岩溶地区的冲孔灌注桩施工技术探讨

2014-07-17郑达勇

山西建筑 2014年15期

郑达勇

(福州市一建建设股份有限公司，福建福州 350011)

岩溶地区地质情况、水文构造比较复杂，进行工程施工时必须因地制宜，充分考虑好每一个可能影响施工的因素。冲孔灌注桩是利用冲锤的冲击能量将土层或岩石打碎，利用泥浆循环出渣达到进尺成孔的目的。冲孔灌注桩承载力较强，具有较好的稳定性，常用在地质复杂的桩基础施工中。但经过冲孔桩反复冲击后，容易增大孔径，因此要根据工程实际情况，采用适宜的方法进行施工，保证工程质量的同时能够取得良好的经济效益。

1 冲孔灌注桩施工

冲孔灌注桩的孔直径一般可达到550 mm～2 500 mm，最大直径2 500 mm，钻孔深度最大可以达到100 m，广泛应用在桩基施工中。适用填土层、粉土层、砂土层、碎石土层，以及本文提到的岩溶土层。冲孔灌注桩施工在每种土层施工通常都需要这样的过程:平整施工场地→制备泥浆(备足)→埋设护筒→搭建施工作业平台→施工设备安装→定位机器→冲孔施工→清孔→检查桩孔质量→向孔中放置钢筋笼→浇筑混凝土→抬出护筒→检查整个桩孔的质量。

2 工程实例

2.1 工程简介

1)简析:龙岩地区的岩溶地貌海拔在300 m～900 m之间，不光有类峰林、峰丘、溶斗等还有长达数百米的喀斯特地下河。该工程施工地点地形具有典型的岩溶地貌，溶蚀现象主要分布于呈中风化状态的破碎灰岩⑥41，薄层状～中薄层状构造，矿物成分以方解石为主。工程设计为33层(局部为天然地基的2层社区用房)，上部为框剪结构，地下室为1层～2层的大型小区住宅楼。工程要求桩端进入中风化辉绿岩⑥1或中风化灰岩⑥4，或破碎灰岩⑥41(应穿过溶洞)的深度500 mm，桩径800 mm～1 600 mm，桩径1 000 mm单桩竖向承载力特征值为9 990 kN，设计要求桩孔底部的沉渣厚度不能高于75 mm。

2)施工现场岩溶发育情况:施工现场属于峰林岩溶地貌，岩溶发育状况比较严重。现场地形总体呈东低西高之势，部分地段岩面起伏比较大。施工现场岩溶发育情况如表1所示。

表1 施工现场岩溶发育情况

2.2 工程现场特点

施工现场的溶洞形态丰富多样，附近溶沟和洼地分布较广，给工程施工带来比较大的困难。笔者根据实际现场施工，总结出冲孔灌注桩施工具有以下特点:1)施工工地的可溶性岩石多为白云质灰岩，这类岩石的特点是强度较高，给孔桩形成带来较大困难。如果直接采用较大冲击力进行钻孔，很容易将溶层击断，后续的混凝土浇灌工作会很麻烦。2)施工现场岩溶比较发达，在钻孔过程中容易出现漏水或漏浆现象，如果不及时补浆，会导致整个桩孔塌陷，严重时会危及到现场施工人员的人身安全。3)施工现场地下水丰富，钻孔时容易大量涌出，致使桩孔底部的沉渣很难控制，给冲孔灌注桩施工以及混凝土浇筑工作带来很大困难。4)现场的溶洞多在基岩顶部发育成型，若勘探工作不详细，很有可能有许多溶洞没有被发现。一旦溶洞顶部的厚度不深，则桩孔施工就会存在潜在的安全隐患。

2.3 冲孔灌注桩施工质量控制措施

1)施工前期质量控制:要想充分保障冲孔灌注桩的施工质量，施工前期的工作不容忽视。

a.广泛收集资料，谨慎施工方案。在施工进行前，要在施工现场收集钻探资料。要采集地下水和岩石进行试验分析，充分掌握地下溶洞的形态。本工程综合施工现场的现状以及施工单位人员的技术水平制定施工方案，决定主要采用冲击钻进行灌注桩的施工，同时结合回转钻施工工艺。利用冲击钻冲击力大、穿透力强的特点，将其视为主要动力，防止混凝土漏浆。钻进为辅助施工，两者互相结合，在应付突发事件上能收到良好的效果。b.试桩。根据施工现场实际情况和冲孔灌注桩施工要求，冲击钻在施工前要进行试桩。保证每个技术人员和施工人员熟悉桩位的地质情况和地下岩洞的整体状态，便于在施工过程出现问题时及时进行解决和处理。c.备足填孔泥浆。施工前要在桩孔附近尽可能多的储备具有高塑性的粘土泥浆，可在泥浆中加入适量的纯碱，防止泥浆出现沉淀。同时注意泥浆的粘稠度要控制好，泥浆过稀对孔壁会造成一定影响，也不利于排放沉渣。而泥浆过于粘稠则会影响钻孔的速度，不利于工程进度的开展。用来填孔的泥浆比重要控制得当，使得其发挥保护孔壁的作用。d.制定施工安全对策。在冲孔灌注桩施工之前就要成立专门的安全小组，以便全面的对施工过程中可能出现的问题及时进行处理。在备足泥浆的同时，也要准备黄土、水泥等材料，安排技术人员实时监控桩孔中的物质的变化情况，并做好记录。一旦遇到溶洞，及时组织施工人员向桩孔中填补泥浆，避免桩孔塌陷，保障施工作业人员的安全，同时也保证施工质量。

2)桩孔施工的质量控制措施。

岩溶地区的冲孔灌注桩施工避免不了会出现偏孔问题，以下是笔者总结的几点防止偏孔的措施:a.钻机穿越溶洞上方岩层:本工程岩溶地貌发达，溶洞顶部的岩层排列不一，强度也不尽一致，那么在冲孔灌注桩施工时极易造成钻头卡住或偏孔等问题。因此工程施工时，施工人员将钻机钻至溶洞顶端0.5 m上下时要调小冲击钻冲程，防止偏孔或卡钻。如出现偏孔现象，可在溶洞层上方浇筑素混凝土，24 h后再重新进行冲孔。考虑到本次冲孔灌注工程溶洞上方的岩层主要是卵石层，一旦出现溶洞漏浆，极易发生塌孔。因此在冲孔之前施工人员在桩孔中埋设钢护筒，目的是保护卵石层不发生塌陷，避免出现整个孔的坍塌。另外施工人员时刻观察桩孔中的水位变化以及泥浆的粘稠度情况，当发现泥浆的颜色和粘稠度都发生变化时，说明溶洞顶端已经成功被击穿。b.钻机穿过溶洞的施工工艺:溶洞顶端岩石被击穿后，发现并无偏孔现象即表示已经进入溶洞内部。这个时候要根据溶洞的大小和填充物分布情况做出相应的措施进行下一步工作的处理，通常会有两种情况:溶洞体积较小:一般洞高小于1 m的小型溶洞，洞内如果有填充物但裂隙不发达时，可加大泥浆的比重，按照正常情况下孔桩的施工方法进行。如果洞内无填充物，钻机穿孔内水头出现突然下降现象，则立即采取人工填充，填充物主要采用块石和黄土进行回填，直到漏浆现象停止再重新进行冲孔。溶洞体积较大:岩溶地区地形复杂多变，当然要考虑到施工现场会有较大溶洞的分布。漏浆现象常出现在这种体积较大的溶洞中，漏浆速度快且量大，如果不及时处理会出现坍塌，严重时地面甚至出现整体塌陷。针对这种体积较大的溶洞，可先钻进至溶洞底板，然后采用片石、砾石混合物回填溶洞，混合物回填高度每次以1 m～2 m为宜。每次回填后立即用小冲程挤压，反复多次，直到整个溶洞都被填满后再进行下一步的工作。如果施工过程中回填物流失严重，可采用向溶洞顶端0.5 m左右的位置向桩孔中灌入C20细石水下混凝土或整包水泥填孔，一次几十包下去，等到混凝土或水泥达到一定强度后再继续钻进工作，时间宜控制在24 h左右。注意这个过程应该增加粘土数量，同时提高泥浆的比重(1.30 g/cm3)。

3)钻机穿过溶洞底部的施工工艺。

在钻机穿过溶洞后，继续钻进发现速度明显比在溶洞内进行的慢，且缆绳摆动幅度比较大，表示钻机已达到溶洞底部。通常溶洞底部的岩石呈台阶状分布，形态往往因溶蚀程度不同出现倾斜。因此，钻机穿过溶洞底部时非常容易造成偏孔现象。可在钻机到达溶洞底部时，将钻机调整为小冲程进行钻进。施工人员配合随时检查桩孔位置。如果发现偏孔现象，要将钻头提起，向孔内抛入片石。回填片石的高度以偏孔位置为标准，反复多次，直到完全将偏孔的位置纠正为止。

4)防止桩孔底部沉渣过多的施工措施。

按照以上施工工艺进行施工后，桩孔钻成后要及时采取安全可靠的清孔措施防止桩孔底部沉渣超标。施工措施为采用泥浆泵压浆正循环方法将桩孔底部的沉渣及时排出，最好一次性将其清理干净。或采用专门的清孔设备对桩孔进行清理，时间控制在15 min左右。放置2 h～3 h后再进行一次清孔。在钢筋笼下到桩孔后、浇筑混凝土前要第二次清孔，如此才能满足施工设计和工程质量要求。