巖溶場地內(nèi)旋挖樁施工控制要點研究

□ 徐麗麗 韋 捷

廣西壯族自治區(qū)桂林市是桂湘黔粵交界區(qū)域中心城市，屬于亞熱帶濕潤季風氣候型溶蝕侵蝕區(qū)，是典型的喀斯特巖溶地貌[1]。場地地基的喀斯特地貌特征主要包括地表存在溶溝、喀斯特漏斗、土洞、溶蝕洼地、地下有溶洞與地下河、暗湖等，給道路、橋梁及高層建筑的地基處理帶來挑戰(zhàn)。前人或圍繞旋挖成孔中溶洞的處理方法，或圍繞巖溶地區(qū)旋挖樁施工操作要點，或圍繞旋挖樁施工常見問題進行各自探討。包長泰[2]以南寧申龍新能源汽車生產(chǎn)項目的樁基施工為例，總結(jié)不同的溶洞處理方法；湯偉等[3]研究了在規(guī)范要求的樁端影響范圍內(nèi)灌注C30微膨脹水泥漿處理串珠洞的方法；賓善標[4]則通過對地下水位較高的溶洞無法成孔進行分析，研究“水泥漿—硅酸鈉”雙液注漿的工藝原理及材料制備，揭示其處理地下水位高的溶洞的有效性和經(jīng)濟性；劉城[5]通過分析膨潤土泥漿的物理性能和作用原理，并結(jié)合工程案例，研究不同配比的泥漿性能，揭示膨潤土泥漿在巖溶區(qū)旋挖樁施工工藝中的應用效果；王迎軍[6]對在巖溶地區(qū)旋挖樁的鉆孔成孔要點進行了高度概括和總結(jié)；王家全[7]通過對巖溶區(qū)旋挖樁施工質(zhì)量進行分析，研究巖溶地質(zhì)條件下旋挖樁的施工工藝改進，并結(jié)合巖溶場地不同旋挖成孔施工工藝下基樁質(zhì)量的差異對比，揭示了旋挖控制工藝是影響巖溶地區(qū)旋挖灌注樁成樁質(zhì)量的主要因素。本文以桂林市某旋挖樁工程為研究對象，結(jié)合前人的研究成果，分析闡述巖溶場地內(nèi)，旋挖樁遇溶洞鉆進的施工控制要點。

1 項目概況

1.1 工程概況

桂林某商品住宅項目位于桂林市靈川縣大圩鎮(zhèn)X113縣道旁，設計樓高14層，部分地段設地下室一層，采用框架結(jié)構(gòu)，該建筑物基礎設計選用樁基礎，樁基礎安全等級為二級，樁直徑采用1200mm、1400mm、1600mm、1800mm，以較完整石灰?guī)r作為樁端持力層，設計選用旋挖成孔灌注樁，樁身混凝土為C30。

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)地勘報告及區(qū)域施工經(jīng)驗，場地位于碳酸鹽巖溶發(fā)育強烈區(qū)，淺層地下溶洞及溶蝕裂隙強烈發(fā)育，場地內(nèi)地下水位位于巖土界面以上，且豐富活躍，具備形成土洞和巖溶塌陷的條件。場地鉆探所揭露溶洞大部分卵礫石、砂及黏性土充填，基巖面普遍埋深較淺，局部較深，淺層巖溶強烈發(fā)育，屬典型的喀斯特地貌特征。

2 項目施工難點分析及防治措施

2.1 溶洞壁硬度高，旋挖樁施工鉆進困難

（1）難點：在整個樁基工程中，大于4m的溶洞率高達56%，最高的溶洞有13.6m，并且場地內(nèi)地下水位高，旋挖成孔較為不利的因素主要有半邊巖及溶洞，個別需要穿過兩個溶洞以及溶洞中間厚達6m的較完整灰?guī)r。溶洞壁、串珠溶洞中間層的灰?guī)r硬度高，極易引起旋挖樁鉆錐跳動，一旦鉆進速度控制不當，鉆桿擺動，導致鉆錐偏斜，施工質(zhì)量難以保證。

（2）采取措施：在鉆進溶洞、半邊巖、孤石或進入灰?guī)r層時，提前預判，選擇低擋慢速鉆進，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速參數(shù)取值為13v/min～40v/min。為防止在遇較硬巖層時發(fā)生卡鉆、偏斜等事故，在距離溶洞頂板0.5m處采用研磨鉆進的方法穿越溶洞[3]。串珠溶洞間隔中的較完整灰?guī)r因厚度不足需要穿越，可通過采用研磨慢速鉆進方式，取得較好效果。鉆孔施工過程中如遇糾偏、塌孔無法持續(xù)成孔，可采用孔內(nèi)回填低標號混凝土，從塌（偏）孔部位的底部，回填至未發(fā)生塌（偏）孔區(qū)段的臨界面或以上，待回填的低標號混凝土達到終凝后再進行二次成孔。

2.2 溶洞內(nèi)充填卵石層，易導致孔壁塌落

（1）難點：根據(jù)超前鉆地勘資料，顯示部分溶洞內(nèi)充填卵石、粗砂層，而卵石、粗砂層黏性不足，普通的泥漿護壁極易塌落，樁身范圍內(nèi)圓礫、中粗砂層的孔壁塌落、清底工作極其重要。

（2）采取措施：對于樁身范圍內(nèi)圓礫、中粗砂層，采用振動錘打入長鋼套筒穿越易塌地層，直至巖面，并對清底斗進行清孔作業(yè)。首先通過定位的控制樁放樣，把鉆孔位置標于坑底，鉆尖對準樁位中心，鉆機旋挖至一定深度取出土（巖）后下放護筒；再把護筒吊放進坑內(nèi)，找出護筒的圓心位置，用十字線在護筒頂部或底部，移動護筒使護筒中心與鉆孔中心位置重合，同時用水平尺或垂球檢查，保證護筒豎直。此后在護筒周圍對稱、均勻回填最佳含水量的黏土，需分層夯實，以達到最佳密實度，夯填時要防止護筒偏斜。待樁成孔澆筑完畢，采用振動錘拔出鋼套筒，可循環(huán)使用，如圖1所示。

圖1 振動錘打拔長護筒：鋼護筒全斷面跟進

2.3 過大溶洞易致樁身偏斜，孔底沉渣過多

（1）難點：溶洞過大，一方面旋挖鉆進容易偏斜，導致樁身傾斜，另一方面孔底沉渣過多，不易控制。

（2）處理措施：樁身范圍內(nèi)單層溶洞不超過2m高度的樁，采用定位護筒，且控制護筒頂部高出地面0.3m左右，埋深2m～3m；而對于樁身范圍內(nèi)單層溶洞超過2m高度且溶洞貫通范圍較大的樁，應用鋼套筒全程跟進避免偏斜，邊鉆邊接，穿越溶洞內(nèi)易塌地層，直至設計基巖面。當鉆進設計要求的入巖深度后，利用專業(yè)清底鉆頭進行清底，同時專人測量樁深度，待清底完成后，立即安放鋼筋籠，澆筑樁身混凝土。

2.4 露天溶洞附近區(qū)域承載力低，機械進場困難

（1）難點：對于尺寸較大的露天溶洞，當溶洞表面周邊分布的巖石為破碎帶巖層時，其承載力較差，而一般的旋挖鉆機整機作業(yè)狀態(tài)重量約為128t，露天溶洞對機械作業(yè)和人員活動造成威脅。

（2）處理措施：為保證旋挖鉆機及施工人員的安全，施工前對露天溶洞回填物料，可利用低標號水下混凝土結(jié)合少量片石回填，直至溶洞表面填充完整，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實穩(wěn)定。待所填混凝土達到終凝后，再開展樁基施工。如本工程場地內(nèi)有一處露天溶洞，初步測量其尺寸為：長6m×寬6m，深度為2m～4m，經(jīng)測量放樣，發(fā)現(xiàn)露天溶洞的范圍內(nèi)有一根獨立基礎樁，該樁未做超前鉆，所揭露的溶洞為空洞，溶洞表面周邊分布的巖石為破碎帶巖層，承載力較差，通過回填低標號混凝土，再行施工，效果良好。

2.5 地下水豐富，泥漿護壁難控制

（1）難點：巖溶區(qū)域地下水豐富，暗河、暗溝交錯，而旋挖樁的護壁有賴于質(zhì)量好、黏度高的泥漿，因此巖溶場地旋挖樁泥漿的制備和指標控制要采取一定措施。

（2）處理措施：在鉆進過程中及時查看地下水情況，根據(jù)水量及時調(diào)整泥漿黏度，利用地層黏工心中有數(shù)土自然造漿，也可采用化合物泥漿[5]或膨潤土泥漿[2]。自然泥漿性能指標見表1，當其稠度不能滿足要求時，選擇膨潤土造漿，確保稠度，同時派專人隨時查看孔壁，及時調(diào)整，保證不塌孔、不縮孔。樁孔施工采用一次性全面不間斷作業(yè)，施工中根據(jù)出渣情況判斷土層結(jié)構(gòu)，及時合理調(diào)整泥漿性能指標，遇松散地層時適當增大泥漿相對密度和黏度，盡量減輕沖液對孔壁的影響，同時降低轉(zhuǎn)速和鉆壓以滿足施工質(zhì)量控制要求。

表1 泥漿性能指標

2.6 溶洞分布廣而雜，導致施工工藝復雜

旋挖控制工藝是影響巖溶地區(qū)旋挖灌注樁成樁質(zhì)量的主要因素[6]。一是選擇有巖溶地區(qū)挖樁經(jīng)驗以及責任心強的施工隊伍，編制更具有針對性的施工方案，做好施工工藝培訓和安全教育，對巖溶場地地勘資料及超前鉆資料進行深入研究，提前判斷溶洞情況，調(diào)配更合適的旋挖樁機及鉆頭，做到對整個旋挖樁施工心中有數(shù)。二是在施工中對溶洞區(qū)域鉆孔內(nèi)的水頭高度，密切關(guān)注鉆孔排渣、提錐除土以及鉆機的運行數(shù)據(jù)，做到能預測問題、及時排查和解決問題；非溶洞區(qū)的泥漿相對密度和黏度，也要保證觀察和檢測，因故停鉆時，應保持孔內(nèi)具有規(guī)定的水位和要求的泥漿性能指標，以防塌孔。三是溶洞處的鉆孔作業(yè)應提前預判，開始后應分班連續(xù)進行，同時做好交接，確保不會盲目鉆進；通過排渣隨時注意土層變化情況，在土層變化處撈取渣樣，進行地勘圖紙與實際的對比，若有重大出入，應及時調(diào)整措施，保證施工質(zhì)量。四是操作人員升降鉆錐應平穩(wěn)，切忌晃動，鉆錐出井口時，做好保護防止碰撞護筒、孔壁，同時防止鉤掛護筒底部，迅速拆裝鉆桿。

3 結(jié)論

廣西的喀斯特地貌分布范圍較廣，而絕大多數(shù)巖溶對工程地基影響較大，適合巖溶地區(qū)的樁基形式主要是灌注樁[1]，而旋挖灌注樁因高效、環(huán)保等優(yōu)點，在巖溶地區(qū)的樁基應用中也越來越多。但遇溶洞的施工技術(shù)、成孔質(zhì)量控制與普通地基不一樣，施工單位應結(jié)合超前鉆資料，編制更具有針對性的巖溶地區(qū)旋挖樁施工方案、質(zhì)量控制措施及事故預防措施，發(fā)揮旋挖樁的技術(shù)優(yōu)勢，克服巖溶影響，為工程項目的順利實施打下良好基礎。