”采集的反射波形分析：所測的39根基樁中，推斷CT3、CT6、CT25、C26、CT32、CT33、CT39共7根樁樁底局部有輕微缺陷、為Ⅱ類樁，其余32根樁樁身結構均完整、為Ⅰ類樁；所檢測的39根樁，現場實測樁身平均波速在（3 130～3 780）m/s之間。所測各樁樁身質量均符合設計要求。

通過對臨桂縣交通大廈工程巖溶地基沖孔灌注樁施工可知，根據不同的巖溶類型，采用相應的巖溶處理方法，既確保了工程質量、進度，又可以節省投資，不失為巖溶地區沖孔灌注樁施工處理的好方法。

1.史佩棟.實用坑基工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.

2.陳新勝，顧湘.樁基工程[M].武漢：中國地質大學出版社，1995.

3.葉書麟.地基處理工程實例應用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2001.