巖溶地區大直徑沖孔樁的施工技術要點

蔡廣東 朱玉環

1福建省第五建筑工程公司（362000） 2廣東溢豐環保集團股份有限公司（523000）

溶洞或溶隙對工程樁基施工和成樁質量有重大影響，因此，在巖溶區域工程施工過程中，需要對溶洞或溶隙進行重點處理。

1 工程概況

該項目位于廣東省廣州市花都區，項目規劃用地面積為45000m2，總建筑面積155465m2，擬建建筑包括一期3棟30層住宅（高度99.2m）、和二期5棟31層酒店（高度99.9m）及裙房，其中地下室為2層結構。擬采用沖擊成孔灌注樁，樁徑為800、1200、1400共3種規格。根據超前鉆地勘報告顯示，大部分溶洞以單個形式存在，局部以成片貫通形式存在，其中3號樓核心筒及周邊溶洞就以成片貫通形式存在。

2 場地地層

在該場區勘察深度范圍內，依其結構、性質特征、成因、時代和風化程度，將場地內巖土層從上至下分為4個工程地質層，地基土主要有：填土層（Qml）、沖 積層（Qal）、殘積層（Qel）、第 三紀 基 巖（E）。其中第三紀基巖（E）從上至下又分為溶洞層、強風化層、中風化層、微風化層。設計選擇以連續完整微風化層基巖作為樁端持力層。

根據地勘報告顯示，場地內溶洞局部存在漏水現象，部分溶洞砂石充填，其中有18個鉆探孔揭露為雙層發育，層厚度 0.20～12.20m，層頂埋深10.10～31.70m，平均5.17m，屬于大型溶洞。

3 溶洞對樁基施工的影響

該項目溶洞分布表現為單孔體積大、分布范圍廣、局部集中等特點，針對溶洞發育情況的模擬結果，計算出溶洞體積達到1600m3，3號樓區域及周邊成片溶洞占地面積達到3200m2，對樁基施工造成重大不利影響。

樁基沖孔過程中，如遇到溶洞嚴重漏水，會導致泥漿液面迅速下降，低于鋼護筒底標高，從而造成嚴重塌孔、地面塌陷甚至埋鉆的事故發生。

1200mm和1400mm的大直徑樁錘重量超過6t，如遇到無填充或半填充溶洞，在擊穿溶洞頂巖層時，重錘會自由下落，造成卡鉆甚至樁機失穩，對施工人員的生命安全造成傷害。

成片貫通的溶洞區域內，不同樁機施工時會出現嚴重的塌孔和串孔現象，造成樁基施工安全和成樁質量的問題。

溶洞區域采用回填處理后樁身夾渣量會顯著增加，水下混凝土澆筑時也會出現漏漿的情況，對成樁質量造成影響。

水下混凝土澆筑時，如果因為溶洞回填后側壁強度不夠，而混凝土產生的側壓力和沖擊力比泥漿產生的側壓力大，會導致溶洞護壁坍塌，混凝土流失，造成斷樁等問題[1]。

4 溶洞處理方案比選

4.1 壓力注漿預固結處理

壓力注漿預固結處理方法一般適用于全填充的溶洞及高度不大于1.5m的無填充或半填充溶洞。壓力注漿的目的主要是為了加固工程樁周邊溶洞范圍內的填充物，形成承載力較大的垂直帷幕，防止沖孔樁在施工過程中發生泥漿流失及塌孔的情況，保證了施工過程的安全性，也能保證水下混凝土的施工質量。對于成片溶洞區域，水泥漿用量會明顯增加，且注漿方量無法預估，成本并不可控。

4.2 全程鋼護筒跟進處理

全程鋼護筒跟進處理方法一般適用于溶洞高度大于5m的大溶洞及高度大于1.5m的無填充或半填充溶洞。全程鋼護筒的目的主要是為了防止樁孔在沖孔及混凝土澆筑過程中漏漿或坍塌，保證成樁質量。因為全程內護筒在混凝土澆筑完成后不能拔出，且對機械要求較高，故造價相對較高，一般橋梁、高速公路工程應用較多[2]。

4.3 片石加黃泥填充處理

片石加黃泥填充是較常規的溶洞處理方法，一般適用于單個及規模較小的溶洞，或作為其他溶洞處理方法的補充措施。片石加黃泥填充的目的主要是沖擠密實樁孔周邊的溶洞區域，形成較強的壩體，為后續樁基施工創造條件。一般片石比例占70%，片石宜采用強度較大的花崗巖，粒徑以20～60 cm為宜。黃泥采用袋裝，方便沉入孔底，與片石充分融合，減小材料損耗。采用正常成孔方法施工，當樁錘擊穿溶洞時，反復投入片石和黃泥，填充高度為溶洞頂板以上約5m，利用重錘沖擊將片石和黃泥擠入溶洞區域，達到增強護壁的效果。如片石和黃泥反復填充后泥漿液面仍有下降，可摻入適量水泥和方木，增加混合料的黏聚力和強度[3]。

考慮到本項目場地內設備及工期的情況，從經濟性和便捷性的角度出發，選擇片石加黃泥填充的方法對溶洞進行處理。

5 溶洞處理的施工技術和管控措施

對于單個及規模較小的溶洞，可按常規成孔后填充片石和黃泥。針對3號樓核心筒及周邊成片溶洞，為了保證核心筒的大直徑灌注樁的成樁質量，需采取以下措施：

5.1 做好充分的施工前準備

對每根樁基位置的溶洞情況進行標記，對施工班組及操作手進行技術和安全交底，現場準備足夠的片石和黃泥材料，設置好泥漿池并配好泥漿，控制泥漿比重在1.1～1.15、泥漿黏稠度在20s左右，檢查鋼護筒長度及壁厚，確保沒有變形，對所有施工機械進行檢查和保養。

5.2 合理布置施工順序

從核心筒外圍往中心跳倉施工，這樣可以降低外圍樁基施工的風險，有效減小溶洞區的空腔體積，并且已完成的工程樁可以形成較強的壩體，避免沖孔過程中串孔和塌孔的問題。

5.3 加強施工技術和管控

樁機就位后，安排專人指揮對機底枕木填實，保證沖孔樁機的穩定性，避免偏鉆。常規鋼護筒就位，確保護筒中心與灌注樁中心一致。沖孔至溶洞頂50cm時，采用小沖程沖孔，每次重錘提起高度控制在1m左右。在擊穿溶洞頂時能及時拉住鐵鏈，避免重錘自由下落造成事故發生。如遇護筒內泥漿液面下降，迅速用大功率泥漿泵補漿補水，并提起重錘，反復按比例投入片石、黃泥進行大沖程沖擊，直至樁基周邊溶洞填實。沖孔完成后進行二次清孔，檢查沉渣厚度滿足規范要求后方可進行混凝土澆筑。溶洞區只要有一根樁開始清孔澆筑混凝土，其他樁機就必須停止沖孔，避免因為串孔擾動造成正在澆筑的樁出現縮徑或斷樁[4]。

5.4 安全及應急措施

溶洞區樁基施工過程中，周邊5m范圍需用警戒線分隔，并安排安全員負責此范圍內的安全監視，禁止非施工人員進入。在樁機沖孔過程中，需密切監視孔內情況及樁機的位置及傾斜情況，一旦發現嚴重塌孔或者樁機位置變化較大甚至樁機出現明顯傾斜，馬上停止沖孔，同時疏散施工人員。待項目部聯合業主、監理、設計及勘察等五方單位召開專項會議討論解決措施后，方可繼續進行樁基施工。

6 實際施工效果

本項目對3號樓的灌注樁按上述方法及措施進行溶洞處理施工，未發生泥漿液面迅速下降導致塌孔卡鉆的情況，也未出現地面明顯塌陷的情況。打樁過程中，樁基也未出現較大晃動或失穩的情況。大直徑樁的充盈系數均在1.17～1.31，未發生混凝土明顯流失的情況。二次情況的泥漿比重在1.10～1.12，說明沉渣量控制在合理范圍。溶洞處理的時間相對較短，整體工期較快。片石、黃泥的回填量經過監理和業主的現場確認，成本可控且無分歧。

7 結語

該工程的溶洞采用片石加黃泥的處理方式，經濟性和便捷性較高，施工工期較快。大直徑的沖孔樁通過加強施工技術和管控措施，可以有效降低施工風險，提高工程樁基施工質量，取得比較好的施工效果。