冲击成孔灌注桩溶洞处理及沉渣厚度测量技术

刘亚刚 邵学

摘 要：冲击成孔灌注桩施工时出现的溶洞及孔底沉渣因为隐蔽性较高，在施工时不易控制。本文针对以上难点，对溶洞的判别、处理技术以及孔底沉渣厚度的有效测量技术做了详细介绍，以作参考。

关键词：冲击成孔灌注桩；溶洞处理；沉渣厚度测量；施工技术

1 引言

冲击成孔灌注桩广泛应用于房屋建筑工程、桥梁工程、水运码头工程、城市轨道交通工程的地基基础及围护结构中，具有承载力大、抗震性好，可以解决特殊地基承载力问题等诸多优点。但灌注桩地下、水上（水运工程）施工不可预见因素多，如基岩中出现溶洞、孔底沉渣过厚，导致无法成孔、成桩质量差、承载力不能满足设计要求等。因此，运用科学、实用的处理工艺应对此类质量不利因素显得极为重要。

为此，本文针对冲击成孔灌注桩施工中出现的溶洞及沉渣过厚，结合工作实践，谈谈冲击成孔灌注桩溶洞处理及沉渣厚度测量技术。

2 冲击成孔灌注桩溶洞处理技术

2.1 判别基岩中有无溶洞的方法

溶洞处理首先要做到的是能够发现基岩内有无溶洞及溶洞的位置、类型，因工程勘察阶段的地质、水文资料的详细程度不能满足准确预判的要求，所以在施工过程中可以根据以下现场情况判断基岩中出现了溶洞：

（1）详细了解地质、水文资料，判断桩基范围内有无溶洞。如有溶洞，根据设计文件的桩位，进行施工详勘，以满足可以初步确定溶洞范围、大小以及填充情况的地勘资料，并制定科学合理的施工方案和技术保证措施。（2）冲击钻钻头进入基岩后出现钻孔内泥浆高度快速下降或伴有大面积塌孔。（3）冲击钻钻头进入基岩后，钻进速度突然加快，甚至出现冲击钻头自动下坠的现象。（4）取到的岩石样本中，强风化或中风化岩石中夹杂有钟乳石碎块。

2.2 桩基溶洞施工处理方法

冲击钻成孔灌注桩施工遇到溶洞时，要根据现场具体情况采用以下方法处理溶洞：

（1）继续成孔法。当溶洞内有填充物，且充填密实，未出现吊锤、卡钻、快速跑浆等情况，此时可以不用考虑溶洞对冲击成孔的影响，而按照正常的工法继续成孔作业。（2）回填片石、粘土法。当施工详勘发现溶洞内无充填或半充填，溶洞在3米以内，成孔作业时钻进速度突然加快并伴有孔内泥浆高度快速下降的现象，可以使用回填片石、粘土法进行处理。具体工法为使用片石与粘土按一定比例混合后进行回填（具体配合比视现场情况确定），并且采用低冲程、不循环泥浆的方法持续冲击几分钟，使混合的充分密实后加入泥浆至正常高度，再使用低冲程继续钻进，如还出现跑浆、塌孔等情况，可反复多次回填。本处理方法的原理就是通过冲击使二次填入的混合物挤入溶洞，将漏浆处堵住，形成稳定的人造泥石护壁，保证钻孔顺利通过溶洞区域。

注意事项：

（1）当冲孔到距施工详勘发现溶洞较近的时候，需提高泥浆比重，并采用轻锤慢打的方法慢速冲击，减少溶洞大面积塌孔，防止卡钻、掉锤。（2）在溶洞区成孔，施工前要备足一定数量的片石和粘土；施工时，必须有专人负责观察护筒内泥浆面的变化，如果发现泥浆高度快速下降，应当立即提起钻头并及时抛填混合料。（3）在冲击混合物成孔中，突然发生跑浆，可能是溶洞与其它紧邻的溶洞间的洞壁被冲击破坏，或溶洞周边有大量岩石裂隙存在，此时可反复填入混合物冲击，直至形成稳定的泥石孔壁，使钻孔顺利通过。

2.3 钢护筒跟进法

溶洞洞高大于3米，洞内无充填物或流塑充填物，漏水严重或与裂隙、大溶洞连通时，采取回填片石、粘土法仍然无法形成泥石护壁的，可采取钢护筒跟进法施工。该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其震动下沉至已钻成的孔内，以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时，可以用钢护筒跟进到上层漏水溶洞位置堵漏，漏几个溶洞钢护筒跟到几个溶洞。施工时，当钻孔接近溶洞顶板时，必须轻锤慢打，控制提升高度，使孔壁圆滑坚固。当钻孔穿过溶洞顶板后，应反复提升钻头，在顶部范围内上下慢放轻提，直至钻头不明顯受阻碍，这样就确保钢护筒下放至准确位置。

注意事项：

（1）现场根据桩孔穿过大溶洞的数量，确定护筒层数，由上到下，每层护筒内径减少0.2米，最小一级内护筒直径大于桩径0.2米。为保证内护筒的刚度，防止受压变形，钢护筒采用大于10mm 钢板卷制。下沉内护筒时，由大到小，分层逐次下沉进行。（2）护筒长度为施工勘察确定的溶洞高度加3米，如果护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。在钢护筒口上设置2-3cm厚钢板护盖，防止钻头冲击导致钢护筒“卷口”变形，而影响下一节的对口焊接。

2.4 注浆加固法

使用注浆方法来处理溶洞，主要是通过地质勘察资料，填充和加固钻孔桩穿过的溶洞。首先依据地质勘察资料，找出最大的溶洞，利用小型钻孔机械钻孔至溶洞所在位置，使用高压输浆泵将加固浆液通过注浆导管均匀压注入地层，使原来溶洞中松散的充填物体或岩石裂隙充满浆液，固结成强度较高、抗渗水性且与周围岩体胶结稳定的加固区，极大地改善了桩基的钻孔地质条件，这种施工方法的前提条件是溶洞内必须富含充填物而不为空洞，溶洞内的充填物固结完成后，采用冲击钻施钻成孔。注浆泵注浆时要控制压力的范围，具体的压力值应由现场试验确定。在进行注浆时，注浆管要插至填充物的底部，边注浆边缓慢的上提，保证提管的速度不致太快，且应使渗透的半径控制在允许的范围之内。注浆液的配合比应由现场试验来确定，当需要使用双浆液时，水玻璃的用量要严格控制。

2.5 浇筑低标号混凝土法

对于较大的半填充或无填充溶洞，采用填片石和粘土的方法难以成孔，或者成孔后浇筑水下混凝土时孔壁被挤垮，这时用浇筑低标号混凝土的方法处理。为节约混凝土灌注量，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再浇筑低标号混凝土至溶洞顶1米以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。

注意事项：

（1）为保证工期，混凝土中可加入早强剂。（2）混凝土的浇筑方法同水下混凝土浇筑法，施工时严格控制浇筑高度。（3）混凝土标号在确保满足施工要求的前提下，以经济性为准。

3 冲击成孔灌注桩沉渣厚度测量技术

钻孔灌注桩孔底沉渣过厚的主要原因除清孔作业技术有误、清孔后未及时进行下道工序外，还有测量方法不当造成误判，为提高相关作业人员的测量精度，现将笔者现场测量技术介绍如下：

3.1 沉渣厚度测量

测量时，将测锤放入孔中，快到桩底时慢慢下放。因为沉淀一般为泥浆、碎石混合物，在测锤下降至沉淀层时，测绳下降会明显减缓，测量人员会感觉测锤变轻，此时记录深度；然后继续下放测锤，同时上下抖动，使测锤不在重力作用下下降，证明已完全沉至孔底，再次记录深度。两次深度相减即为沉渣厚度。

3.2 注意事项

（1）为提高测绳的测量精度，避免遇水收缩，在使用前要预湿后重新标定，并在使用中经常复核。（2）因泥浆中含有大量泥沙、碎石，虽经过清孔，沉渣还会随着时间延长继续沉淀，或者因塌孔、钢筋笼下放不顺直而碰壁等原因不断变化，所以沉渣厚度测量在水下混凝土浇筑前必须再测量一次，以满足设计及规范要求为准。

4 结语

冲击成孔灌注桩施工需要考虑方案、材料、施工工艺、施工设备等多方面因素，相关的施工规范、标准及施工技术已非常成熟，但在实际的作业过程中，还会遇到各种不同的特殊情况，需要依靠一线技术人员的实践经验来加以解决。本文通过对溶洞处理及沉渣厚度测量的实践总结，希望对相关专业人员有所帮助。

参考文献：

[1] JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

[2] GB50202-2013.建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[3] 李克钏.基础工程[M].北京：中国铁道出版社，2014.