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(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題與應(yīng)對(duì)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(zhǎng)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(hào)：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）10-0144-04

0 引言

巖溶即喀斯特地貌，是水對(duì)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(guó)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(duì)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)樁基施工技術(shù)研究國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)報(bào)道[2-3]。針對(duì)巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁樁基施工中遇到的問(wèn)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(duì)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(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著[7]。針對(duì)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(duì)巖溶地區(qū)灌注樁成樁質(zhì)量的管波檢測(cè)新方法，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)中的可行性。

通過(guò)上述分析可知，巖溶地區(qū)樁基施工在橋梁工程中多見(jiàn)，溶洞處理技術(shù)相對(duì)較為成熟。而對(duì)于房建工程中深度超過(guò)100m的深長(zhǎng)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(duì)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)深長(zhǎng)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(huì)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(chǎng)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(duì)場(chǎng)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(jiàn)土洞率和見(jiàn)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(duì)樁基施工造成影響。

1.2 場(chǎng)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(duì)隔水層。

場(chǎng)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(lái)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?？辈焓┕て陂g測(cè)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(shuō)明地下水連通性強(qiáng)。

1.3 場(chǎng)地工程地質(zhì)評(píng)價(jià)與基礎(chǔ)類型選擇

由上述場(chǎng)地巖土層分布及地下水情況可知，場(chǎng)地工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)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(chǎng)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(zhǎng)一般在15m～66m，總樁長(zhǎng)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(jiàn)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(zhǎng)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?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)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(shí)，用鉆機(jī)或卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)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(duì)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(duì)措施

由于本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)沖孔灌注樁施工存在諸多不利因素，施工過(guò)程中遇到的常見(jiàn)事故與應(yīng)對(duì)措施如下。

2.2.1 成孔過(guò)程中漏漿的處理

在成孔遇到溶洞時(shí)會(huì)發(fā)生漏漿現(xiàn)象。處理辦法可先投放泥球，及時(shí)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(shí)，可能會(huì)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(wú)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(shí)、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(guò)程中根據(jù)鋼絲繩的偏移情況在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)偏樁現(xiàn)象，及早處理，若發(fā)現(xiàn)過(guò)遲，處理難度加大;（2）現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)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(shí)回填使用;（3）沖孔過(guò)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(kāi)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(guò)程中塌孔的處理

因場(chǎng)地內(nèi)土層較厚，在樁機(jī)成孔施工過(guò)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(duì)存在砂層的樁孔，在成孔過(guò)程中適當(dāng)調(diào)大泥漿比重。（2）成孔過(guò)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(duì)措施

在水下灌注砼過(guò)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(shí)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(chǔ)量不足，安置導(dǎo)管距孔底間距過(guò)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(guò)猛或測(cè)深錯(cuò)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(chǔ)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(shí)，當(dāng)預(yù)制砼球塞（即隔水栓）下落至原砼面時(shí)，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(shí)隔水栓卡管，或由于砼本身原因坍落度過(guò)小，流動(dòng)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(zhǎng)桿沖搗導(dǎo)管內(nèi)隔水栓或砼，或抖動(dòng)導(dǎo)管，使隔水栓或砼下落，如仍不下落時(shí)，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(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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?？蛇M(jìn)一步采用我公司自行研制的振動(dòng)器（可與灌注導(dǎo)管連在一起），將導(dǎo)管內(nèi)的砼振出，同時(shí)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(guò)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(cè)深錘探測(cè)，如原測(cè)深錘停掛在砼表面上未取出，被埋不能上提，或下不到原來(lái)的深度，均可證實(shí)為坍孔。發(fā)生坍孔后，應(yīng)及時(shí)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(guò)深，或提管過(guò)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(guò)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(guò)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(shí)，可將原護(hù)筒接長(zhǎng)，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(chǎng)地內(nèi)溶洞分布較多，在砼灌注過(guò)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(guò)泵注混合砂漿及袖閥管注漿的方式，提前對(duì)存在的溶洞進(jìn)行處理。（2）灌注過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)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(shí)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(shí)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(guò)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(guò)小的情況下會(huì)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(guò)程中處理（“邊施工邊溶洞處理”）兩種，其一般原則為：（1）對(duì)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(duì)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(hào)砼與袖閥管注漿相結(jié)合的處理方法;（4）施工過(guò)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(guò)沖錘的壓力來(lái)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(shí)，應(yīng)及時(shí)移開(kāi)樁機(jī)，進(jìn)行袖閥管注漿處理。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果評(píng)價(jià)

本工程對(duì)所有樁孔地層進(jìn)行了超前鉆揭示，實(shí)際揭露場(chǎng)地見(jiàn)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(chǎng)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(chǎng)地776根樁基的施工，其中最長(zhǎng)深樁長(zhǎng)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?；诒臼┕ぜ夹g(shù)完成的所有樁基礎(chǔ)在檢測(cè)中全部合格，無(wú)III、IV類樁出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）巖溶發(fā)育區(qū)由于地質(zhì)情況復(fù)雜對(duì)樁基施工提出了新的要求，通過(guò)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(duì)施工過(guò)程中遇到的成孔和砼灌注常見(jiàn)事故給出了應(yīng)對(duì)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(zhǎng)灌注樁施工提供了參考。

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