岩溶发育地区某项目钻孔灌注桩方案比选

韦世春

上海建工集团股份有限公司，上海 200000

1 工程概况

本工程市政部分包含沿肇庆大道下穿西江北路隧道、下穿肇庆大道车库联络通道。

隧道沿肇庆大道下穿西江北路，隧道采用单箱双室结构，双向六车道。隧道总长度455m，分敞开段175m+190m和暗埋段90m。车库联络通道下穿肇庆大道接入北侧车库，通道采用单箱单室结构。通道总长度300m，分敞开段60m、暗埋段240m。

基坑开挖深度5m以下采用拉森钢板桩围护，开挖深度大于5m采用钻孔灌注桩围护加内支撑和φ600mm高压旋喷桩止水。

2 工程桩基设计概况

隧道、车库联络通道工程桩总桩数278根，桩径为800mm，桩长为8～21.5m，保证工程桩进入微风化岩深度不小于0.5m，且桩底以下3m范围内无溶洞。支护结构立柱桩总桩数88根，桩径为800mm，桩长为10m。支护桩总桩数1127根，桩径为800、1000mm，桩长为12～21m，支护桩不满足嵌固深度时需进入完整灰岩3m。根据设计要求工程桩每根桩施工前均须作“桩位超前钻”，以便详细查明桩位处岩面埋深及溶洞分布情况。

3 工程地质情况

3.1 土层分布

根据勘察成果资料，本场地为石炭系地层，岩土性较复杂，岩面埋深起伏较大。土层自上而下为①素填土、②1粉质粘土、②2淤泥、②3碎石、②4粉土、②5粉质粘土、②6淤泥、②7粘土、②8碎石、②9含砾粉质粘土、③1粉质粘土、③2粉质粘土、③3粉质粘土、51中风化灰岩、52微风化灰岩。

3.2 水文条件

场区地表水为场区南侧波海湖,水量丰富，水位受大气降水及人工排泄影响，勘察期间测得水位标高约5.50m，波海湖水体与地下含水层间通过渗流、侧向径流互相补给和排泄，具有一定的水力联系。

地下水主要有以下三种：

（1） 赋存于填土中的上层滞水。填土主要成份为粉质粘土、碎石等，透水性较强、厚度较小、富水性弱，主要受大气降水和河流侧向补给，经地表蒸发排泄。

（2） 赋存于第四系冲洪积层中的粉土、碎石层中的孔隙潜水。粉土（夹粘性土） ，赋水介质连通性一般，透水性中等，分布范围较广，厚度一般，故富水性较强；碎石层赋水介质孔隙率高、连通性好、透水性强、分布范围较大、厚度较大，故富水性强。地下水补给来源为含水层侧向径流补给，以渗流方式进行排泄。

（3） 赋存于基岩风化带中的裂隙承压水。赋水介质存在于中风化灰岩的裂隙中，其透水性、富水性均较弱。该层地下水补给来源为上部含水层越流补给及侧向迳流补给，以渗流方式进行排泄。

本次勘察期间，钻孔中均遇见地下水，24h后观测其稳定（混合） 水位埋深为1.50～2.66m（钻孔水位埋深详见勘探点主要数据一览表） ，相应水位标高为7.37～6.45m。地下水位受季节性降水影响，据区域水文地质资料，上部地下水位变幅为1.0～3.0m左右。建议设计根据构筑物类型按不利因素考虑采用，其中基坑抗浮水位可取设计地面标高下0.5m。

3.3 不良地质

根据肇庆市火车站综合体建设PPP项目岩土工程勘察报告，拟建场地主要的不良地质条件主要为流砂及岩溶。

3.3.1 流砂

拟建场地浅部分布有②4层粉土，拟建场地地下水位埋深较浅，松散粉土在一定动水头压力作用下易发生流砂现象。

3.3.2 岩溶

⑤溶洞：本次钻探共36个钻孔揭露有溶洞，见溶洞率为43.75%。洞高0.40～6.70m，由软塑粉质粘土全充填或无充填物，钻进漏水，溶洞顶板层厚岩层0.10～6.90m（含破碎岩） ，岩溶作用对拟建遂道抗拔桩设计、水泵房桩基设计及施工有较大的不利影响，设计时需采取合理的处理措施。

本场区地质情况较复杂，溶洞、溶沟、溶槽等无规则分布发育于灰岩中。

4 施工工艺选择

4.1 冲击成孔灌注桩

冲孔灌注桩是灌注桩的一种。灌注桩是直接在施工现场桩位上成孔,然后放入钢筋笼再灌注灌注桩机混凝土而成。冲孔灌注桩施工冲孔机冲击成孔，为泥浆护壁成孔。

优点：桩长和直径可按设计要求变化自如；桩端可进入持力层或嵌入岩层；单桩承载力大等，可处理溶洞等不良地质情况。

缺点：灌注桩成孔工艺较复杂、成孔时间长、功效低；泥浆护壁产生泥浆量大，污染环境。工程临近波海湖，对泥浆控制要求高。

4.2 常规旋挖钻孔灌注桩（SR-250C）

旋挖钻孔灌注桩是指由旋挖钻机施工成孔的桩型。旋挖钻机成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。

优点：自动化程度高，劳动强度低；钻进效率高；成桩质量好；环境污染小。对粘结性好的岩土层，可采用清水钻进工艺，无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

缺点：遇岩层无法钻进入岩。

4.3 大型旋挖钻孔灌注桩机（XR360）

配备入岩模式动力头大型旋挖钻孔灌注桩机，动力头最大扭矩360kN·m,可以进行入岩钻孔，小型溶洞、斜岩可直接成孔。

优点：自动化程度高、劳动强度低;钻进效率高;成桩质量好;环境污染小。

缺点：钻机入岩需要特种钻头，配件损耗大、综合成本高。如遇大溶洞、斜岩等不良地质，易卡钻。

5 工艺试桩

5.1 冲孔试桩情况

根据设计要求，围护桩要求按设计桩长终桩，岩面较浅不能达到设计桩长则入微风化岩3m，据现场勘察报告及工程桩超前钻探报告，需入岩率约82.77%，需入3m岩率约44.42%。且场地范围溶洞相对较多，勘察报告显示见洞率50%以上，因此初时采用冲孔灌注桩试桩，因施工效率问题，再时采取旋挖钻孔灌注桩试桩。前后选用冲孔桩机和旋挖桩机成孔两种工艺。

冲孔试验桩打设位置在处基坑支护钻孔灌注桩（D型）和在BK1+622处基坑支护钻孔灌注桩（C型）共2根。

旋挖试桩选取BK1+520～BK1+542间的基坑支护钻孔灌注桩（D型）共3根。

钻孔灌注桩采用从原地面埋设护筒，泥浆循环系统在原地面以上制作；钻孔桩原地面至设计桩顶标高采用空桩，混凝土灌注完成后回填片石，确保安全2条试桩均成桩。

（1） 钻孔桩试桩从2017年9月14日开始到2017年9月21日结束，共计施工8d（中间移机及维修1d，实际试桩时间7d） 。总成孔钻进时间84h。钻进过程中土层进尺1.19m/h，中风化层进尺0.31m/h，微风化层进尺0.09m/h。泥浆指标：钻孔时比重1.2～1.3左右，粘度在18～22s之间，含砂率为4%，快接近终孔时泥浆指标通过间断的往泥浆池内添加清水，使泥浆指标下调，最终满足设计及规范的要求，比重1.07，小于1.15，粘度21s，含砂率1.5。

（2） 在施工过程中耽误的主要时间是微风化钻进成孔，共计61.5h，占钻进时间的73%，试桩总时间的67%。由于场地地质多变，两条桩均遇斜岩，微风化灰岩强度高，造成不同程度的冲进偏孔，出现偏锤、卡锤现象，施工时采取回填黄泥夹片石小冲程复冲，回填比例为1：1；反复回填复冲；且锤头磨损严重，需要更换锤头并补焊耐磨块。

（3） 混凝土灌注是一个完整、连续、不可间断的工作，灌注工作开始前，机械管理人员和负责司机应对混凝土灌注所使用的全部机械进行维修、保养，保证机械在施工过程中正常运转。混凝土灌注用时每条桩均在1h左右。混凝土充盈系数均大于设计要求的“不宜大于1.3”。

经试桩的施工情况说明：场内的地质状况和地勘报告基本吻合，我公司所选用的施工工艺及机械设备能满足本工程的成桩施工要求。但施工成桩时间长，而本工程工期紧迫，桩基占用施工时间将过长，不利于工期目标的实现。

5.2 旋挖试桩情况

从2017年9月14日～9月21日冲孔试桩情况来看，虽能试桩成桩成功，但成桩效率很慢，综合施工场地条件分析，难以满足工期要求；故我司结合工程实际情况及以往工程、临近工程经验，拟采用旋挖机成孔，旋挖机成孔拥有成孔快，施工效率高的特点，可提高成桩效率，故选取旋挖成孔试桩。

10月3日进场SR-250C旋挖机因桩需入岩3m，机身动力不足无法满足入岩深度，调整后，10月6日进场XR360旋挖机进行试桩。自2017年10月8日至10月12日试桩成桩3条。分别为

更换360旋挖机后3条试桩均成桩。

（1） 旋挖试桩从2017年10月8日开始到2017年10月12日结束，共计施工5d。总钻进时间20h。钻进过程中土层进尺8.12m/h，微风化层进尺0.61m/h。泥浆指标：钻孔时比重1.1～1.2左右，粘度在18～22s之间，含砂率为4%。

（2） 施工过程中未遇明显漏浆、塌孔情况。

（3） 水下混凝土灌注用时每条桩均在0.5h以内。混凝土充盈系数均大于设计要求的“不宜大于1.3”。

经试桩的施工情况说明：场内的地质状况和地勘报告基本吻合，我司试桩所选用的施工工艺及机械设备能满足本工程的成桩施工要求。

6 方案比选

6.1 二种工艺试桩结果对比

通过3种机械试桩情况综合来看，冲击成孔及旋挖成孔在本工程地质条件下均满足成桩施工要求。

5条试桩均入岩3m终孔，冲孔桩机成孔时间每条桩在40～48h，冲孔土层进尺1.19m/h，微风化层进尺0.09m/h；旋挖桩机成孔时间每条桩在6～7h，旋挖土层进尺8.12m/h，微风化层进尺0.61m/h。从施工效率来看，旋挖桩机的工效约是冲孔桩机的7倍。

通过混凝土充盈系数比较，冲孔的2条试桩充盈系数分别为2.39和1.77；旋挖的3条试桩充盈系数分别为1.77、1.62和1.61。旋挖成孔对砼超方的控制优于冲击成孔。

因本次旋挖试桩未明显漏浆、塌孔，根据以往的工程施工经验判断，本次选用旋挖机型可处理本区域小型溶洞及斜岩，节省了冲击成孔处理溶洞、斜岩回填、复冲工序所需的材料、时间。

6.2 进度分析

根据本工程总进度计划，需于2018年7月30日前达到竣工条件，施工工期紧，施工任务重。桩基施工工期约占总工期的30%，桩基施工进度直接影响总进度计划目标的实现。因此，施工方案的选择、比选必须将施工进度做法重要的考量指标。

本工程车库联络通道、隧道设计桩数共1493根，按现有车库联络通道18台冲孔桩基计算，每台桩机平均2d完成一根桩，预计需要150d，且需要考虑交通疏导方案，无法按计划完成进度目标。结合本工程实际情况，为实现工程建设目标，桩基工程有必要选用施工效率高的大功率旋挖桩机施工。

7 结语

故根据本次试桩情况及两种方案施工对比，结合本工程的地质条件、周边环境、工期要求，车库联络通道、隧道工程采取如下后续施工方案：

（1） 工程桩、基坑支护钻孔灌注桩采用旋挖成孔方案；

（2） 旋挖成孔遭遇大量漏浆、塌孔或遇斜岩无法钻进时，回填钻孔，采取冲击成孔施工钻孔灌注桩。利用两种机械对不同地质处理的优势，最大限度的提高施工工效，同时满足设计要求和工期要求，减少对环境的影响，实现较好的社会经济效益。

（3） 经过本工程实践，采用2种工艺结合的施工方案，解决了溶岩场地成孔困难问题，加快了施工进度，确保整个工程的顺利推进。

[1] 陆青涛.旋挖钻孔灌注桩施工技术[J].技术与市场，2012, 19（1）：24-25.

[2] JGJ 94—2008， 建筑桩基技术规范[S].

[3] 周宗道.岩溶地区冲孔桩施工技术措施探讨[J].地质灾害与环境保护，2013,13（3）：79-82.