武九客专岩溶地区抗滑挖孔桩施工技术探讨

李文建

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 工程概况

1.1 项目介绍

武九客专里程DK137+953.51～DK138+230.75，长1232.52m（DK138+855.36=DK137+900，长链955.36m），前接富水特大桥，后接朱家湖特大桥，属于岩溶路基、膨胀土路堑；设计为挖方路堑，线路左侧设置有抗滑桩及桩间挡土板，桩（中～中）间距均为6.0m，截面为1.75m×2.5m，桩长11～13m，桩靠线路侧边缘距股道Ⅰ线中线的距离为20.1m，共设置120根抗桩，挡土板采用矩形截面，挡土板挂板高度2.5m～7.0m，桩身采用C35混凝土灌注，挡土板采用C35混凝土预制，采用人工挖孔灌注成桩工艺施工。

1.2 水文地质情况

本段路基位于岗丘地区，地面稍起伏，自然标高为26～44m，相对高差约18m，地表植被发育，多旱地；工程地质以粉质粘土、粉砂岩、角砾岩、灰岩为主；地表水不发育，地下水发育；其中有963.24m路基基底为覆盖型岩溶发育地段，线岩溶率为8%；局部岩层中多发育较大型溶洞，溶洞内多为充填满粉质黏土及砂层，局部为空洞。

2 施工常见问题

在岩溶发育的地层进行桩基施工，由于地质结构复杂，岩面参差不齐，溶洞有软塑、流塑填充物或空洞等情况，不可预见因素多，施工难度大，这是制约施工工期、威胁安全、影响工程质量的技术难题［1］，因此挖孔桩桩基在施工中易遇到以下施工问题：

（1）洞内有流塑状的填充物时，若采用人工挖孔桩，易出现坍孔、突水突泥的问题。

（2）岩溶发育地区地下承压水，人工挖孔桩在挖穿基岩层时，桩底会大量涌水，易发生施工安全事故。

（3）挖孔桩底部有较大溶腔，挖孔桩施工过程中易发生塌落，造成人员伤亡事故。

3 挖孔桩施工

3.1 挖孔桩施工工艺流程

如图1所示。

3.2 主要工艺控制措施

3.2.1 桩顶覆盖层开挖

按照施工图的要求，测量人员放出桩基开挖的开口线，开挖灌注桩顶部的覆盖层，形成施工平台，开挖过程中，严格按照测量高程进行施工。

图1 挖孔桩施工工艺流程图

3.2.2 测量放线

采用全站仪测放桩位，埋设十字护桩，十字护桩必须用砂浆或混凝土防护，以备开挖过程中对桩位随时进行检验。

3.2.3 桩身开挖

桩身开挖，采用人工分段开挖，每开挖1m深度后，立即进行护壁钢筋的安装和混凝土浇筑，待护壁混凝土浇筑3～4h后，再进行下部开挖。

（1）人工挖桩。桩基土方开挖采用人工使用羊镐、铁锹进行开挖，装吊桶提出。进入基岩或者遇到孤石后，采取小型松动爆破，分解孤石或基岩，然后人工撬挖，装吊桶提出。

（2）弃碴提升、运输。在孔口安装小型的提升机，利用1t卷扬机进行提升，0.2m3提升吊桶采用1mm厚的钢板焊制，要求吊耳、提升钢丝绳必须具备足够的强度，另外，卷扬机的锁定装置必须完好，以保证提升过程中的安全。桩基开挖弃碴暂时堆积于施工临时便道外侧，待堆积一定数量后用装载机配自卸汽车运输至弃碴场。

（3）排水、照明等。因桩基全部位于岩溶地区，所以开挖过程中的渗水量较大，施工前应准备足够的潜水泵以及排水软管、电缆等排水设施和材料，开挖过程中的渗水应及时排除，以免影响施工进度和桩基护壁的稳定［2］。

开挖过程中应经常检查开挖偏移误差，严禁欠挖并控制超挖。

3.2.4 锁口施工

锁口施工，桩孔开挖1.7m后，施作锁口，锁口采用C20混凝土，高出地面30cm。

3.2.5 护壁混凝土施工

（1）护壁混凝土分节浇筑，一边开挖桩基一边施工护壁，每段护壁高度为100cm。在桩基开挖前，首先根据施工图加工定型钢模以及定型木支撑，便于现场支立。

（2）桩基开挖断面检查，人工开挖桩基1m深度后，在软弱围岩地段及岩层分界面处可适当缩小护壁高度。利用吊锤进行检查，桩基位置、护壁厚度。

（3）钢筋绑扎，开挖断面测量合格后，立即进行钢筋绑扎施工，绑扎铅丝采用20#，梅花型绑扎。严格按照设计要求的数量和规格绑扎，钢筋安装完毕，经质检工程师验收合格后，进入下一道工序施工。

（4）支立模板，按照设计支立模板，并加固。安装过程中，采用吊锤检查模板位置，模板偏差应小于2cm。模板支立合格后，将模板与基坑底部的缝隙封堵严密，以免护壁混凝土浇筑时造成漏浆，影响混凝土质量，两节模板之间预留10cm以利浇筑混凝土。

（5）混凝土浇筑，为了加快施工进度，护壁混凝土采用早强工艺，即加入速凝剂，速凝剂掺量为胶凝材料的4%，具体掺量根据试验确定。混凝土在混凝土拌和站集中拌制，采用混凝土搅拌车运输至灌注现场。入仓前，在井口位置固定好溜筒的进料口，然后续接溜筒至浇筑仓面位置，并固定牢固。浇筑时，一边将混凝土溜入仓面，一边人工抛洒速凝剂，每30cm采用插入式振捣器振捣一次。

（6）拆模，混凝土浇筑完毕，待3～4h后，即可拆除模板进行下一循环桩基开挖施工。

3.2.6 桩基钢筋混凝土施工

3.2.6.1 灌注桩混凝土浇筑施工程序

施工准备→桩孔验收→钢筋安装→验收→下入溜筒（或者导管）→混凝土浇筑→浇筑结束。

3.2.6.2 灌注桩混凝土浇筑的主要施工方法

（1）施工准备。

主要包括钢筋加工、制作，串筒和钢导管的制作及安装。当采用水下砼浇筑时，钢导管连接应安装橡胶垫圈，防止渗水。导管顶部安装进料口，方便混凝土送入导管。当采用常规方法浇筑时，可直接采用串筒浇筑，同时混凝土应振捣密实。

（2）桩孔验收。

挖孔达到设计深度，即嵌入基岩3m经过钎探确认无溶洞发育，经过监理工程师验收确认后，应利用人工将孔底修理平整，并清除孔底松散的石碴、沉淀物等杂物。

（3）钢筋笼制作及安装。

桩身钢筋施工，挖孔桩开挖至基底标高后，检查桩顶地质情况是否与设计相符，满足设计要求后，开始在桩孔原位绑扎钢筋笼，钢筋在加工场制作，运至现场绑扎。

（4）验收。

钢筋安装完毕后，及时进行钢筋安装偏差、焊缝工艺、保护层等进行检查，并再次对桩底进行排水、清理，直至满足设计以及规范要求，自检合格后，申请监理工程师验收，以便进行混凝土的浇筑施工。

（5）安装串筒或者导管。

验收合格后，在继续排水的前提下，安装串筒或者导管。根据规范要求，当自孔底及孔壁渗入的地下水的上升速度较小（小于6mm/min）时，可以采用常规的施工工艺，即串筒输送混凝土，振捣器振捣密实。

当渗水量超过规范要求时，采用水下灌注混凝土桩的方法，即导管输送混凝土，一边浇筑一边按照规范要求提升导管。采用吊车起吊安装导管，人工螺栓连接，直至导管底部安装至孔底。然后将导管固定在孔口位置，安装导管顶部的进料口。为了保证混凝土浇筑时周边混凝土可以均匀上升，要求将导管安装在桩孔中心位置。

（6）混凝土浇筑。

对于渗水较小的灌注桩采用常规的混凝土浇筑工艺。当渗水加大时，首先采用水下灌注混凝土施工方式，直至混凝土浇筑表面超出地下水位后，排除混凝土浇筑表面的积水，将导管拔出混凝土，改用常规混凝土浇筑工艺。混凝土浇筑时，将混凝土搅拌运输车开至需要浇筑的桩基位置，将运输车卸料口对准串筒（或者导管）进料口，直接卸料入仓。

①水下混凝土浇筑。在灌注混凝土开始时，首批灌注混凝土的数量应能满足导管初次埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部间隙的需要。在整个灌注时间内，出料口应伸入先前灌注的混凝土内至少2m，以防止泥浆和水冲入管内，且不得大于6m。灌注过程中，经常测量孔内混凝土面层的高程，及时调整导管出料口与混凝土表面的相对位置，并始终予以严密监视，导管应在无水进入的状态下填充。混凝土应连续浇筑，直至灌注的混凝土顶面高程达到图纸规定或者监理工程师确定的截断高度方可停止浇筑，以保证截断面以下的全部混凝土均达到强度标准。

②常态混凝土浇筑。在开始灌注混凝土时，串筒底部至孔底应有1～1.5m的距离，为了防止混凝土离析，不得大于2.0m。串筒宜布置在桩孔中心位置，混凝土在串筒中自由坠落。开始灌注混凝土时，孔底积水应尽量排干，灌注速度尽可能加快，使混凝土对孔壁的侧压力尽快大于渗水压力，以防地下水渗入孔内。为了切实保证混凝土浇筑密实，每层厚度控制在100cm左右振捣一次，采用插入式振捣器振捣。浇筑过程中，一边浇筑一边提升并摘除溜筒。

3.3 挖孔桩施工注意事项

（1）挖孔时，应注意施工安全。挖孔工人必须配有安全帽、安全绳，必要时搭设掩体。提取土碴的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具应经常检查。井口围护高出地面200～300mm，防止土、石、杂物落入孔内伤人。挖孔土碴应堆于井口3m以外距离，以免增大井壁土体荷载危及井壁安全。挖孔工作暂停时，井口必须罩盖。挖孔时，如孔内的CO2含量超过3%或孔深超过10m时，采用机械通风。

（2）孔内岩石需爆破时，采用浅眼爆破法，严格控制炸药用量，并在炮眼附近加强支撑和护壁，防止震塌孔壁。孔内经爆破后，先通风排烟，经检查无毒气后，施工人员方可下井继续作业。

（3）孔内照明必须采用安全电压。

（4）护壁模板拆除应视混凝土强度增长情况通过试验确定，并不得小于3～4h。

（5）为了加快施工进度，护壁混凝土采用早强工艺，即加入速凝剂，速凝剂掺量为胶凝材料的4%，具体掺量根据试验确定。

（6）因为桩基全部位于岩溶地区位置，所以开挖过程中的渗水量较大，应该提前准备足够的潜水泵以及排水软管、电缆等排水设施和材料，开挖过程中的渗水应及时排除，以免影响施工进度和桩基护壁的稳定。

4 岩溶地区挖孔桩施工影响因素

岩溶地区因地质情况的复杂性和超前地质预报措施的局限性，在施工前很难准确预报桩孔的地质情况，孔桩施工中面临着诸多不确定因素，挖孔施工也就面临诸多困难。

4.1 岩溶地区挖孔桩面临的主要问题

（1）岩溶发育地段“流砂”问题，桩身开挖遇“流砂”地层时，开挖难以成孔，孔壁周围的软塑状填充物随开挖不断涌入孔内，有时即使通过后，护壁砼又被挤裂破坏，无法成孔。

（2）挖孔过程中如遇空溶洞，事先没有制定预案开挖施工中桩底部突然塌陷，给施工带来严重的安全风险。

（3）桩孔底部或周边存在承压水，桩孔开挖后，剩余岩盘破坏，发生突涌水、涌泥灾害。

（4）岩溶富水地段，桩孔开挖过程中，地下水不断渗流入孔桩内，钻孔开挖困难。

4.2 岩溶地区挖孔桩施工措施

（1）坚持“先探后掘，预案先行”的施工原则，岩溶地区挖孔桩，每根桩都要施作超前地质钻探，探明桩身的地质情况并保证桩底落在稳定基岩上（要求基岩厚度不小于3m）。

（2）超前注浆预处理：为防止挖孔时突发突泥、流砂等现象，通常在挖孔桩施工前对抗滑桩外围2m范围内进行超前注浆预处理，同时起到止水帷幕作用。采用注浆泵注入纯水泥浆封堵，利用浆液的流动性，在压力作用下，充满空洞及裂隙。注浆时要控制好注浆量；当注浆量达到设计量或顶部返浆后，上拔注浆钻杆，直至结束；

若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌注中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用水泥浆液或双液注浆，全充填溶洞一般采用单液注浆。

①纯水泥浆∶水灰比0.6∶1～1∶2，常用水灰比1∶1，的纯水泥浆用于全填充岩溶及岩溶孔土层部分注浆。

②水泥砂浆∶水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0，用于无填充物的大溶洞。

③水泥水玻璃浆：溶岩连续灌浆15t仍不见灌浆压力上升或吸浆量下降及地表冒浆等情况，采用提高浆液浓度或双液压浆措施。双液压浆时采用水泥浆与水玻璃之体积比1：0.08；水玻璃波美度为38°～43°Be，模数2.4～3.0。

在规定的注浆压力下，注浆压力持续在0.2MPa不变，孔段吸浆量小于0.6L/min，单孔注浆量达到平均注浆量1.5～2.0倍，且进浆量明显减少时，延续30min即可结束注浆。为了保证注浆压力或注浆过程的连续性，加压注浆前进行必要的封孔措施。

（3）“流砂”地段挖孔施工，为确保施工顺利采取减小护壁高度和预先防护措施，减小每节护壁的高度，加大支护频度，在“流砂”地段每0.5m，甚至更小，施作一次护壁。预先防护措施，在开挖施工前，先将Φ25钢筋沿孔桩四周插打入开挖地层，钢筋长1～1.5m，间距20cm，钢筋上端头露出开挖面，并在外露端头设一环架立箍筋，箍筋采用Φ20钢筋，用以支撑插打的钢筋，限制其向孔内挤入。挖土开挖时，随开挖在插打钢筋外侧塞填稻草把，限制“流砂”向孔内挤入，开挖深50cm后，立即施作护壁钢筋砼，逐层开挖，直至穿过“流砂”段。“流砂”段采取加强护壁措施，增加钢筋数量，相邻节钢筋搭接长度不小于30cm［3］。

（4）结合超前地质预报，若抗滑桩底部有较大溶腔时，需在桩基施工过程中进行跟踪处理，当揭穿溶洞顶板时，可以填片石将溶洞基本填至饱满，再灌填底标号混凝土，待混凝土达到一定强度、桩孔孔壁稳固后在继续施工；

（5）岩溶地区，由于岩溶发育存在复杂性及隐伏性，所以有时一孔一探的勘察手段并不能完全揭示该孔桩的实际地质情况。对于空溶洞及承压水塌陷及突涌水、涌泥的灾害，除在开挖前超前钻探外，为确保施工安全，在开挖过程中，需施作加深炮孔（深5m），进一步探查孔桩地质情况，桩基开挖过程中密切观察周围地表沉降、渗水、水位变化、落渣和护壁砼等情况，防止异常情况发生。

5 结束语

挖孔桩施工工艺因其具有工程造价低廉、施工现场无噪声干扰、孔径不受施工机具的限制，可随需要控制、成孔质量可直接观测、施工时与其他施工方法相比可以缩短工期、混凝土灌注质量容易保证等优点，因此，在国内外工程建设中得到广泛的应用。实践证明只要在施工过程中加强超前钻探，预先探明地质情况，同时结合超前预注浆及加强钢筋混凝土护壁等措施可以广泛在地质条件复杂的岩溶地区使用。

［1］ 蒋学文. 岩溶地区桩基施工风险分析及应对措施［J］. 建筑施工，2012，（10）：11-14.

［2］ 张威. 浅析岩溶地区桩基施工技术措施［J］. 土工基础，2012，（05）：19-21.

［3］ 韩贵雷. 围压对破裂岩体注浆加固效果影响分析［J］. 工程勘察，2012，（09）：44-46.