溶洞地區沖擊鉆成孔灌注樁施工方法分析

劉衛成

【摘 要】本文結合作者在中國南方航空大廈的工程實踐，對溶洞地區沖擊鉆成孔灌注樁施工方法進行分析，總結了該工程灌注樁施工過程中出現的問題及處理方法，為溶洞地區灌注樁施工提供參考。

【關鍵詞】鉆孔灌注樁；溶洞地區；施工方法；解決措施

一、工程概況

中國南方航空大廈工程項目總用地面積23311平方米，總建筑面積約194729平方米，首至6層為裙樓，其高度為30米；主樓高度約160米。地上總計36層，4層地下室，基坑深度約15米。根據地質勘察報告：本項目處場地存在溶洞。

二、施工技術方案

由于地質勘察及超前鉆芯取樣的局限性，本標段在沖擊成孔灌注樁基礎施工過程中，循環泥漿驟然漏失，樁孔內平衡被打破，孔壁土層在側壓力作用下坍塌，可判斷遇到溶洞[1]。現場根據溶洞的洞高和洞內填充物情況，對溶洞主要采用的處理方法有：拋填法、灌注混凝土填充法、套放大小鋼護筒法等[2]。

2.1拋填法

溶洞范圍小，溶洞高度小于1m，對照地質圖，當鉆至溶洞頂板1 m 左右時，減小沖擊鉆沖程，控制在1～1.5 m， 通過短沖程快頻率沖擊的方法逐漸擊穿溶洞，溶洞一被擊穿，孔內水頭迅速下降，這時立即向孔內補充泥漿，同時提鉆至孔口，并向孔內投入片石、 粘土塊和水泥，填充溶洞，當孔內水頭穩定時，用測線測出回填厚度，當回填厚度大于1m 時，使溶洞范圍形成護壁后，再繼續施工。發現異常情況及時采用以上方法，反復沖砸，填塞溶洞，擠密護壁，直至順利穿過溶洞。洞上下各1m范圍在鋼筋籠的定位筋焊接厚4mm的鋼板圓筒，在圓筒外增加四根定位鋼筋。

2.2灌注混凝土填充法

溶洞的高度在1.0～3.0m之間，且溶洞為填充或半填充的，則先向拋填片（碎）石、砂混合物和注水泥漿，然后用小沖程沖擊片石擠壓到溶洞邊形成泥漿碎石外護壁，水泥砂漿將片石空隙初步堵塞后，停止沖擊，24小時后，待水泥的強度達到2.5MPa后，再繼續沖擊，穿過溶洞。

2.3套放大小鋼護筒法

2.3.1、溶洞高在3.0

2.3.2、溶洞高大于5.0m（多層），且溶洞間距較大時，擬采用套內護筒法施工，即用內護筒穿過溶洞的方法進行施工。內護筒長度L=h+2m（h為地質超前鉆確定的多層溶洞高）內護筒內徑應比設計樁徑大20cm左右，外徑應小于外護筒內徑5cm左右，若遇第二層溶洞，第二層溶洞的內護筒外徑比上層內護筒內徑小3～5cm，具體處理情況：

（1）內護筒長度的確定護筒長度L=h+2（m）（h為多層溶洞高）；

（2）內護筒內徑的確定

內護筒內徑應大于φ220cm（本設計樁徑為200cm），同時外徑應小于外護筒內徑5cm左右，如果只下一次內護筒（一層溶洞），內護筒內徑選用233cm，壁厚為1cm，則外徑為235cm（主橋外護筒內徑為240cm）。當遇到第二層溶洞時，第二層溶洞的內護筒（即第三次護筒）選用220cm內徑。

2.3.3、外護筒的制作及沉放方法

（1）外護筒的制作

外鋼護筒制作時，先勘察地質質料，根據溶洞的層數確定外鋼護筒的直徑。鋼護筒分節制造，工地拼接。先采用樁錘進行擴孔，鋼護筒采用振動下沉。振動下沉采用振動打拔錘，其振動動力為1600KN以上。鋼護筒下沉時，用兩臺經緯儀在兩個垂直的平面內監測傾斜度，以便隨時調正。護筒下沉至硬土層或巖面后，其傾斜度小于1%。

（2）內護筒的沉放

1）當沖擊穿過溶洞頂部時要反復提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受阻礙，說明頂部已成孔并且是圓滑垂直的，此時用鋼絲繩活扣綁住內護管，用吊機（或沖機自吊）把內護筒放入外護筒內至孔底。到孔底后，內護筒不會靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。此時，GPS-30鉆機重新就位[3]。

2）護筒沉設利用GPS-30鉆機進行，在鉆機的鉆桿上附加壓架，利用鉆機的鉆進壓力和鉆桿、鉆頭的重量，使內護筒隨鉆頭的鉆進而下沉，直到溶洞的底部。

3）護筒下落過程中通過外部專門支架和預埋外護筒之間的卡具控制，并用經緯儀輔助控制垂直度。

（4）內、外護筒間空隙及內護筒與溶洞底部間空隙的處理

1）在內護筒底部及頂部100cm范圍內回填砂、碎石，中部回填中砂。

2）用高壓噴射灌漿法（施噴法）對回填體進行灌漿處理。灌漿后，內護筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結，固結強度要求達到30mpa，其抗滲系數可達10-7m/s。灌漿處理后，即可重新沖孔。

3）在內護筒頂部及底部100cm范圍內回填小碎石素水泥混凝土，內護筒中部回填砂，同樣能起到堵塞空隙的目的。

4）對于需要處理多層溶洞的樁基，一般仍采用上述灌漿法填充固結空隙進行施工。目的是為了增加溶洞底部（同時有可能是下層溶洞的頂部）附近填充物的密度和強度，并且增加內、外護筒間的膠合力。

5）重新沖鉆，直至嵌入完整基巖。當符合設計及規范要求時，經監理工程師同意即可終孔，此樁即成孔。成孔后的工序工藝與常規相同，并不贅述。

三、結束語

中國南方航空大廈工程溶洞地區沖擊鉆成孔灌注樁施工已完成，共計316根，在施工過程中依據溶洞深度分別采用拋填法、灌注混凝土填充法、套放大小鋼護筒法，滿足了施工工期要求和施工成本要求，取得了良好的效果。從施工經驗來看，溶洞深度和發育狀況，是決定施工方法的決定性因素。在溶洞地區沖擊鉆成孔灌注樁施工時，應根據現場實際情況，采取合適的施工方法，方能取得安全、經濟、優質的效果[4]。

【參考文獻】

[1] 畢樹峰.巖溶區高速鐵路樁基礎施工溶洞處理技術研究[J].中外公路，2014，34（05）：200-202.

[2] 艾發俊.高速特大橋巖溶區樁基礎覆蓋層坍塌灌漿加固施工技術[J].中華建設，2015（04）：146-147.

[3] 張震.淺談溶巖地區鉆孔灌注樁成孔施工技術[J].中國建材科技，2014（S2）：176-177.

[4] 程文才.廣珠鐵路巖溶地區橋梁樁基礎施工技術[J].鐵道勘察，2012，38（04）：81-84.