探析岩溶地区地基处理及桩基施工技术

潘伟民

[摘要]我國地貌分布有广泛的岩溶地质，而其特点就是地质情况复杂多变，在岩溶地区进行地基处理及桩基施工，岩溶的复杂性及多变性是影响工程质量及进度的关键因素。对于一个在岩溶地区施工的工程来说，地基处理及桩基施工对整个工程项目的质量起着至关重要的作用，为提高工程项目质量，在施工开展之前对施工所在区域的勘测应予以足够重视，勘测、设计、施工的方法及技术，应结合施工实例，总结岩溶地区地基处理及桩基施工的影响因素、不同岩溶形态采取的处理方法、以及在施工中遇到的异常情况，并采取的相应处理措施。

[关键词]岩溶地区：地基处理：桩基施工；影响因素：处理措施

一、工程概况

某某工厂项目场地内的工程地质条件复杂，处于隐埋型岩溶地区，基岩面起伏大，溶洞、溶沟、溶槽、石芽、岩石陡坎发育，溶洞多为流塑状混碎石粘土充填。根据勘察资料及桩孔超前钻资料，地基土层从上到下为第四系人工填土层、第四系坡、残积层、石炭系下统、第四系洞穴堆积。石灰岩为场内基岩，表面高低不平，岩石含硅质结核，并部分硅化，岩质致密坚硬。该层中岩溶现象非常发育，溶洞、溶隙在剖面上呈串珠状，溶洞多茌高倾斜度的岩壁，溶洞中大都有充填物，夹硅质角砾，在这种地层中施工钻孔时，易造成卡钻、钻孔歪斜和漏浆垮孔等质量问题，在深层，岩石较为完整，是良好的天然地基，可作为桩基持力层。本厂址部分岩溶强烈发育，溶洞规模大，且水平向呈一定连通，基岩面起伏大，且软土分布较多，对基础稳定性影响极大。综合来看，厂区多数地段需进行地基处理，该区内重要建（构）筑物均采用钻孔灌注桩，桩径为0.8～1.0m，全断面入岩深度为O.80m-2倍桩径。二、岩溶地区地基处理及桩基施工的影响因素

岩溶地区的地质情况较为多样并且极为复杂，在此地区会有丰富的地下水冲刷基岩的下部，使该地区形成土洞再进一步的发展成为大小和深浅不一溶洞，在岩溶顶部较弱的地区，局部出现破碎或开口就形成能见洞的溶洞，或者是串珠样的溶洞。所以这样使桩基施工的条件就难度大增，经常会造成一系列的事故。为了避免或减少这些事故的发生就得总结在岩溶地区桩基础施工中常见的问题以及在施工的过程中采取一定的、必要的技术手段，以及预先做好勘测，掌握该地区的地质情况，考虑茌桩基施工过程中可能发生的问题，预先做好各种问题出现时的应急措施。在施工之前应该对该地段的情况进行全面的分析，各种形态溶洞的形成都是理化作用而产生的最终结果。岩溶地区、暗河同时有流动的地下水，会持续融溶岩层，是岩溶发育的基本条件。而岩层岩溶的发展变化有快有慢，在通常情况下，在建筑的使用年限内忽略这种岩层岩溶变化对工程质量造成的影响，具体体现在以下几方面：

（1）岩溶的连通性。遇到覆盖层流塑性或岩溶的连通性较强时，常因孔内浆液突然流失，来不及补浆，致使孔内液面高度降低，钻孔内外压力差增大，没有足够的液体压力来维持孔壁稳定，导致塌孔。

（2）溶洞内的填充物及性质。对于洞内有流塑状的填充物时，若采用人工挖孔桩，会出现突水突泥的情况；若采用钻孔灌注桩，则会出现坍孔以及灌注桩缩颈、夹泥和断桩的现象。造成这一质量问题的原因有许多，但主要的原因是在用钻头击穿溶洞顶板时用力过猛或者是突然进入溶洞时形成不圆顺的孔型出现卡钻的现象。对此采取的处理措施是：向孔内抛填粘性强的土与此同时把泥浆的比重调高防止碎石下落造成的卡钻现象发生；用小冲程冲砸较大溶洞的顶部；或卡钻事件发生后用小的钻头对卡钻的物体进行冲击。而埋钻事故的发生主要是由于孔壁的塌陷，处理的措施主要是在预先做好钻机撤离的准备，如配备拖拉设备，把滑车钢丝绳系好，之后，用小冲程的钻机进行钻孔。

（3）地下水位高低。岩溶发育地区地下水位高低也是影响桩基施工方法选择的重要因素之一，需特别注意地下水是否为承压水。人工挖孔桩在挖穿基岩层时，如果遇到承压水，桩底会大量涌水，易发生施工安全事故。

（4）岩溶的分布及发育程度。如果岩溶发育程度较高，极易发生孔斜、夹钻、卡锤、埋管等现象，给工程留下安全隐患。

三、岩溶地区地基处理及桩基施工方法

对于岩溶发育地区的桩基施工，岩溶的复杂性及多变性是影响岩溶地区桩基施工的关键因素。如何在施工过程中确保桩基工程质量，如何采用安全、经济、合理的岩溶处理方案，是桩基施工人员普遍关注的问题。该场地的岩溶发育形式主要为溶洞、溶沟、溶槽、裂隙，针对不同的岩溶形态采取不同的处理方法。

（1）溶洞处理。对于无充填的大溶洞，投人大量的块石夹粘土或水泥或是袋装粘土充填：对于封闭的比较小的溶洞，采取注浆措施，提供成孔条件穿过溶洞。若洞内无填充物或填充物不满，则采取先填充碎石或干砂，然后注浆；若充填物呈松散或软塑状态时，直接注浆固结即可；若充填物已固结呈硬塑状态时，则可以直接冲孔，但需加强泥浆护壁。

（2）溶沟、溶槽、裂隙处理。对于溶槽、溶沟、裂隙等，冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土，甚至投入粘土或者水泥土堵塞起到护壁作用，保证泥浆不流失，使钻孔顺利通过岩溶区。

（3）岩溶处理后成孔。经处理后的岩溶位置，成孔方法与一般地层的成孔方法相同。但成孔时应注意几点：①必须待注浆凝固后才能进行成孔；②成孔前应有预防措施，备好足够材料，一旦出现漏浆情况，及时向孔内投放粘土、水泥和片石，保持孔内泥浆高度，使得成孔施工顺利进行；③注意控制泥浆的性能指标，加大泥浆比重；④接近岩溶地段，要轻锤冲击、加大泥浆比重，防止卡钻和掉钻。

四、全断面岩面的判断

该工程按设计要求桩基施工桩端全断面嵌入中等风化灰岩0.50m-2倍桩径，施工工序中增加了一般地质条件下灌注桩施工所没有的全断面岩面判断。勘察资料及实际施工情况表明，本场地属岩溶强烈发育区，基岩面起伏较大、倾角陡，溶沟、溶槽、裂隙发育，因此，正确判断全断面岩面成为本工程成孔施工的重要环节。

由于现有桩基技术规程规范对全断面岩面的判定尚未给出统一的标准，而且影响全断面岩面判定的因素较多，以及受复杂地质条件的影响，对全断面岩面的判断往往意见不一致，因此，正确判断全断面岩面成为岩溶地区桩基施工质量控制的一大难题。

茌该工程施工过程中，根据岩溶地区地质条件的特殊性、复杂性及工程特点，并经过试桩检验，主要从以下几方面对全断面岩面进行

综合判断：

（1）参考超前钻孔揭示的岩面高程，以桩孔实际见岩面高程起，至少进尺50cm后，可申请全断面岩面检验。

（2）查阅机台施工记录，可将基岩进尺速度为0 1-0.2m/h（排除设备、人为原因）作为全断面岩面的控制速度。

（3）观察孔口钢丝绳或钻杆的摆动情况，刚遇基岩面时会出现剧烈晃动，钻孔进入全断面岩面后，钻进较平稳，不会出现剧烈摆动。

（4）用筛网捞取岩渣，岩屑细且含量大于60%，含泥、含砂量小于4%时，认为全断面入岩。.

五、桩基施工中异常情况的分析及处理方法

岩溶地区由于地质情况较复杂，岩溶形式多样，即使地质钻探时一孔一探，一桩一分析，很可能扔难以清楚地掌握地下地质的变化情况，因此，难免会在施工中出现些异常。该工程施工过程中遇到的异常情况主要有以下几种：

（1）塌孔和漏浆：泥浆突然泄漏孔的现象叫做漏浆.泥浆渗漏的現象在溶蚀裂缝和洞穴或容易发生溶洞群发育地区容易发生.漏浆的主要原因产生钻穿屋顶没有填料或几个大溶洞，洞孔壁压力损失，洞头急剧下降，外部的水压过高孔壁坍塌，导致泥浆在孔内大量流失：灌注混泥土的过程中.铸件的侧压力作用。使大量的混凝土沿着岩溶裂隙或洞穴通道泄漏.产生具体的液面差.形成桩长不够的现象。由于通过与地下水暗流相连的强透水性地层或未填充的溶洞，常会发生漏浆现象，严重时会造成塌孔。这种现象主要发生于岩、土交接面软土层分布厚度较大区间。从工程勘测成果来看，场地内岩、土交接面处多数分布软土，基岩埋藏愈深，其面上之软土愈厚，桩亦较长。软土层空隙相对较大，塌孔、漏浆严重，泥浆护壁相对困难，且近基岩面作业，往复冲击，易卡钻、埋钻。

对该种情况可采用将粘性土掺混片石投入孔中，低锤冲击，使粘土块、片石挤入孔壁成孔，视漏浆程度反复抛填并进行冲击，直到不再漏浆为止，单次抛填厚度不宜过大；亦可采用套管护壁成孔。

（2）偏孔：岩面凹凸不平，桩孔沿岩面发生倾斜，孔的垂直度及孔径偏差较大。

处理偏孔的关键是找平孔底、保持孔底硬度相对均匀。发现岩面处溶槽及岩面凹凸不平时，应立即提出钻头，向孔内抛入片石、碎石和粘土团块，将孔回填超过斜面位置一定厚度（一般2.0m左右），保证钻头平稳，以小冲程冲击到原位，然后再抛入相同配比的混合物一定厚度，以较大的冲程造孔；若回填片石和粘土处理效果不理想，可先掏渣清孔，再将早强混凝土（C30以上）向孔内灌注封底，将倾斜的基岩面灌注找平。灌注高度应高于倾斜面在2-3倍桩径，且不小于1.0m，待强度达到一定程度后再继续钻进成孔。

极端的情况下，可遇见大型的石芽，形成孔内半边为土层、半边为岩石，且岩石面全部为斜面的情况。该情况下可用泥浆泵将孔内泥浆抽干，采取安全防护措施后，在孔底及孔壁进行爆破纠偏，爆破后检查孔底和孔壁，符合要求后再继续冲击钻孔。

（3）卡钻。遇到卡钻首先分析原因，针对卡钻原因进行处理，不能盲目施工。若因钻孔不圆或被探头石或上部孔壁掉下的石块卡住时，可缓慢上下活动钻头，待松动后慢慢将钻头提出：若因钢丝绳中放过多，致使钻头倾斜顶住孔壁时，可用自制简易正绳器，将钻头拉正，缓慢提起；经上述方法均告失败时，可能是卡钻异常严重，机械力度不够，此情况下，可在确保安全情况下，放适量炸药进行水下爆破，把卡钻的岩石振松，再缓慢拉起。

（4）掉钻。造成掉钻的原因有多种，最常见的有：①茌卡钻后强提强扭，使钻杆或钢丝绳在焊接处和疲劳损坏位置断开；②联接钻杆的螺杆松脱或扭断，使钻头和部分钻杆掉落在孔内。掉钻事故以预防为主，经常检查最易损坏部位，定期检修，遇到损坏的部件立即修整或更换：购买螺杆时要货比三家，选择购买质量好的，上螺杆时一定要拧紧，消除隐患。在该工程中处理掉钻事故采取的措施有：①用自制打捞器进行打捞；②保证泥浆护壁稳定情况后，由专业潜水员潜入泥浆中用钢丝绳把钻头套牢，然后借助钻机把钻头提起。

（5）斜孔。孔斜是指在成孔施工时，孔的倾斜度超出设计及规范要求。造成孔斜的主要原因是桩孔内底层岩石软硬不均或半土半岩“斜坡岩”导致钻头无法水平就位，若不及时纠斜处理会使孔越打越斜，使钢筋笼和导管无法下入。在该工程中遇到多处孔斜，采取的处理方法有以下4种：①回填片石，使钻头保持水平，钢丝绳保持竖直向下冲孔；②用加导向的钻头；③浇筑素混凝土，使基底岩石保持软硬一致，纠正钻头偏斜；④利用炸药对坚硬岩石进行爆破。

（6）串浆。由于有溶洞的存在，在施工过程中，使得相邻的桩孔在桩身的某个部位被溶洞贯穿，大量泥浆从相邻桩孔口涌出，出现串浆现象。在该工程就存在有串浆现象，现场施工时曾有一根桩正进行混凝土灌注，突然孔内泥浆面及混凝土面急剧下降，同时正在进行钻孔施工的相邻孔口泥浆大量涌出，随即用测锤测量发现涌浆孔内有混凝土。采取的措施是迅速加导管并测量孔内混凝土面，看导管埋深是否满足要求，如果导管的埋深符合要求，则继续灌注混凝土；如果混凝土面下降太快，致使导管埋深不够或已脱离混凝土面，则迅速将导管及钢筋笼拔出，进行回填重新造孔。施工结束后，对该桩进行桩身混凝土质量检测，桩身质量良好。

结语：

岩溶地区地基处理及桩基施工因地质情况的复杂性和隐蔽性，不可预测情况多，施工难度大。因此，在施工中应根据不同的岩溶类型，采取相应的施工方案和措施，才能有效地保证复杂岩溶地层地基处理及成桩质量，确保施工安全和施工进度。因岩溶地区地质条件的复杂性，施工过程中应秉承信息法施工的原则，不能根据既有经验和直觉下定结论，遇到特殊情况应暂停施工，提请勘测、设计、监理、施工各方，如有必要需组织专家论证，以保证工程的质量及安全。本文可为在复杂岩溶地质条件下的地基处理和桩基工程施工提供一定的经验和借鉴。