巖溶發(fā)育區(qū)深長灌注樁施工技術(shù)研究

廖瑞奇

摘 要：本文在系統(tǒng)分析巖溶發(fā)育區(qū)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(yīng)對措施基礎(chǔ)上，結(jié)合廣東省肇慶市某房地產(chǎn)項(xiàng)目樁基施工實(shí)際，提出了樁孔位超前鉆探、邊施工邊溶洞處理的巖溶區(qū)深長灌注樁關(guān)鍵施工技術(shù)與工藝，確保了樁基礎(chǔ)成樁質(zhì)量，為同類工程擴(kuò)大了參考樣本。

關(guān)鍵詞：巖溶;樁基;沖孔灌注樁;施工技術(shù)

中圖分類號：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱[1]。巖溶在我國大部分地區(qū)均有分布，其中尤以廣西、貴州、云南和廣東部分地區(qū)分布廣泛。由于巖溶地層存在許多臨空面，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，在巖溶發(fā)育地區(qū)進(jìn)行地下工程施工難度巨大。

針對巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)樁基施工技術(shù)研究國內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)報(bào)道[2-3]。針對巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁樁基施工中遇到的問題，提出了相應(yīng)處置措施，確保了樁基礎(chǔ)成樁質(zhì)量[4]。從施工進(jìn)度、質(zhì)量、成本及安全文明施工不同角度出發(fā)，對比分析了巖溶地區(qū)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(fā)育情況進(jìn)行指導(dǎo)樁基施工的工程案例[6]。結(jié)合工程實(shí)例，介紹了強(qiáng)發(fā)育巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)全套管全回轉(zhuǎn)施工技術(shù)，實(shí)踐表明該施工方法安全高效、社會和經(jīng)濟(jì)效益顯著[7]。針對滬昆客運(yùn)專線橋梁深樁基礎(chǔ)在巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū)中的難題，從技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、成樁效率等方面進(jìn)行了綜合分析，并創(chuàng)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(qū)灌注樁成樁質(zhì)量的管波檢測新方法，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證了管波技術(shù)在巖溶發(fā)育區(qū)橋梁樁基檢測中的可行性。

通過上述分析可知，巖溶地區(qū)樁基施工在橋梁工程中多見，溶洞處理技術(shù)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(xiàn)報(bào)道較少，相關(guān)工程參考樣本偏少。由此，本文基于某房產(chǎn)小區(qū)工程實(shí)踐，對巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)深長沖孔灌注樁施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)分析，重點(diǎn)闡述復(fù)雜溶洞的處理與巖溶地層沖孔灌注成樁的施工關(guān)鍵技術(shù)，以供同類工程參考。

1 工程概況

本工程項(xiàng)目位于廣東省肇慶市，項(xiàng)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(yè)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(chǔ)、剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.1 場地巖土層分布特征

根據(jù)巖土工程勘察結(jié)果，按巖土層成因類型和巖土性質(zhì)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?guī)r（C）。各巖土層還可進(jìn)一步細(xì)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(xù)但透水性較強(qiáng);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(lián)系，一般位于較深部位，總體上以強(qiáng)透水為主;其它粉質(zhì)粘土層均為相對隔水層。

場地大氣降水和側(cè)向徑流是區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源，地下水位隨季節(jié)變化。據(jù)區(qū)域水文資料，該地區(qū)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(qiáng)。

1.3 場地工程地質(zhì)評價與基礎(chǔ)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(zhì)條件評價為一般至較差，需采用適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)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(diǎn)、經(jīng)濟(jì)性及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，本工程基礎(chǔ)類型最終選定沖孔灌注樁型式，以微風(fēng)化灰?guī)r作樁端持力層。

本工程設(shè)計(jì)樁數(shù)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(shí)際施工中由于工程地質(zhì)復(fù)雜，溶洞裂隙發(fā)育，實(shí)際見洞率高達(dá)64%，溶洞呈串珠狀分布，最大洞高達(dá)19.5m，實(shí)際施工樁長約為20m～100m，部分區(qū)域存在60m～100.71m深樁48根，施工難度大。

2 巖溶區(qū)沖孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 沖孔樁成孔工藝

沖樁機(jī)成孔工藝是用沖擊式鉆機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)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(jìn)尺方法。沖進(jìn)時，用鉆機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)帶動沖擊錘，上下往復(fù)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(huán)系統(tǒng)將鉆渣排出孔外。本工程針對不同地層調(diào)整了沖孔施工參數(shù)以更優(yōu)質(zhì)高效地完成施工任務(wù)，不同地層的沖孔施工參數(shù)如表2所示。

2.2 巖溶地層灌注樁成孔事故與應(yīng)對措施

由于本工程地質(zhì)條件復(fù)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(yīng)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(fā)生漏漿現(xiàn)象。處理辦法可先投放泥球，及時補(bǔ)漿，在孔內(nèi)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(hù)孔壁穩(wěn)定。漏失停止后，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

2.2.2 卡錘、難以沖進(jìn)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(yán)重，用鋼絲繩將沖錘強(qiáng)拉提起。如果沖錘被卡十分嚴(yán)重，強(qiáng)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(dǎo)致的偏樁的處理

在施工中由土層進(jìn)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(xiàn)斜巖導(dǎo)致偏樁的現(xiàn)象，解決辦法為：（1）根據(jù)超前鉆結(jié)果，充分了解地質(zhì)資料，沖進(jìn)過程中根據(jù)鋼絲繩的偏移情況在第一時間發(fā)現(xiàn)偏樁現(xiàn)象，及早處理，若發(fā)現(xiàn)過遲，處理難度加大;（2）現(xiàn)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(guān)注鋼絲繩的垂直度及變化情況，發(fā)現(xiàn)偏樁立即回填塊石至開始發(fā)生傾斜位置高出50cm～100cm后重新沖進(jìn)校正，反復(fù)進(jìn)行，直至正常為止。

2.2.4 成孔過程中塌孔的處理

因場地內(nèi)土層較厚，在樁機(jī)成孔施工過程中可能出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，解決辦法為：（1）詳細(xì)閱讀超前鉆報(bào)告，了解地層條件，對存在砂層的樁孔，在成孔過程中適當(dāng)調(diào)大泥漿比重。（2）成孔過程中如遇塌孔，應(yīng)立即停止施工，回填塊石夾粘土加大泥漿比重，并反復(fù)沖擊照壁沖進(jìn)。

2.3 巖溶地層水下砼灌注事故與應(yīng)對措施

在水下灌注砼過程中，如出現(xiàn)事故應(yīng)分析原因，采取合理的技術(shù)措施，及時設(shè)法補(bǔ)救，不宜輕易廢棄或中止灌注。

2.3.1 導(dǎo)管進(jìn)泥漿

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

預(yù)防及處理方法：（1）由上述第一種原因引起的，應(yīng)立即將導(dǎo)管提出，將孔底砼沉淀物用反循環(huán)清除。重新下導(dǎo)管并準(zhǔn)備足夠儲量的首批砼重新灌注。灌注之前必須進(jìn)行首批砼量計(jì)算，導(dǎo)管底口距孔底間距設(shè)置0.3m～0.5m。（2）若為第二種原因引起的，應(yīng)拔換導(dǎo)管，采用二次剪球法處理，在第二次灌漿時，當(dāng)預(yù)制砼球塞（即隔水栓）下落至原砼面時，導(dǎo)管立即插入原砼內(nèi)有足夠深度。（3）第三種原因引起的，用原導(dǎo)管進(jìn)行二次剪球處理，方法同上。若砼面在泥漿面下不深的護(hù)筒內(nèi)，可將護(hù)筒內(nèi)泥漿抽干，將浮漿清除，再在護(hù)筒內(nèi)灌注砼至設(shè)計(jì)標(biāo)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(dǎo)管內(nèi)隔水栓或砼，或抖動導(dǎo)管，使隔水栓或砼下落，如仍不下落時，將導(dǎo)管提出清洗，然后重新吊裝，重新灌注。

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

2.3.3 坍孔

在灌注過程中如發(fā)現(xiàn)鉆孔護(hù)筒內(nèi)水位忽然上升后又隨即驟降并冒出氣泡，應(yīng)懷疑坍孔現(xiàn)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(shí)為坍孔。發(fā)生坍孔后，應(yīng)及時查明原因，并采取相應(yīng)措施，保持加大水頭，防止繼續(xù)坍孔。如不嚴(yán)重，并不繼續(xù)坍孔，可恢復(fù)正常灌注，砼埋深盡量大一些，將坍孔泥砂擠出。如坍孔嚴(yán)重，并仍不停止，應(yīng)立即中止灌注，將導(dǎo)管拔出，用粘土回填，待坍塌穩(wěn)定后，再商定處理方案。

2.3.4 埋管

主要原因：導(dǎo)管埋深過深，或提管過猛，導(dǎo)管拉斷。預(yù)防方法：嚴(yán)格控制導(dǎo)管埋深不得超過6.0m，導(dǎo)管接頭螺栓事先檢查是否穩(wěn)妥，提升導(dǎo)管不能過猛。若埋管事故已發(fā)生，視情況作出處理。砼面距樁頂不深時，可將原護(hù)筒接長，將護(hù)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(nèi)溶洞分布較多，在砼灌注過程中極易出現(xiàn)砼超方現(xiàn)象。預(yù)防及處理方法為：（1）根據(jù)樁超前鉆報(bào)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(jìn)行處理。（2）灌注過程中時刻監(jiān)測孔內(nèi)砼面高度，一旦發(fā)現(xiàn)砼面上升緩慢，出現(xiàn)超方現(xiàn)象，應(yīng)及時通知砼攪拌站增加砼供應(yīng)量，保證砼灌注完成。

2.3.6 砼灌注時導(dǎo)管底脫出砼面

在溶洞發(fā)育地層極易出現(xiàn)砼灌注過程中，當(dāng)砼面達(dá)到一定高度后，砼的壓力導(dǎo)致泥漿護(hù)壁破裂，砼進(jìn)入溶洞，砼面下降，在埋管過小的情況下會導(dǎo)致砼面下降至導(dǎo)管以下，而出現(xiàn)斷樁、廢樁的情況。因此，在溶洞發(fā)發(fā)育地區(qū)，應(yīng)加大埋管深度，確保不出現(xiàn)此類情況。

2.4 溶洞處理關(guān)鍵技術(shù)

溶洞處理分為樁基礎(chǔ)施工前溶洞的預(yù)先處理和樁基礎(chǔ)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(fā)現(xiàn)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(jìn)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(biāo)號砼與袖閥管注漿相結(jié)合的處理方法;（4）施工過程中發(fā)現(xiàn)的溶洞采用施工中處理的方式進(jìn)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(jìn)行，具體為：在超前鉆階段發(fā)現(xiàn)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(chǔ)施工中發(fā)現(xiàn)溶洞漏漿后，采用片石、粘土、黃泥投入樁孔內(nèi)通過沖錘的壓力來充填樁側(cè)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(yīng)及時移開樁機(jī)，進(jìn)行袖閥管注漿處理。

3 現(xiàn)場實(shí)施效果評價

本工程對所有樁孔地層進(jìn)行了超前鉆揭示，實(shí)際揭露場地見洞率高達(dá)64%，溶洞呈串珠狀分布，最大洞高達(dá)19.5m，這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出場地詳勘結(jié)果。但基于上述巖溶區(qū)沖孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)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(dá)100.71m，且所有樁基不同深度位置灌注砼分散系數(shù)均大于1.0，如圖2所示。基于本施工技術(shù)完成的所有樁基礎(chǔ)在檢測中全部合格，無III、IV類樁出現(xiàn)。

4 結(jié)語

（1）巖溶發(fā)育區(qū)由于地質(zhì)情況復(fù)雜對樁基施工提出了新的要求，通過本工程實(shí)踐表明沖孔灌注樁是巖溶地區(qū)高層建筑基礎(chǔ)的一種經(jīng)濟(jì)合理型選項(xiàng)。（2）巖溶發(fā)育區(qū)沖孔灌注樁施工應(yīng)關(guān)注成孔和砼灌注兩方面的質(zhì)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(yīng)對解決關(guān)鍵辦法，并實(shí)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(guān)鍵施工技術(shù)，本文結(jié)合工程實(shí)踐表明該技術(shù)與邊施工邊溶洞處理工藝實(shí)施效果良好，為后續(xù)類似巖溶發(fā)育區(qū)深長灌注樁施工提供了參考。

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