旋噴固結串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術

郭 璐，羅平南，周伏萍

(江西省地質工程(集團)公司(贛中南地質礦產勘查研究院)，江西 南昌 330029)

0 引言

石灰巖地層巖溶發育較為充分，因此在樁基施工的過程中經常遭遇溶洞。通過超前鉆探明溶洞的性質，需要對溶洞采取特別措施以滿足樁基施工的要求。現有技術中在溶洞地區施工時，主要是采用鋼護筒進行隔離或者采用水泥漿進行封堵。而對于串珠溶洞，該類溶洞埋置比較深，鋼護筒無法到達，并且該類溶洞中存在大量淤泥質充填物，采用壓密注漿處理后難以形成固結體，在成孔過程中易出現坍塌現象，由于是串珠狀溶洞壓密注漿后無法控制走向，在沒有樁基的區域也需要水泥漿填充，壓密注漿從下填充滿后才向上填充，這樣施工形成大量水泥漿浪費。為了克服現有技術的缺陷，采用旋噴固結串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術，較好地解決了溶洞地區施工難題[1-2]。

1 工程概況

1.1 項目概況

工程位于贛州市南康區，贛南大道南側，產業大道以西，工業大道以東。本工程地質情況自上而下分為：第①雜填土，主要由耕植土、腐殖土、黏性土組成；第②層黏土，濕，可塑；第③層全風化粉質粉砂巖，巖石結構破壞，局部分布；第④層為強風化泥質粉砂巖，裂隙較為發育，巖石結構基本破壞，遇水崩解；第⑤-1層為中風化石灰巖，超前鉆判斷似串珠夾層，串珠溶洞，隱晶質結構，風化裂隙發育，溶洞以黏性土填充為主，呈軟塑狀，該層大部分區域缺失；第⑥-1層為中風化石灰巖，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰巖角礫，呈軟塑狀；第⑥-2層為中風化石灰巖，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰巖角礫，呈軟塑狀；第⑦層中風化石灰巖，隱晶質結構，灰黑，取芯率75%以上；各層在本區域內互有缺失；樁基礎設計為旋挖灌注樁，樁端進入中風化巖層不宜小于1倍樁徑。孔深設計深度暫定18 m，同時以入中風化粉質砂巖2倍樁徑深度為終孔條件，因遇到溶洞，實際孔深主要為26 m～38 m，少數孔深達45 m以上，多為部分15 m。工程總量24 600 m3。

1.2 溶洞情況

地質報告顯示單個溶洞洞高大部分1.2 m～8.8 m，個別溶洞洞高達15 m；溶洞底部埋深15 m～46.5 m，一般埋深23 m左右。其中，多見到3個～5個大小不等的溶洞豎向串珠分布，串珠溶洞之間隔層堅硬，為隱晶質灰巖殘留，一般厚度1 m左右，無法判斷是否存在橫向串通；鉆進過程顯示，全場溶洞都為封閉式有滿填充溶洞，取出的溶洞填充物為膠體狀濃泥漿，比重1.46～1.51。

2 工藝原理

旋噴固結串珠狀溶洞旋挖成樁施工工法是通過高壓旋噴樁在串珠狀溶洞中有限區域把溶洞內淤泥質充填物施工成水泥固結成柱狀體，然后在成孔過程中采用高比重泥漿護壁的方式達到成孔不坍塌確保樁身孔壁完整性滿足設計要求的施工工藝。

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程：施工準備→放線定位→高壓旋噴鉆機就位→鉆進引孔至最底溶洞→高壓旋噴注漿→水泥固結體養護→旋挖成孔→鋼筋籠下放安裝→混凝土灌注。

2.2 關鍵工序操作要點

2.2.1 鉆進引孔

旋噴樁樁位放好并經復核合格后，用履帶式接桿式鉆機成孔，鉆頭直徑75 mm，每節鉆桿長度1.5 m，根據超前鉆孔探測溶洞底部深度，鉆進至該溶洞底部以下20 cm即停止鉆進。

2.2.2 高壓旋噴注漿

鉆進過程中配置水泥漿，鉆進達到深度后，高壓旋噴樁機自下而上進行注漿攪拌成樁，在溶洞區域提升速度控制在0.15 m/min之內，非溶洞區域提升速度控制在0.3 m/min，交界處提升速度控制在0.2 m/min,注漿至最上層溶洞頂部以上20 cm停止注漿，全部拔出鉆桿。

2.2.3 水泥固結體養護

高壓旋噴注漿結束后進行封孔固結養護，養護時間不少于7 d。

2.2.4 旋挖成孔

高壓旋噴樁固結體養護完成后，在樁位定位放樣復核合格后進行旋挖成孔，在旋挖成孔過程中，采用高比重泥漿進行護壁，防止孔內坍塌和孔內滲漏現象[3-4]。

2.2.5 鋼筋籠下放安裝

成孔達到樁底標高符合設計要求后，進行鋼筋籠下放安裝，安裝保護塊防止破壞高壓旋噴樁固結體。

2.2.6 混凝土灌注

安裝灌漿導管，二清檢測復核施工要求后立即進行混凝土灌注，混凝土灌注時埋管深度控制在2 m左右和連續均勻灌注。

2.3 主要設備

主要機械設備配套表見表1。

表1 主要機械設備配套表 臺

3 溶洞處理的注意事項

1)上述工藝方法的重點是“高噴固結成柱+高比重穩定液護壁”，應先進行試驗性作業，在試驗和實踐中調整施工參數，總結確定最優的工藝和材料用量，特別是高壓旋噴施工，如果二重管足以形成直徑1 500 mm水泥拌合土柱體，則不用三重管。以及高比重泥漿配比的合理調整，水泥漿的水灰比調整等；在選用二重三重管時，應考慮填充物本身的含水量，在噴射壓力相同情況下，采用二重管；對于小型溶洞，如能直接采用高比重穩定液達到處理效果則不用其他方法；總之針對需要處理的每一個溶洞，參照超前鉆資料，先確定具體方式，但在使用中根據實際情況變化調整。

2)目前所知的三棟樓皆為溶洞地層，樁基施工應采用“跳打”的方式，即完成一根樁，下一根樁的施工應有相當的距離，直到前樁終凝；以保證不因距離太近而導致串孔；與前樁施工距離參考超前鉆報告，以溶洞內不發生串通為宜。與前樁施工的間隔時間以前樁完成終凝為宜。

3)在固結體內鉆進施工，應力求避免機械破壞固結柱體，旋挖鉆進采用“低壓，低轉速”，并且下放鉆頭和提起鉆頭時應輕緩，開鉆前應調節垂直度，保證傾斜度低于0.5%，并且保證鉆頭對中。

4)在高噴或注漿處理完溶洞后，必須等7 d后，固結柱體達到一定強度才能開始樁基施工，施工應按照施工要求，采用高比重泥漿作為穩定液而進行施工。

5)在特殊情況下，需要暫且忽略成本，采取特別處理措施，比如在溶洞高度較大的情況下，已經完成成孔后，考慮到灌注混凝土后溶洞部位承受較大壓力，為防備“脹破”孔壁，可以在該部位放置鋼護筒，護筒壁厚不小于3 mm。

4 質量控制

1)鉆進引孔至最底溶洞質量保證措施：根據超前鉆探明溶洞的深度和鉆桿每節長度進行確定鉆進深度，準備相應數量的鉆桿，每安裝一節鉆桿做好施工記錄，在樁機立桿上做好機余標志，最后一根鉆桿鉆至鉆余刻度時停止鉆進。

2)高壓旋噴注漿質量保證措施：漿液水灰比、漿液比重、每米樁體摻入水泥重量等參數均以現場試樁情況為準。施工現場配備比重計，每天量測漿液比重，嚴格控制水泥用量。灰漿攪拌應均勻，并進行過濾。噴漿過程中漿液應連續攪動，防止水泥沉淀。

3)水泥固結體養護質量保證措施：溶洞以上引孔采用水泥漿進行封堵，防止地表水進入。

4)旋挖成孔質量保證措施。

a.在固結體內鉆進施工，應力求避免機械破壞固結柱體，旋挖鉆進采用“低壓，低轉速”，并且下放鉆頭和提起鉆頭時應輕緩，開鉆前應調節垂直度，保證傾斜度低于0.5%，并且保證鉆頭對中。施工應采用“跳打”的方式，即完成一根樁，下一根樁的施工應有相當的距離，直到前樁終凝，以保證不會因為距離的太近而導致前后兩個樁基造成串孔的問題，在后續樁基施工的過程中，應該與前一個樁的施工距離進行參考超前鉆報告，以溶洞內不發生串通為標準，與前一個樁基的間隔時間為前一個樁基完成終凝的時間為準。

b.高比重穩定液是通過專門造漿材料與水1∶1配比而成，其中專門造漿材料包括膨潤土，CMC,FCl,純堿,PHP,重晶石，鋸末水泥紙漿，專門造漿材料各組分占比為膨潤土10%,CMC 0.01%～0.05%,FCl 0.1%～0.3%,純堿0.5%,PHP 0.003%，鋸末水泥紙漿1%～2%，重晶石用量根據泥漿密度進行調整。

5 施工過程中特殊情況處理

1)噴漿過程應連續均勻，若噴漿過程中出現壓力驟然上升或下降，大量冒漿、串漿等異常情況時，應及時提鉆出地表排除故障后，復噴接樁時應加深0.5 m重復噴射接樁，防止出現斷樁。

2)高噴孔噴射成樁結束后，應采用含水泥漿較多的孔口返漿回灌，防止因漿液凝固后體積收縮，樁頂面下降[5]。

3)因地下孔隙等原因造成返漿不正常，漏漿時，應停止提升，用水泥漿灌注，直至返漿正常后才能提升。

4)如果出現一側壓力異常，及時停止提升并找到原因，因為特殊原因造成施工間隔在24 h之內進行全樁復打，超出24 h的若是止水加固則，必須在外圍進行增加高壓旋噴樁加固樁數。

6 結語

旋噴固結串珠狀溶洞旋挖成樁施工技術采用水泥固結溶洞內淤泥質充填物的方法，防止溶洞內淤泥質充填物坍塌和避免混凝土樁體中出現夾泥，確保樁身完整性；混凝土充盈系數控制在1.00～1.10之間，節約了成本；通過高壓旋噴加固有限區域不擴散水泥漿，實現了綠色環保。