岩溶区灌注桩施工工艺及质量控制研究

岩溶区灌注桩施工工艺及质量控制研究

刘岳东

深圳市威彦达电力工程监理有限公司 518000

摘要：我国幅员辽阔，地质环境复杂，针对岩溶区施工工作，需要技术人员重视对地质环境的勘测，及时掌握一手资料，从而提高施工质量。本文以深圳供电局建设的110千伏清林三变电站工程桩基实施过程为例，介绍110千伏清林三变电站岩溶区灌注桩施工技术，对本工程岩溶区灌注桩施工工艺进行分析，并且对现阶段工程质量控制进行了研究，以供相关工作人员借鉴分析。

关键词：岩溶区；灌注桩施工工艺；钢筋笼；质量控制

0 引言：根据深圳市地质环境研究成果，在深圳市龙岗区等区域，存在较多的岩溶地质，在该区域建设过程中，需要施工单位提高重视，避免在桩基施工过程中由于地质环境，造成变电站自身质量难以达到验收标准，给施工单位带来较大损失。现阶段岩溶区灌注桩施工工艺已经成为了本工程变电站配置楼建筑的重要施工工艺之一，有利于提升整体工程质量。

1 工程概况

110kV清林三变电站工程位于深圳市龙岗区对面岭村，北通道与协同路交叉口东北角，场地南侧为龙岗河。场地位于岩溶发育区，场地地质条件复杂，场地内微风化岩面起伏变化大。本工程站区红线内用地总面积3194.77m2，主要工程包括配电装置楼、主变基础、站区道路、电缆沟等；配电装置楼框架结构，长45m,宽20.8m，占地面积972m2，建筑面积2847 m2，屋面标高16.5m，共4层，半地下室1层、地上3层，总高度17.28m，室内外高差0.30m。

配置楼基础采用冲孔灌注桩，共45根。根据深圳市勘察研究院有限公司提供的桩基施工一桩一孔布设的超前钻勘察报告，本场地白云质灰岩属可溶性岩石，岩溶发育，岩溶形态主要表现为溶洞、溶隙及溶槽，致使白云质灰岩岩面起伏特大；岩溶类型主要属埋藏型岩溶；溶洞垂直方向大小约几十公分至数米，局部可达十几米，洞内多有充填物，呈全充填或部分充填的型式，少部分洞内无充填物，充填物为灰黑、灰褐色的粉质黏土，流塑~软塑状态，不均匀夹少量碎石块、角砾，本次勘察在26个钻孔中均揭露有溶洞，溶洞钻孔钻遇率为57.7%。

2岩溶区灌注桩施工技术分析

2.1岩溶区地质条件分析

在我市龙岗区等区域，岩溶区覆盖较为广泛，在该区域电网建设中，主要重视对岩溶地质环境的研究工作。在该区域建设中，桩基施工成孔时若遇到石钟乳、石笋、石柱、溶洞壁等岩面急剧变化的地质体导致偏孔（斜孔）的可能性极大，施工时应采取合理有效的施工工艺和预防措施，应频繁捞渣检查验桩工作，必要时对桩周进行补充钻孔勘查；场地局部上部土层砂土含量较高、溶洞内多充填流塑—可塑状态填充物，极易引起塌孔、缩孔或漏浆成孔无法成功；再因岩层的特殊地貌，也会出现钻头卡住等现象，对变电站桩基施工产生不利的影响。桩基施工成孔应采取合理有效的防护措施，发现问题及时采取相应的处理措施。

2.2成孔工艺

在岩溶区域进行冲孔的时候，需要技术人员重视成孔工艺，使用冲击钻进行钻孔操作，每孔开冲前,将地质柱状图挂在钻机上,让每一位参与施工的人员都充分掌握要钻孔的溶洞的位置、大小和填充情况等地质资料;冲孔过程中,由现场技术人员对施工人员进行跟班技术交底,不同地层采取不同冲程、不同的处理方法;对地质异常复杂的桩,则根据每根桩的不同特点,制定专门的工艺措施。

2.3岩溶区灌注桩使用特点

在岩溶区进行灌注桩冲孔操作的时候，由于本工程岩溶区特殊的地质环境；出现冲孔漏浆无法成孔问题，技术员根据整体施工的要求，使用片石、粘土、袋装水泥按适当比例进行全填充与半填充的方法处理冲孔漏浆问题。多次漏浆、回填粘土和片石没有作业，可采取直接灌注水下混凝土的方法堵漏。

3岩溶区灌注桩施工工艺

3.1平整场地

在进行岩溶区灌注桩施工时，需要技术人员提高重视，按照当前施工的要求，平整场地，并且填筑便道，为整体机械施工创造良好的条件。在现场施工阶段，提前准备好水泥、片石和粘土；配置钢筋加工场地，并且及时清理道路，有利于后期混凝土车辆能够进入现场施工区域，为整体灌注桩施工工作做好准备工作。

3.2冲孔前做好标记

现场施工人员在进行冲孔操作之前需要对场地进行测量，按照图纸施工的要求，确保冲孔位置符合整体工程建设的需要，技术人员在对现场进行勘测之后，及时在正确的桩位放置标识，便于施工人员能够按照预定操作，在标志区域进行施工。现阶段技术人员需要对标记的防护工作，避免现场施工阶段工作人员污染，对标志位置产生一定影响，并且在对冲孔位置确认中，需要安排多人进行复测，确保整体位置正确^[1]。

3.3布置桩机走向

在岩溶区灌注桩施工过程中，需要技术人员提高重视，按照图纸施工的要求，合理布置桩机走向，并且根据勘察单位出具的超前钻报告，对现场施工进行合理安排。一般情况下，施工人员会优先选择无溶洞或者溶洞较少的区域展开施工工作，然后再对一些存在溶洞的区域进行施工，积累经验，为后续施工提供引导。

3.4制备泥浆

在冲机开始工作之前，需要现场施工人员及时制备泥浆。施工人员应当在周边区域挖掘泥浆池，按照当前施工工艺要求，合理配置泥浆成分，确保泥浆配方符合当前整体工作的需要。并且使用功率匹配的泥浆泵，确保泥浆能够在整体施工工作中有效输送。

3.5冲孔施工

在工程施工中，现场工作中人员重视冲进施工工作，对冲孔过程中的有效持力层进行判断，从而提升当前操作的科学性，避免盲目冲进给整体施工工作带来负面影响。施工人员根据超前钻报告，合理控制冲进施工，该工程地质条件极其复杂,考虑到回旋钻机穿越卵砾石层、大倾角岩面、溶 洞及裂隙发育的石灰岩层时较为困难,且一旦出现漏浆、坍孔,钻具拆除缓慢,容易造成埋锤,因此采用冲锤。冲机成孔具有设备简单,操作方便,动力消耗小,机械故障少等特点,且通过回填片石和粘土能有效地处理大倾角岩面、溶洞和裂隙等问题;通过砸实挤密解决漏浆问题,有效防止坍孔。另外,一旦出现漏浆, 可以立即将锤提出孔外,防止坍孔埋锤。

3.6 嵌岩及终孔的检验

本工程按设计要求桩端须进入完整基岩不小于1倍桩径，执力岩层不小于5米；工序中增加了一般地质条件下灌注桩施工所没有的全岩面检验，地质资料及实际施工表面，本工程场地白云质灰岩属可溶性岩石，岩溶发育，岩溶形态主要表现为溶洞、溶隙及溶槽或空洞，致使白云质灰岩岩面起伏特大；因此，全岩面的正确判断成为本工程成孔施工的关键。影响全岩面判定的因素较多，而现有的桩基技术规范、规程等均未列出统一的判断往往意见不一成为质量控制的一大难题，故本工程岩面判断由勘察、设计、监理和施工四方共同进行。根据岩溶地区地质条件的特殊性、复杂性及变电站工程特点，经过试桩检验，主要从4个方面进行全岩面的综全判断。

以桩孔实际见岩高程始，至少进尺1米后，须进行全岩面检验，设计钻孔柱状图揭示的岩面高程在实际施工过程过中仅供参考。

查阅机台施工记录，可将基岩进尺速度0.1～0.2m/ h作为进入全岩面的控制速度。观察井口钢丝绳的摆动情况，锤头触岩面时全出现轻微反弹。使用细目筛网捞取岩渣，岩屑含量50%～70%，且含泥、含砂量小于4%时，认为入岩。

3.7钢筋笼制作

在溶岩区灌注桩施工中，施工人员需要按照施工工序，进行钢筋笼制作。由于整体钢筋笼的长度较长，在施工阶段，通常需要使用分段焊接技术，从而降低施工难度。在进行焊接工作时，需要确保单面焊接长度不得低于10倍钢筋直径，从而提高整体钢筋笼的整体性能。焊接工作人员在进行操作的时候，需要在钢筋笼外侧放置垫块，一般情况下，在外侧每隔4m的区域需要放置4个垫块^[2]。

3.8导管安装

在进行导管安装工作时，需要根据整体建筑图纸的设计要求，合理选择无缝钢管，来完成导管安装工作。等到导管安装完毕之后，需要施工人员对冲孔中的泥浆性能进行再次监测，如果冲孔中的钻渣厚度不能达到整体建筑工程的需求，需要施工人员进行二次清孔作业，从而保障灌注桩施工工作有效进行。

3.9混凝土灌注

在进行水下混凝土灌注中，加大混凝土初存量，本工程每基浇筑量按设计方量的1.5倍定量，灌注过程中加大导管埋深，我们一般控制导管埋入深度不小于3米，灌注时要勤于测量混凝土高程，对灌注过程中出现的缓慢下降要有准确的判断，防止突然混凝土面下降导管悬空造成断桩事故。根据临近110kV岸都变电站出现漏浆情况，本工程针对在冲孔时漏浆严重或出现过漏浆的桩孔，应在灌注时加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.5～2米，尽量避免在灌注完成拔管后混凝土面下降造成断短桩。

4岩溶区灌注桩施工质量控制方法

4.1桩身质量控制工作

现阶段施工人员在进行桩身质量控制工作的时候，需要对整体施工过程进行有效分析，及时寻找到能够提升当前工作质量的施工工序，确保整体施工工作有效展开。在整体施工中，管理人员需要重视护筒的使用，一般情况下，会使用具有较强性能的钢护筒，从而提升桩体的质量。如果施工区域土层整体强度较低，需要技术人员使用深护筒，从而提高整体工作效率。

在混凝土灌注过程中，需要技术人员提高重视程度，在现阶段混凝土灌注工作中，保证混凝土自身质量，确保整体灌注工作持续进行。如果在混凝土灌注过程中出现了不连续现象，会造成整体混凝土柱桩自身质量产生较大的负面影响，严重的时候还会出现断桩现象。当前工作人员在混凝土灌注过程中，需要确保混凝土自身流动性较强，在灌注过程中，合理控制混凝土浇筑速度，从而提高整体性能。在混凝土浇灌之前，需要对混凝土自身性能进行测量，确保混凝土质量符合浇灌要求。

在岩溶区灌注桩施工中，需要做好二次清孔工作，避免钢筋笼下放的时候，对周边孔壁造成损害，从而产生较多的沉渣，如果工作人员不进行二次清孔，会造成混凝土自身强度不足，可能会影响到柱桩的承载力^[3]。

在施工过程中，需要施工单位工作人员对冲孔过程进行详细记录，从而提升当前工作质量，对出现问题的区域进行补钻，确保岩溶区施工工作质量能够得到保证。

4.2冲孔过程中溶洞的处理

当前溶洞处理工作，是现阶段施工人员在岩溶区域需要开展的重要工作，一般情况下，施工人员会选择填充的方式，将溶洞进行填充，确保整体建筑质量能够达到预期要求。针对本工程的岩溶地质，施工前由设计单位组织岩溶地质冲孔施工专题会，聘请深圳市设计、施工、建筑协会等单位的专家参与和制定、讨论、确定处理方案。具体的施工对策和施工方法如下：

4.2.1 施工人员及技术人员充分掌握地质情况，每个孔的地质资料都发给相关人员，让其充分了解溶洞的位置、形态、大小等，做到冲孔时心中有数。站内储存足量的片石、粘土、水泥，现场配备一台挖机随时待命，当遇到溶洞漏时，迅速铲车片石、粘土和袋装水泥分层填孔，填充深度不小于溶洞顶层高度2米以上，同时补充孔内水量，让锤轻轻下落挤压片厂向溶洞内挤压，反复填充直到止漏为止。

4.2.2 根据超前钻报告，当冲到报告显示的溶洞顶部附近时，采用小冲程逐渐将洞顶击穿，防止卡锤，一旦出现泥浆面下降时，应迅速补浆，然后根据溶洞的大小按1：1：1比例回填粘土、片石和袋装水泥，仍采用小冲程轻锤，让片石中掺杂水泥、粘土充分挤入溶洞内壁；持续反复回填、轻锤挤入片石、粘土和水泥入溶洞内形成稳定护壁后并泥浆漏失现象全部消失后才能转入正常冲进。

4.2.3 对漏浆严重的#17桩，在成孔后进行水下浇筑时出现混凝土，因混凝土侧压力大于泥浆侧压力，导致冲孔过程造成泥浆护壁被挤破，持续灌注混凝土不上涨出现漏浆现象，现场采取持续浇灌，最终浇灌充盈系数达到2.9（后检测桩基完整性合格)。

4.2.4 本工程有几根桩为较大的溶洞,深度达到7米，溶洞串联和多层，特别是溶洞底部原本存在漏浆源的半充填溶洞,在溶洞形成的过程中已充填的粉土、卵石等将漏浆源堵住,冲孔过程中充填物滑落或被重新揭开,造成重新漏浆。为了堵住漏浆源,发现漏浆后,在向孔中补水的同时,立即向孔中抛袋装水泥5～10 t ,然后向孔中投入3～5 m 厚粘土、片石(施工废弃的 混凝土块更佳) 混合物,待漏浆停止后重新冲孔(不循环) ,冲孔到漏浆部位的时间宜控制在水泥终凝时间之前,然后停止6～12 h 。如此反复操作,直到凝固后的水泥粘土浆把漏浆源堵死为止。例如试桩#36号桩在冲孔至标高为- 23.6m处, 每次冲到原来位置,漏浆部位便出现强漏浆现象,无法正常冲孔,采用上述方法反 复冲孔20多次后,漏浆现象消失,顺利成桩。

4.2.5 偏孔是岩溶地质冲孔桩施工的常见现象。穿越溶洞时要密切注意大绳的

情况,以便判断是否偏孔。若偏孔应按1∶1 的比例回填粘土和片石至弯孔处0.5米以上,重新冲砸。

结论：总而言之，虽本工程地质岩溶发育，岩溶形态主要表现为溶洞、溶隙及溶槽或空洞，致使白云质灰岩岩面起伏特大，现阶段对于岩溶区灌注桩施工工作有了详细研究，在变电站工程施工中，仅采用填充片石、粘土、袋装水泥和混凝土两种方法相辅相成解决了岩溶地质桩基础施工发生的所有问题，虽个别几根桩出出现了2.6的超灌量，但大部分桩的充盈系数控制在1.5以内，从整体来看，施工方法还是非常成功的，全站45根成功率100%，经广东天信电力检测有限公司对45根桩进行声波透射法检测，Ⅰ类桩为29根，占64%，Ⅱ类桩为16根，占36%；对#6和#37桩进行单桩竖向抗压静载试验，2根桩其竖向抗压极限承载力Qu=11000kN，其单桩竖向抗压承载务特征值为5500kN，满足设计要求；对8根桩进行钻孔抽芯检测，全部桩身砼连续、完整，胶结好，桩身强度代表值满足C35设计要求，桩底无沉渣，钻芯检测桩长与施工记录桩长基本一致。桩端支承于微风化白云质灰岩，其工程地质性状满足设计要求。其施工经验并在有同类似情况的110kV岸都变电站施工中得到了推广、借鉴和复制，为电网建设在岩溶区地基处理方面做出相应的贡献。

参考文献：

[1]冯健宗,戚玉亮,陈帅光等.岩溶区灌注桩施工工艺及质量控制研究[J].广东土木与建筑,2019,26(10):40-42+70.

[2]魏巍.岩溶区灌注桩施工工艺及质量控制研究[J].城市建设理论研究(电子版),2019(24):31.

[3]王家全,朱庆盛,刘垒雷等.岩溶地质旋挖灌注桩成孔工艺及其基桩质量控制研究[J].施工技术,2017,43(19):17-19+38.