岩溶地区桩基础施工技术研究

龚逸非/GONG Yi-fei

（昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650500）

中国喀斯特地貌分布广、面积大，主要分布在云贵高原和广西。岩溶地基严重制约着工程建设，文章将从几个方向介绍岩溶地区桩基础施工过程中遇到的问题和解决方法。

1 钻孔灌注桩施工工艺

灌注桩是直接在现场设计桩位处成孔，然后在孔内放置钢筋笼，再浇灌混凝土而成，其横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩。与预制桩比较，灌注桩一般只需要根据使用期间的内力要求配置钢筋，用钢量少。保证灌注桩承载力的关键在于桩身的成型及混凝土的质量。

钻孔灌注桩用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，再浇灌混凝土成桩。有的钻机成孔后，可扩大桩孔形成扩大桩端，但扩底直径不宜大于3倍桩身直径，目前国内钻孔灌注桩多用泥浆护壁，泥浆应选用膨润土或高塑性粘土在现场加水搅拌而成，一般要求其比重为1.1～1.15，粘度为10～25s，含砂率小于6%，胶体率大于95%。施工时泥浆水面高出地面1m以上，清孔后在水下浇灌混凝土。常用桩径为800mm、1 000mm、1 200mm等，最大优点是入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便的在水下施工。

2 岩溶地区钻孔灌注桩施工的难点

1)由于岩溶强烈发育，形成的溶洞、漏斗、岩溶裂隙等地质现象严重影响了施工，在现场桩基施工过程中会导致漏浆、弯孔、掉钻等情况，易引起工程事故。

2)密集的溶洞、溶沟进一步发育，会相互连通，施工前应备足黏土、片石、袋装水泥和碎石，以防止在施工中造成的浆液流失从而引起孔壁塌落甚至出现塌孔。在施工之前充分了解各土层工程性质，特别易导致地面塌陷的土层。

3)岩溶地区地下水异常丰富，钻机成孔过程中易造成钻孔结构和形状发生变化，易出现斜孔、弯孔现象，也会造成在施工过程中漏水、漏浆的后果，地下水如果为承压水更应该在施工过程中谨慎小心。

4)钻孔完成后应该要进行及时清孔，在钻孔过程要对泥浆性能指标进行全程把控，保证成孔后质量高，防止出现塌孔。

5)在地下的土洞、岩洞坍落会形成地表塌陷。由于桩基施工会改变岩溶地貌条件，造成地下水位的急剧变化，有较大概率发生瞬时塌落。

3 岩溶地区桩基施工常用的处理方法

1）回填 当溶洞较完整，溶洞内无填充物，地下水流动较小，要求工期较短的情况下可采用回填法。回填法首先要钻机成孔，将材料填充在溶洞内，然后回填夯实直至满足设计要求。在采用回填法处理溶洞过程中，采用从上至下的步骤。

2）注浆 当溶洞岩体较为破碎，溶洞内充满流塑状填充物的情况下，采用注浆法。注浆法应先将注浆管插入所发现溶洞底部，通过压力注浆让浆液从孔底到达孔口，待浆液到达孔口不再下降时，视为浆体填满溶洞。整个填筑溶洞过程从下至上，注浆完成后取岩芯检测填筑是否达到设计要求，必须在溶洞填充满足其设计强度后方可实行下一步施工。

3）钢护筒跟进 溶洞易发生漏浆，漏出的浆体会与周围溶洞贯通，为了防止钻孔过程中钻孔倾斜，宜采用钢护筒跟进法。

上述3种方法应结合使用，从而保证整个工程的质量。采用不同直径的钻头与不同直径的钢筒，或者采用振动锤保护管底的溶洞施工方法可以解决岩溶溶洞顶盖在成孔过程中的坍塌问题，保证了桩的质量和安全性。根据地层性质的不同而不同，具体工艺如下：①用振动打桩机插入外层钢套管钻至溶洞顶板1.0m的顶部，保护筒外壁的厚度一般不小于10mm，筒内直径大于桩直径的0.5m，钻头大于孔直径的0.35m；②提出钻头，用起重机将钢管逐段接长放入孔底，然后用振动锤将护筒下沉到溶洞顶部，同时将内外套管之间空隙填满砂，内外套筒会同时进行受力，可以适当密封并固结灌浆，换用小钻头小冲击力冲穿过溶洞顶板，此时即发生漏浆，有钢护筒的防护，孔顶部也不会发生塌孔，可抛填粘土、片石和袋装水泥或灌注素混凝土等，继续钻进溶洞，直至钻至溶洞底板以下约50cm；③再次提出钻头，将内层的钢管继续接长，直通到底部的孔的位置，向孔灌注低标号素混凝土，将钻了大约50cm深的孔填充后，钢管的内层护筒插入混凝土与岩石固结，待稳固后用与直径相同的钻头钻到设计标，清孔验收后直接灌注混凝土。内层钢护筒比桩径大10cm，护筒本身厚度为6mm。溶洞内有无填充这种方法均使用。如果大型溶洞下还存在有较大的溶洞，则根据实际情况，需要使用多层套管和多种钻头进行施工。

4 桩基施工中质量事故及治理

在岩溶地区进行桩基础施工，由于地层中地下水的富集，加上可溶性的岩石导致地下溶洞、溶沟、石芽等发育完整，导致桩基持力层的基岩面起伏不定，严重影响成桩质量；同时钻孔灌注桩的施工工艺繁琐，对施工的机械和技术人员要求较高，并且桩基础本身属于地下隐蔽工程，容易存在质量问题，常见的桩身缺陷比如桩头浮浆、夹泥、蜂窝、离析等，因此，对桩基础的检测和缺陷桩的处理就显得尤为重要。

4.1 钻孔的漏浆、塌孔治理措施

若土洞溶洞内未填充密实，在钻机施工到洞口时孔内泥浆会迅速流失，形成漏浆，严重时孔内液面会快速降低导致孔内、外压力差过大而造成塌孔现象。

预防及防治措施：对易出现孔壁坍塌的地层，应预备好足够长的钢护筒，第一层套护筒外径比桩径大2～3倍，到达粘土层内，用来保证足够的水泥砂浆固结止水；第二层套护筒比桩径大1倍，到达岩溶裂隙强发育带中较完整的基岩上，保证孔壁不会坍塌；对事先未及时发现的土溶洞，保证在出现漏浆时能及时补浆。适当增加钻机底部承载面积可以应对工程中突然出现的塌孔现象，确保在出现塌孔时能够及时转移钻机，保证工人和现场施工机械的安全。

4.2 偏孔的治理措施

根据超前钻探资料显示，当孔内出现岩面倾斜、起伏较大或溶洞内“半岩半空”等情况时，一旦处理不当，会出现偏孔现象。

预防及处理措施：偏孔一般出现在钻头到达溶洞顶部或者倾斜基岩，所以现场施工人员必须熟记超前钻探资料中可能出现偏孔的位置，做好十字线随时注意冲击锤的钢绳摆动情况，一旦出现偏孔马上回填块石及时纠正，回填深度比偏孔深度多1m即可；在施工至溶洞顶部时，采用小冲程钻进，时刻注意进尺速度，若溶洞内为“半岩半空”状态，尽量在施工前先进行注浆处理，若钻进中出现严重偏孔，则可以选择浇筑混凝土填充，待混凝土强度满足要求后继续钻进成孔。

4.3 钻进问题治理

在钻头钻进过程中，在偏孔、孔壁内凹凸孤石、溶洞顶部处以及抛填片石等不良地质条件下会出现卡钻现象；钻头突然脱落，落入孔内，如果不及时处理，则会使钻头被沉渣或片石掩埋，造成埋钻。

预防及处理措施：在钻头钻进过程中要随时注意主绳是否牢固，绳卡和保险绳均要按规范固定，在钻头装上保险绳以方便在出现掉锤时及时打捞钻头，注意钻进冲击力的大小，保证片石挤密稳固后方可继续钻进，防止钻头进深太大而被片石掩埋。

4.4 钻进过程中混凝土流失

在最后浇筑混凝土工序中，混凝土侧向压力远远大于泥浆的侧向压力，侧向压力将泥浆混凝土挤入溶洞，造成成桩质量达不到设计要求，严重时会造成断桩。

预防和治疗措施：①增加灌注过程中导管的深度，埋深必须大于3m，并及时测量灌注过程中混凝土面标高，防止混凝土产生流失；②混凝土浇筑完成后的1～3h内反复测量桩顶标高，一旦发现混凝土液面下沉，及时补充混凝土，以免出现短桩的现象。

5 岩溶桩基础检测

岩溶地区桩基础多为端承嵌岩桩，根据JGJ l06-2014《建筑基桩检测技术规范》规定，工程桩的质量检测包含2个方面：桩身完整性和单桩承载力。

5.1 桩身完整性检测

小应变检测法：通过在桩的顶部施加激振信号产生应力波，在应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，就会产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断出桩的完整性。

小应变有其方法本身的局限性：首先对于多缺陷桩，应力波在桩中产生多次反射和透射，对实测波形的判断非常复杂且不准确，而且不能对桩底沉渣厚度定量计算。对于端承桩的嵌岩效果只能做定性判断，只能对桩身质量作定性描述，不能做定量分析，不能识别纵向裂缝，只能反映水平裂缝和接缝，不能对桩身混凝土的强度做出判断。

超声波检测法：非金属超声检测仪，是采用超声回弹综合法检测混凝土强度、混凝土内部缺陷的检测和定位、混凝土裂缝深度检测（采用优化跨缝检测方式）、混凝土裂缝宽度检测、自动读数带拍照超声透射法自动检测、判定桩基完整性（具有一发双收功能）。

5.2 单桩承载力检测

单桩承载力是指单桩到达破坏状态时所能承受的最大轴向静荷载，它取决于土对桩的支承力和桩身材料强度，并取用两者中的较小值。单桩承载力的估算是桩基工程的一个重要环节，特别是在二级、三级建筑物单桩承载力的确定过程中，确定单桩极限力的方法很多。

钻芯法是检测桩身完整性最直接的方法，不仅可看出灌注桩的完整性，检查桩底沉渣和持力层性状，而且是检测钻孔灌注桩混凝土强度唯一可靠的方法。通过钻芯确定大体积混凝土离析、孔隙度、泥洞更有效。同时也存在判断缺陷和裂纹不准确，耗费时间长，成本高昂等缺点。

静载试验法是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直接、最可靠的试验方法。但在工程实践中发现，基准桩的问题有时会被检测人员所忽视，容易出现基准桩打入深度不足，试验过程产生位移的问题。另外，在检测过程中，理论或主观的局限性、桩的选择上往往缺乏表征，这些因素大大影响了检测的正确性和客观性。

6 结 论

岩溶地区钻孔灌注桩的施工机械为：冲击钻机、旋挖钻机和回转钻机，对岩溶地质条件下的桩穿越溶洞的施工工艺进行改进；解释岩溶地区桩基础施工从钻孔开始到成桩完成常见事故的原因、预防和现场补救措施。为类似工程提供参考。