云南岩溶地区旋挖钻机成孔施工常见问题探讨

史 杏 丽

(云南国防科技工业工程设计有限公司，云南 昆明 650118)

0 引言

岩溶是指由地表水、地下水活动引起的，表现为可溶岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩等)被溶解而形成大小不一、形态各异的地表和地下地貌景观的统称[1]。在各地质时期，云南境内都有碳酸盐岩沉积，尤其是在古生代～三叠纪的地层中，因而分布广泛。此外，云南长期位于中纬度区，又处于欧亚板块、印度洋板块与太平洋板块的汇集部位，长期而强烈的地壳活动对岩溶发育极为有利。因此，云南是中国，乃至世界重要的岩溶分布区。据不完全统计，云南岩溶分布面积达1×105km2，约占全省面积的28.14%。岩溶区主要分布于东经102°以东、元江以北的滇东北片区，以及滇西北、滇西保山至沧源片区。全省90%的县均有岩溶分布[2]。

近年来，随着云南经济快速发展，城市化进程快速推进，例如昆明空港经开区的建设，高层和超高层建筑拔地而起。昆明空港片区地下岩溶发育，桩基施工是影响(超)高层建筑施工进度、质量和安全的重要因素。因此，本文基于云南岩溶区桩基工程实录资料，结合作者的多年工程经验，分析岩溶地区旋挖成孔灌注桩的适宜性，讨论旋挖钻机成孔施工中可能出现的事故，并提出其预防和处理措施建议。

1 旋挖成孔灌注桩的适宜性

表1从五个方面对比了三种桩基础的适宜性。在岩溶发育地区，地下洞穴发育，且溶洞垂向分布具有成层特征，可能存在地下暗河，人工挖孔灌注桩的施工条件较差，难以保证施工人员的安全工作条件。因此，桩基选型和工艺宜采用钻、冲孔灌注桩，不得选用人工挖孔灌注桩。而长螺旋钻孔压灌注桩在孔径和深度方面受限，且桩的承载力不高，与旋挖成孔灌注桩相比，其在岩溶地区的适宜性稍差。旋挖成孔灌注桩作为一种新的桩基施工工艺，近几年在岩溶发育地区已经有很多成功案例[3-5]。在岩溶地区，虽然旋挖钻机在成孔施工过程中可能会发生安全事故，但是仍然值得进一步使用和推广。

2 常见事故和处理建议

云南岩溶地区地质条件复杂多变，地下岩面起伏大，溶洞、土洞发育且分布不规则，地下水丰富，甚至发展为地下暗河、暗沟。岩溶地区旋挖钻机施工实录资料和作者工程经验表明，旋挖钻机施工的常见问题有漏浆、塌孔、钻孔偏斜、卡钻和埋钻。预防和处理这些事故是岩溶地区旋挖钻进施工的关键。

表1 常见桩基础与旋挖成孔灌注桩的适宜性对比

2.1 漏浆和处理建议

工程区岩溶裂隙发育，多呈串珠状分布，最多可达10层(例如昆明大板桥某工地)，溶腔体积大、连通性好，旋挖钻孔至岩溶裂隙或溶腔处时，孔内泥浆沿岩溶通道流失可能比较严重，孔内液面会快速降低，导致孔内、外压力差过大造成塌孔现象，甚至造成地表地陷、埋钻等现象。例如，杨杰[6]曾报道，滇中新区哨关路岩溶区某工程项目在旋挖钻进过程中，单桩最大漏浆次数高达30余次，成桩时间达一个月之久。

预防和处理措施建议：根据地层的实际情况，合理选配泥浆的浓度，掌握好泥浆的性能[3]；在施工前要准备好足量的片状石块、黏土、袋装水泥和水源，防止出现漏浆现象时无法及时补浆；在钻进过程中，及时向孔内补浆、补水；向孔内漏浆段回填黏土、泥块和片状石块，适时投入少量袋装水泥，采用挤压造壁的方法进行堵漏[7]。

2.2 塌孔和处理建议

除漏浆诱发塌孔外，工程区地下水位埋深较浅，当孔内水位低于地下水时也会产生塌孔现象；在钻进过程中，钻头左右晃动、抽渣、下钢筋笼作业等撞击孔壁也易造成塌孔。

预防和处理措施建议：施工前在钻机底部铺上宽大厚钢板，增加钻机底部的承载面积，确保出现塌孔时能够及时转移钻机，从而保证现场施工人员的人身安全[8]；合理选择泥浆浓度，防止出现漏浆现象；针对不同层深的钻孔，选择合理的护壁方式；避开与大型机械同时作业，严禁大型机械从桩孔附近通过[7]。

2.3 钻孔偏斜和处理建议

在基岩面倾斜或起伏较大的区域容易发生钻孔偏斜；岩—土分界线处岩土的软硬不均、岩层倾角大小不等、溶洞内“半岩半空”情况也都容易造成钻孔偏斜；此外，当竖向不规则洞隙发育时，钻头易沿洞隙发育位置进尺，造成弯孔。

预防和处理措施建议：钻进过程中用高精度水平仪或经纬仪实时监测，以便及时发现钻杆倾斜并立即调整；在软硬互层、斜面岩层或半边岩处，可采用慢速钻进，或改用小一径的钻头钻进，必要时对斜岩面或半边岩进行灌注混凝土找平处理后才进行钻进[5,7]；若已发生钻孔偏斜，可采用回填片状石块或浇筑素混凝土，校正钻头偏斜。

2.4 卡钻、埋钻和处理建议

在串珠状溶洞分布区，钻进过程需一次性打穿，但由于岩溶发育，节理发育的破碎岩体及溶洞顶板经常发生岩块掉落，很容易发生卡钻。例如昆明市大板桥某工地，受宝象河和宝象河断裂的影响，工程区溶洞发育，且白云岩岩体破碎，钻进过程中经常发生卡钻。此外，当溶洞内有碎石及软塑、流塑状黏土等填充物时，钻进过程中也易发生埋钻。

预防和处理措施建议：在钻进和提钻过程中，转速和钻进、提钻速度都不宜过高，一次钻进深度不宜超过钻头高度的1/3。若已卡钻，不能加大提拔力快速提钻，以免诱发二次安全事故，而要反复提放钻头，同时正反循环转动钻头，使块石松动掉落后再提钻。

3 结语

在岩溶发育地区，旋挖成孔灌注桩有相对较好的适宜性。云南是重要的岩溶分布区，岩溶地质条件复杂多变。旋挖钻机成孔施工过程中可能会发生漏浆、塌孔、钻孔偏斜、卡钻和埋钻等事故。施工前要对工程区工程地质和水文地质资料进行认真分析，制定针对各种可能发生事故的详细、具体的预防和处理措施。在施工现场准备好充足的应急材料和物资。此外，根据施工过程中所揭露的不利地质条件，认真分析并对施工方案和措施进行必要、及时调整，确保施工安全、工程质量和工期。