浅析大连开发区南部滨海新区岩溶地区冲击成孔灌注桩施工

浅析大连开发区南部滨海新区岩溶地区冲击成孔灌注桩施工

王利

王利辽宁水文地质工程地质勘察院辽宁大连116037

摘要：大连开发区南部滨海岩溶地区地质环境复杂，受到上部回填层和下覆震旦系甘井子组石灰岩岩溶发育的影响，给水下灌注和机械成孔灌注桩的成桩造成了一定的难度。浅析大连开发区滨海南部岩溶地区冲击成孔灌注桩的施工措施和重点难点的控制。

关键词：岩溶；机械成孔；水下灌注；勘察方法ImpactofkarstareaofDalianBinhaiDevelopmentZoneSouthofboredpileconstructionAbstract：thegeologicalenvironmentinkarstareaofcoastalsouthernDalianDevelopmentZonecomplex，isaffectedbytheoverlyingupperbackfilllayerandtheSinianGanjingzigrouplimestonekarst，underwaterperfusionandmechanicalboredpilecausedcertaindifficulty.ControlimpactofkarstareaofDalianDevelopmentZonecoastalsouthernconstructionmeasuresandkeytechniquedifficultiesofpile.KeywordsYanRongmachineryintotheperfusionholeunderwatersurveymethod

大连开发区南部滨海新区为新近回填海域形成的陆域。根据勘察资料可知，上部回填层为含碎石粘性土，下覆震旦系甘井子组石灰岩，岩溶裂隙发育。复杂的地质条件，给机械成孔灌注桩造成了很大的困难。通过对华润海中国一期、二期、三期、四期和五期以及对邻近海湾城以及黄金海岸等项目的机械成孔灌注桩施工经验的总结，浅析大连开发区南部滨海新区岩溶地区机械成孔灌注桩的施工措施和重点难点工艺的控制与选择。

1、地质条件的复杂性针对这一地区，特殊而又复杂的地质条件。综合各个项目的施工经验。

首先提出本地区机械成孔灌注桩的难点和重点。地质环境的复杂性主要有两个方面，一个是紧邻黄海的回填层，主要成分为含碎石和粘性土，特点是松散且邻近大海，和大海连通，地下水位很浅，大约为2-3m，随之潮汐变化而变化；另一个是发育的岩溶，下覆石灰岩中有大量的溶洞，并且相互贯通，期中充填物少，导通性强。

2、复杂地质环境下的施工难点和重点2.1施工难点上述复杂的地质条件给机械成孔灌注桩带来的施工难点有以下几个方面：1、回填层与海水连通，地下水位随着海水潮汐的变化而变化，机械成孔使利用泥浆护壁，极其容易由于变化的地下水位，以及潮起潮落的动水位变化，破坏泥皮，造成回填层的坍塌。

2、岩溶发育，石灰岩中有大量的溶洞。这一特点，给机械成孔灌注桩带来了很多而又严重的困难，主要有下列几个问题：（1）如何准确的判断全断面入岩，确保3倍桩径且大于5m范围内是完整的石灰岩。

（2）由于岩溶地区存在溶沟、溶槽等不良地质现象，这将造成卡钻埋钻、孔位偏斜等问题。

（3）当成孔钻进到溶洞时，因为溶洞引起的泥浆流失，而造成的塌孔现象。

（4）在混凝土灌注过程中，混凝土液面突然下降，或者与附近正在施工的钻孔连通，而混凝土无法灌满的情况。

2.2施工难点施工措施针对上述施工的难点，综合本地区的施工经验和施工中所发现的问题。

采取了以下施工措施。

1、回填层防止塌孔的处理措施：强夯加固处理和下钢护筒。

（1）回填层强夯加固处理：由于回填层厚度为6-8m，首先利用强夯加固的地基处理措施对回填土层进行加固。具体措施是将楼座及周边3m范围内的回填土进行加固处理。采用夯击能为1000KN的点夯，然后再进行一遍满夯，最后整平场地。利用强夯加固处理回填层的好处是对松散的回填层进行加固，用以防止回填层随着海水潮汐的变化而引起的塌孔。这一措施也有利于机械设备在现场的通行，最关键的是防止混凝土搅拌车在施工现场因场地松软而引起的侧翻等安全事故。

（2）下钢护筒：当回填层已经发生了塌孔事件后，采取的措施有立即回填塌陷的孔和下钢护筒两种手段。如果采用立即回填，等回填土沉降后再进行钻孔施工，必将影响施工的进度。从工程管理角度，应该采取有效的方法，在合理的工期内利用最优化的经济效益完成工程项目。由于机械成孔灌注桩特殊的施工环境，如果一个孔搁置起来，必将影响后排桩的施工，出现其他配套机械设备的闲置和浪费，并且将会打乱合理的施工顺序，从而影响工程工期，且会造成不合理的经济损失。而下钢护筒可以大大节省工期，并且能保证坍塌孔的继续施工。所以对已出现的塌孔进行下钢护筒的处理措施是合理而高效的。

2、岩溶中溶洞、溶沟、溶槽等引起的施工难点所采取的措施有：3点勘探法、回填大块石小冲程纠偏法、回填红粘土混碎石或用低标号混凝土堵溶洞法、振动锤处理卡钻法和扩孔套取钻头法、立即回填法等。

（1）如何准确的判断全断面入岩，确保3倍桩径且大于5m范围内是完整的石灰岩。采取3点勘探法。虽然灰岩地区的桩基础工程进行了一桩一勘的方法，但此法并不能确保全断面入岩和3倍桩径且大于5m范围内是完整的石灰岩。因为华润海中国项目紧邻海湾城，地质条件基本一样。

而海湾城的机械成孔灌注桩完全按照勘察报告中一桩一勘的深度控制成桩深度，结果在桩基静载检测试验中，发现有部分桩不合格。并且在桩基施工单位在施工过程中发现，有大量的桩在成孔过程中，有超深现象。也就是说按照地质部门提供的勘察报告已经到了石灰岩的见岩深度，而桩基施工单位发现到此深度成孔速度很快。最后与设计院、勘察单位、施工单位以及有关专家的专题会探讨，发现此地区岩溶发育，存在大量的溶洞、溶沟和溶槽，一个桩位上布置一个勘探孔，难以准确的判断出是否是全断面入岩。最后讨论的结果是采用3点勘探法。一个桩位，按照等边三角形的布点法，在桩周进行三点钻探，然后按此三点下最深一点为完整岩石面，并且此点下6m范围内全是完整岩石，不存在溶洞。

（2）由于溶沟、小型溶洞和溶槽发育，在冲击钻进过程中容易出现钻孔偏斜现象，采用回填大块石小冲程纠偏法。

首先测量员每天利用全站仪从几个不同的方位对冲击钻的钢丝绳进行校正。如果发现钢丝绳已经偏离中心点，证明孔位已经偏斜。然后让钻机手立即停止钻进，上提钻头，测量人员校正在哪个深度出现偏孔了，即从这个深度回填大块石。再利用小冲程，缓慢锤击的方法进行纠偏。

（3）由于溶沟、小型溶洞和溶槽发育，在冲击钻进过程中容易出现卡钻甚至埋钻现象。采取的措施是振动锤处理卡钻法和扩孔套取钻头法。当出现卡钻和埋钻后，不能猛拉硬拽，防止钢丝绳断裂或者造成钻机倾倒伤人。当出现卡钻后，由于钢丝绳只能施加向上的拉力，而不能施加向下的压力。如果钻头被一个小小的碎石头卡住，也是难以拉上来的。只有产生向上和向下的力，让钻头上下窜动，才能处理卡钻的难题。采取再下一个比钻孔直径小的振动锤，锤击卡住的钻头，施加一个向下的力，让钻头在锤击和钢丝绳向上拉力的作用下，上下反复窜动，处理卡钻事故。有些卡钻事故处理不当，会发展成埋钻，上部回填土坍塌，让钻头埋在钻孔之中。

处理埋钻的方法可以用扩孔器进行扩孔，让埋在钻孔中的钻头周边松动，然后用钢丝绳上拉，如果还是卡钻，可以再利用振动锤进行锤击处理。

（4）当冲击钻进到溶洞时，泥浆液面会突然下降，遇到大溶洞时，会出现塌孔现象。采取的措施是回填混碎石的红粘土或低标号混凝土堵溶洞法。

钻机手会随时观察钻孔内泥浆液面的变化，如果进入基岩后有突然下降的现象，应立即向孔内填混碎石的红粘土或低标号混凝土然后进行锤击，使混碎石的红粘土填满溶洞。这种方法处理小型溶洞，效果明显。但是遇到大溶洞，并且溶洞位置埋深较深的情况，效果并不明显，在此地区有部分钻孔深达50m以上。如果深孔出现因溶洞引起的漏浆跑浆，经过回填混碎石的红粘土进行处理后，又出现塌孔现象，只能通过全跟进钢护筒的方法进行处理。

（5）本地区溶洞发育，在混凝土灌注过程中，出现混凝土液面突然下降或者与附近正在施工的钻孔连通，混凝土难以灌满的情况。采取的措施立即回填法。首先是尽量满足规范要求，相邻桩钻孔施工的距离大于3倍桩径。如果出现两孔连通的情况，立即回填未灌注混凝土的钻孔。水下灌注混凝土，是机械成孔灌注桩的关键工序。如果控制不好，会出现断桩、废桩等工程质量问题。本地区特殊的地质环境，水下灌注混凝土是重要工序，也是重点环节，也是重点控制对象。但是在灌注过程中，发现了不少问题和难题。尽量满足规范要求距离的基础上，并未阻止相邻桩串孔的事故发生。有两个相距30m的钻孔，当其中一个孔进行混凝土灌注时，另一个孔中的泥浆向外涌。而在两个孔进行泥浆护壁钻进过程中，并未发现相互连通的现象。为什么在成孔的过程，未发现溶洞或者是溶沟的连通呢？

经过研究讨论分析，得出的结论是，泥浆的比重远远小于混凝土的比重，在泥浆护壁的钻孔过程中，泥浆填充了溶洞或溶沟，泥皮保护了孔壁，但是在混凝土的灌注过程中，混凝土的压力随之增加，压裂了泥皮，将泥浆压入溶洞或溶沟，并且使溶洞或溶沟连通的两个钻孔相连接，出现上述现象。针对这一现象，采取了立即回填另一个正在钻进的钻孔，然后确保水下灌注的导管埋在混凝土面以下，再进行水下灌注混凝土的工作。如果灌注导管已经在混凝土面的上面，则此孔必须重新进行钻孔施工。

结合工程实例，总结了大连开发区南部滨海新区岩溶地区冲击机械成孔灌注桩的施工难点和重点。针对本地区的施工难点和重点采取了一系列的施工措施，希望能给海滨城市基础建设的地质工作者一点帮助和建议。