岩溶强发育地区桩基施工技术

岩溶强发育地区桩基施工技术

褚大伟

中建七局安装工程有限公司河南省郑州市450000

摘要：岩溶强发育地区桩基施工一直是个复杂的难题，普遍存在塌孔、卡钻、漏浆、串孔等现像，不仅关系到工程质量安全还影响到工程进度和成本，本文从岩溶地区桩基施工中遇到的各种情况及处理方式，结合成本和工程进度对成孔方式、机械设备、处理方式等选择进行论述，为后期在此类地区施工提供参考。

关键词：岩溶强发育；机械成孔；回灌；桩基础

一、工程简介

1、工程概况

仁怀市粮食仓储建设项目施工（土建）工程位于贵州省仁怀市坛厂街道办事处，属于粮库项目，拟建建筑由24个浅圆仓、1栋加工车间、1栋器材库、1栋一站式服务中心、一个地磅房、1个消防磅房及一座栈桥组成，共布置钻孔677个。有343个钻孔遇岩溶洞隙，钻孔遇洞率为50.7%，根据《贵州建筑岩土工程技术规范》7.1.3条，该场地属岩溶强发育。

2、工程进展情况

本工程自2018年4月份开工至2018年9月份共施工桩基312根，开工之初项目施工12根试桩用于对岩溶复杂地质下桩基施工方案的实用性进行论证，故此12根试桩根据地勘报告显示，均选择在有溶洞处钻孔，施工过程中遇到了揭穿溶洞顶盖和复杂裂隙造成的塌孔，采取了钢护筒跟进和回灌混凝土两种方式进行处理，施工进度缓慢，12根试桩在钻芯检测后全部全格，在随后的施工中，项目部根据试桩施工中遇到的实际情况考虑到成本因素普遍采用回灌方式进行塌孔处理。

二、地质情况

1、地层岩性

据区域地质资料和地质调查，拟建场地及其附近无断层通过，根据区域地质资料、地表调查及钻探揭露：场地下伏基岩为寒武系中下娄山关组（∈2-3ls）灰、灰黄色薄～中厚层白云岩。岩层产状总体为：倾向168°，倾角38°，场地岩土单元种类较多，经钻探查明场地丛上至下岩土单元为杂填土、素填土、耕植土、红粘土及白云岩。场地无滑坡、泥石流、崩塌等不良地质作用，场地及附近无活动性断裂通过。钻孔及地面调查亦未发现小规模断层发育，拟建工程场地地处地质构造不发育的块段内，场地地质环境比较稳定。根据钻探资料，在施钻的钻孔中揭露岩溶、土洞，溶洞裂隙主要表现为浅表溶洞裂隙。

2、水文地质特性

拟建场地地下水环境类型为Ⅱ类。根据室内水样试验分析，拟建场地地下水类型为[C]CaⅠ型水，即为碳酸盐钙质水。水质类型为[C]CaⅠ型，即为碳酸盐钙质水；对混凝土结构具有硫酸盐、镁盐和侵蚀性CO2的微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋具有氯盐的微腐蚀性；据终孔24小时以后对钻孔孔内观测有钻探残留水，在72小时后大部分钻孔内未观测到水位，对有水钻孔进行简易抽水，钻孔内水极易抽干。综合分析拟建场区上覆土体为杂填土、素填土、耕植土及红粘土，下伏基岩为可溶性白云岩，岩体较破碎，因此拟建场地地下水主要为土层中的上层滞水及基岩裂隙岩溶水，无稳定的水位计水量，其补给来源主要为地表水及大气降水下渗补给，拟建场地主要受地表水及上层滞水、基岩裂隙水影响，特别是雨季时尤为明显，设计和施工时需考虑场地及周边的截排水设施。

三、施工技术措施

1、成孔方式选择

机械成孔工艺：机械成孔优点为成桩速度快，施工深度大，安全，不忌地下水，适应能力较强。缺点为对桩端残渣难于清除，施工质量不如人工挖孔桩易于控制，桩位、垂直度、钢筋笼保护层等，均易出现工程质量问题。所以应由经验丰富、施工质量可靠的队伍承担施工任务。在采用机械成孔工艺时必需在施工前做好施工预案，同时对施工完毕后需加强桩端残渣检测，若无桩端残渣检测报告或桩端残渣厚度检测不符合要求时严禁进行下一步工序。

人工成孔工艺：人工挖孔桩优点是费用低，孔底及孔壁岩土地质情况一目了然，桩身质量容易保证，但受桩身长度及复杂地质条件影响大，对地层的适宜能力较差、进度较慢。

按照工程地质勘察报告的建议以及考虑到施工进度和安全项目决定采用机械成孔，本项目场地条件复杂，且地勘报告中部分地质特征与现场有差异，岩溶区孔桩一般采用冲击钻和旋挖进行施工，由于场地附近民房集中，且距离场地较近，冲击成孔对场地要求相对较高，需要建泥浆池和沉淀池，且泥浆对环境影响较大，冲击成孔振动较大也增加了塌孔的可能性，因此不予选择。旋挖钻施工桩基，具有成孔速度快，质量易控的优势，因此本项目采用旋挖钻成孔方式实施桩基施工。

2、溶洞处理方式选择

2.1回灌法

回灌法主要适用溶洞高1m-5m间、充填或半充填的土（溶）洞，或高度1m以下无充填的溶洞。当钻孔穿透土洞或溶洞顶板后，通过钻进尺速度可以查明进入溶洞区，立即提出钻头，并回填混凝土填充料，并反复提升混凝土导管，从而将填充料挤压入土（溶）洞及裂隙，形成桩孔护壁。待混凝土强度达到初凝后，具备形成环形护壁的强度后，及时开钻，进行二次成孔，同时认真观察出渣情况，如果有新的泥浆涌入，证明回灌没有完全封闭溶洞，需进行二次回灌填堵。在成孔过程中，认真观察成孔质量，防止发生塌孔事故。回灌混凝土量，经现场测设，如果出现混凝土回灌面持续下降的情况，应等灌浆面下沉稳定后再进行二次钻进。

回灌法施工示意图

2.2护筒跟进法

对现场大于5米的溶洞，经过统计及分析，共计有23个桩。外钢护筒的内直径为D=d+200mm（d为设计桩径），壁厚δ=12㎜，长度为2米；采用机械卷制加工制作；内钢护筒采用壁厚δ=12㎜的钢板，在厂家用机械集中卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，每节制作长度为3.0m、6.0m、9.0m，制作内钢护筒的内径D′=d+100mm（d为设计桩径）

钢护筒壁厚δ=12㎜的钢板，孔深10米以上时采用12㎜厚的钢板，在厂家用机械集中卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，每节制作长度为3.0m、6.0m、9.0m，制作内钢护筒的内径D′=d+100mm（d为设计桩径）。下置钢护筒的目的：主要是防止贯通溶槽的漏浆而造成砂质覆土层的塌孔，通过下置内护筒的作用，即可顺利穿越溶槽层至设计桩底标高，达到顺利终孔的要求；同时避免砼超灌甚至无法灌注至设计桩顶标高等情况。首先将钻头扩大100mm，正常钻进至溶洞上方约1m处，采用汽车吊辅助振动锤等打入设备，将钢护筒分节打入土层中至岩面。

溶洞地段钻孔桩护筒跟进法施工步骤

在开工之初施工的12根试桩中，两种溶洞处理施工方法均起到了一定的效果，回灌法工序简单，施工中由于岩溶地质横向裂隙较发育，部分桩孔需要多次回灌，超灌方量较大，且回灌后需混凝土初凝达到护壁强度后才可二次成孔，造成工期的滞后。

钢护筒跟进法施工的桩位有2根，施工过程中能较好的防止塌孔情况发生，但钢护筒造价较高，工序较回灌法复杂，施工中发现由于雨水较多，在施工完的一根桩的钢护筒外壁土出现流砂现象，造成护筒壁外出面坑洞不得不进行混凝土回灌，对工期有一定的影响。

通过两种溶洞处理方式的比较，项目部从成本和工期综合考虑，决定采用回灌法进行施工，精心组织确定打桩顺序，采用分区跳打、往反施工方法进行流水作业，最大限度减少对工期的干扰。

结束语：岩溶地区地质构造复杂，项目部缺少此类地区桩基施工经验，通过打设试桩并进行总结分析和讨论后，采用旋挖机成孔，溶洞采用回灌混凝土二次钻进方法进行施工，同时在施工前应充分掌握地勘报告一桩一孔中关于溶洞的形态描术，提前做好各项资源的准备，在桩基的施工过程中也需要勘察设计人员及时跟进，以便发现地质情况与勘察设计不符时及时进行补勘并变更设计，施工作业人员与施工监督人员也需要严格按照作业规程和相关技术规范要求及时进行施工观察记录和监督。