浅谈石灰岩地区冲孔桩施工及现场指导

余新珑

【摘要】对于石灰岩地区复杂的地质条件，采用冲孔桩是比较适宜的，但冲孔桩的施工仍存在一定的难点。本文通过对某工地冲孔桩施工实践，认真分析其内在的工程隐患，并针对施工中出现的难点提出了具体的施工方案。

【关键词】石灰岩 冲孔桩 塌孔

【中图分类号】U445 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）01—0227-02

一、工程概况

某二期扩建工程，全程约2公里，采用高架桥方式沿旧堤外侧扩建。设计的45#-1号桩位于某路口45轴北侧，单桩单柱结构，属于端承桩，桩径1m，要求嵌入微风化岩石0.5 m，采用冲孔成桩的施工方法。根据超前钻的地质资料，该处从上到下的地质资料为：第一层为约3m厚的填筑土，含大量块石；第二层为3-10.5m浅黄色的软塑性粘土；第三层为10.5～15.5m软塑性淤泥；第四层为15.5-27m黄色的可塑粘土；底部持力层为石炭系石灰岩，其中有溶洞，部分溶洞充填软塑粘土。

二、影响施工安全的因素分析

对于软土地层来说，其本身的物理特点为含水量高，可塑性强，高压缩性。在成孔过程中，土体一旦受到扰动，其内应力相应就发生改变，破坏了土层原始压力平衡，因此淤塌和缩径现象比较普遍；松散的砂层在孔内受到水流的冲刷、冲冼液的高速循环对临空面砂层的冲击，以及地下水头发生改变使砂质流失等造成孔壁崩塌等情况亦是在所难免；在石灰岩地区，由于工程地质条件极其复杂，溶洞、溶沟、溶槽及断层破碎带较发育，经常发生漏浆、塌孔、斜孔、卡锤、掉锤等事故。因此本工程中的地层和地质构造对冲孔桩施工是非常不利的：首先表层填筑土结构松散，容易使孔口崩塌；其次软塑性土层，特别是淤泥层，在受到扰动、水位升降等的影响下，亦会产生崩塌；最后由于底层有较大的石灰岩溶洞，稍有不慎就会造成漏浆、塌孔、斜孔、卡锤、掉锤等工程事故。

三、施工中的难点及其施工方案

由以上的工程施工隐患分析，本工程施工的难点是孔口和孔壁的安全问题和一旦出现塌孔后的处理方法。采用合理的成孔技术是保证施工顺利进行的先决条件。

3.1 孔口和孔壁的安全问题

合理的保护孔口的施工方案：由于表层填筑土结构松散，决定采用人工挖孔的方法，挖孔的深度要超过填筑土层或淤泥层，然后用10cm厚的混凝土护壁。根据不同层位，应采取不同的护壁措施：开孔前，将孔口护筒埋设稳固；在土或淤泥层中，投入少量碎石，小冲程冲击挤密，以取得较好的护壁效果；在岩层中，投入含砂量较低的粘土，通过冲击使孔壁稳固；在破碎严重的地层或土洞、溶洞中，常有掉块现象，造成卡钻，此时混合投入粘土、碎石、水泥等，可对孔壁起到较好的胶结和稳固作用。在冲击过程中，根据不同的地层性质，采用不同的冲程和泥浆比重也是非常重要的。如在岩面，采用1.0m的小冲程，低锤密击，泥浆比重1：3，防止冲锤在倾斜岩面发生“顺层跑”而造成斜孔，待岩面冲出台阶后再逐渐加大冲程。

3.2 塌孔处理措施

根据本人从事此类工程的勘探施工经验，工程范围基底多属石灰岩地层，岩面高程不均一，普遍发育着大小不规则的溶洞，根据对本工程的超前钻和地质勘察提供的资料分析，45#-1号桩终孔位置恰好穿过溶洞，易出现大体积漏浆、塌孔和卡钻等险情，针对这种情况，我们拟定了合理的质量保证措施。45#-1号桩实际施工时，当冲钻至地层以下45m处时，出现孔底突然漏水、孔内水位迅速下降和塌孔的险情，幸好孔口有足够的保护措施，才没有影响人机安全。面对这种情况，施工人员采取了预先设计好的施工方案，实践证明达到了很好的结果。

四、施工方案处理

4.1 回填处理

首先在孔内回填片石和粘土拌合物，片石块径大约20cm左右，含量20%-30%。回填至洞顶以上1～2m。据统计在45#-1号孔所回填的材料总量超过200 m³，可是该孔底的溶洞规模之大，范围之广，在钻桩史上实属罕见。

重新再造护筒

方法一：沿孔周边灌入以一定量的水泥浆，使孔周围的土体固化，灌浆深度应到达孔内岩面。

方法二：采用3mm厚的钢板卷成1m直径的圆管，连续套入孔内直到岩面。

虽然上面两种方法均可以达到保护孔壁，防止再塌孔的目的，但从经济的角度和可靠程度考虑，选用方法二较好，因为根据多年的经验，经这样处理后，重新在原位再造孔的成功率要高得多。

4.2 封孔

水下灌注桩工程是一项隐蔽性很强的工程。虽然，各施工单位对此类工程的质量控制都有高度的重视，但由于施工工艺的差异或处理方法不合理，很多工程出现了不合格桩，造成工期延误和经济的浪费。45#-1号桩孔径较大，而且孔内又有大溶洞，经分析，要保证封孔成功，必须使用体积较大的漏斗和倒料斗（贮料罐）施工，在此桩的实际施工工程中，我们采用了口径1.5m的漏斗灌浆，及时、有利的保证了45#-1号桩的注浆强度，确保了桩身质量，在随后的桩身质量检测报告上也验证了我们方案的可行性。

五、45#-1号桩的质量检测

有人认为，采用钢套管护壁的桩会因为桩周摩阻力减小而影响桩身的承载力。的确，钢管与土体之间的摩阻力要少于混凝土与土体的，但是，端承桩的桩身承载力主要是以端承力为主，因此对于桩身的承载力影响较小。45#-1号桩的底部由于塌孔处理（经检测，该桩的混凝土充盈系数为2.4，可见，大部分混凝土都充填到孔底的溶洞中去了），桩端相当于扩大桩头，增加了桩端与岩石接触的面积，从而提高了桩端的承载力。

5.1 桩身完整性分析

45#-1桩的桩身完整性系数为100%，反映桩身完好。

5.2 单桩竖向承载力

根据高应变CASE法测试承载力结果，45#-1桩单桩竖向极限承载力为7600 kN，在安全系数为2.5的情况下，高于设计的单桩竖向极限承载力7500 kN要求，因而是安全的。从上面进行的桩身完整性及单桩承载力分析，得出该项工程的桩基础施工质量良好，也进一步说明了本工程施工方案的可行性。

六、结论

虽然石灰岩地区地质情况复杂，对于桩基础施工造成极大的困难，但只要做好充分的准备工作，采用有效的施工措施，就可以防范于未然，把经济损失降至最低点。

6.1 施工前做好充分的准备工作

（1）超前钻工作是必不可少的手段

由于石灰岩地区溶洞、溶沟、裂隙发育，具卡斯特地貌的特点，岩面起伏相差十分悬殊。实践证明，有些桩位偏离钻孔不到1m，地下岩面深度却相差好几米。所以，在成桩前预先在桩中心进行钻探，能准确地掌握孔内的地质及岩石持力层厚度、埋深、岩面的大致走向及地下水赋存等情况，对于指导桩基础施工有重大的意义，特别是对于单桩单柱的基础工程更为重要。

（2）施工前备料充足

施工前准备充足的泥浆和一定量的块（片）石粘土包和水泥，以便在冲孔工程中出现严重漏浆时及时向桩内补给泥浆、抛填泥包、块（片）石堵漏成孔、或灌注水泥堵漏。

6.2 孔口的保护是造孔成功的关键

塌孔不但影响成桩的质量，更严重的是危及人身安全，特别是冲孔桩工程，首先要做好孔口的保护工作。人工挖孔及混凝土护壁成本都比较低，而且又比较安全，开孔时可优先使用。开孔深度视地质情况，一般应大于5m，如果坍塌严重破坏了孔口，需要在原位再造孔时，应毫不犹豫地选用钢套管护壁，确保施工安全。

6.3 孔底流浆的处理

施工中泥浆的作用有二：一是保护孔壁；二是冷却钻头，排除孔内钻屑。造孔过程中孔底流浆是造成孔壁坍塌的主要原因之一。正常情况下孔内充满了循环浆液，其压力与孔壁周围的土体保持平衡，维持孔壁稳定。由于漏浆，使孔内水位迅速下降，孔壁土体形成临空面，结构不良的土质由于失去了平衡而崩塌，影响了造孔施工。如果发现孔底漏浆情况，可用素混凝土回填，待初凝过后继续造孔；或通过灌浆管在漏浆部位

注入水泥浆（配合速凝剂）堵漏。

七、结束语

实践证明，在石灰岩（溶洞）地区采用上述介绍的各种冲孔桩的施工方案具有较好的应用价值，其施工经验值得推广。