岩溶地区工程桩施工质量监理

2020-03-05李家润

建设监理 2020年12期

李家润

（广东海外建设咨询有限公司，广东广州 510665）

0 引言

一般来说，岩溶地区地下地质状况比较复杂，地下岩带起伏较大，溶洞的发育和分布极不规则，地下水丰富甚至有地下暗河通道等。这些特点给桩基工程带来诸多不确定因素和困难。岩溶是地质灾害现象，如果处理不当，就会造成严重的工程事故。

位于广东省广州市的西部和北部地区，广泛分布着岩溶地貌。在该地区实施的桩基工程是一项受多种因素影响的系统工程，如何采取有效监理措施，保证岩溶地区桩基工程的质量和安全，是工程建设者们普遍专注的问题。为此，笔者结合施工案例，对上述问题进行探讨，并且总结一些经验、提出一些建议，供相关人士参考。

1 工程概况

某飞机维修机库项目（以下简称“本项目”）位于广州空港经济区，工程桩基础设计选型为钻（冲）孔灌注桩，桩径为 φ800、φ1 000、φ1 200、φ1 400 和 φ1 600 5 种，共有 549 根。持力层为微风化石灰岩，承载力特征值为 5 000 kPa。工程桩采用 C35 水下混凝土灌注，混凝土坍落度在 180 mm～220 mm 之间，水灰比不宜大于 0.5，最大氯离子含量为 0.15%，最大碱含量为 3.0 kg/m³。

2 工程地质条件

本项目处于广花盆地的北部，总体地势由东北向西南微倾，地貌单元为广花凹陷冲积盆地，局部存在剥蚀残丘地貌。根据对岩土工程勘察报告的综合整理结果，我们将场地岩土层自上而下划分为人工填土、第四系冲积层和基岩层三大类，各岩土层的组成和特征如表 1 所示。

场地地下水来源主要为大气降水和地表水渗透。场地孔隙水主要分布在地表浅部素填土、粉质黏土及砂层中。基岩裂隙水主要分布在风化裂隙发育的全风化石灰岩、强风化石灰岩、中风化石灰岩、微风化石灰岩中。场地岩溶水主要赋存于石灰岩溶洞、土洞中，由于石灰岩溶洞较发育，地下水活跃，水量丰富。

场地水在 A 类介质（直接临水）和 Ⅱ类环境中对混凝土结构具有微腐蚀性，钢筋混凝土结构中的钢筋长期处于浸水环境下会被微腐蚀。

表 1 岩土层地质特征概况表

3 桩基施工难点及对策

3.1 难点一

场内多工序穿插施工，工程桩分布较密，在工程桩施工时，现场仍有超前钻、桩基检测等其他工序施工，必须合理组织才能确保工期。应对措施如下。

（1）协调超前钻由北向南施工，工程桩随超前钻由北向南施工。

（2）基坑支护三轴搅拌桩由东南角起逆时针施工。

（3）工程桩分区施工，施工完一个区域后对该区域进行静载检测。

3.2 难点二

桩基础工程施工不可预见因素较多，场区内地质条件复杂，场地南部回填土含块石、碎石多，施工难度大；场地内砂层厚，地质松软，易发生缩颈和塌孔。应对措施如下。

（1）南侧回填石较多的部位考虑采用冲孔成孔，以确保施工进度。

（2）根据现场不同的地质情况，相应投入 6 m、9 m、12 m 护筒，以防工程桩施工出现塌孔、缩孔、夹泥、断桩，确保成桩质量。

（3）施工时若遇缩孔，应及时将钢筋笼提起，用冲锤反复冲孔，直到满足设计桩径为止；然后对桩孔重新进行清孔，至翻出泥浆、达到下笼要求后再进行下笼。

（4）施工时若遇塌孔，应根据地层状况控制好成孔速度，尤其是土质松散或进入砂层时不应空钻，也不宜过快提升钻具速度；成孔时采用泥浆护壁并严格控制好泥浆比重和泥浆质量；孔口根据实际施工情况加设长护筒，护筒四周用黏土封填密实。

（5）运用科学组织管理能力，集中优势资源，针对工程的特点和难点，编制详细的监理细则，组织专家对施工方案充分论证和研讨，确保方案先进可行，确保各项质量技术措施和安全措施真正落实到施工细节中。

3.3 难点三

空桩长，抗压桩钢筋笼轻，易发生浮笼；桩顶混凝土标高的控制难度大，部分工程桩设计桩顶标高在地下室承台底以上 100 mm，桩身混凝土浇灌完成后空孔长度介于2.4 m～8.6 m 之间，施工过程中钢筋笼的定位和桩顶混凝土标高的控制是桩身质量控制的重点；同样，空孔的安全防护不容忽视。应对措施如下。

（1）加密钢筋笼保护层钢筋的设置，在钢筋笼顶加焊两根直径为 16 mm 的吊筋，钢筋笼吊放到位后，对笼顶标高进行复测。

（2）在钢筋笼的底部采用 14 mm 钢筋焊井字架，混凝土浇灌时，使用导管压住钢筋笼，以防其上浮；浇灌时应分段浇筑、严格拆管，同时将钢筋笼顶部 4 根锚固段钢筋向外倾斜 100 mm，以防止其上浮。

（3）根据成桩长度、桩径和混凝土扩散系数等经验数据，计算好混凝土用量，一次性备足混凝土，浇筑完经复测混凝土面标高后，方可拔离导管。

（4）考虑空孔较深，混凝土浇灌浮浆高度按 1 m控制。

（5）混凝土浇灌完成后，按方案采取围蔽措施，混凝土浇筑完成 12 h 后，进行空桩回填。

3.4 难点四

工程地质条件差，岩溶发育等级为高等发育，见洞率达 43%，工程桩施工过程不可预见因素多，施工难度大。应对措施如下。

（1）工程桩成孔考虑采用旋挖钻孔和冲孔结合的方式，无溶洞区采用旋挖成孔，溶洞区采用冲孔成孔；工程桩施工高峰期配置充足的桩机，以确保施工进度。

（2）对未超前钻的桩位进行补钻，保证一桩一孔，以探明溶洞分布及地质情况，为工程桩施工提供有力的依据；必要时，可根据超前钻报告对溶洞进行预处理。

4 灌注桩的监控措施

根据地质资料分析，场地内溶洞高度发育，见洞率约为 43%。施工前期，监理应及时与施工单位和地质勘察单位沟通，将地质勘察资料中的溶洞情况和工程桩图纸重叠，标识可能会遇到溶洞地质的工程桩，同时尽早做好技术交底。

4.1 工程桩开孔的监控措施

开孔前，放好桩位后设置十字控制线和钢筋控制点；埋入钢护筒后，用木方架在护筒上，再次复核钢丝绳是否与桩位重合并测出护筒面标高。监理可采取全站仪或 GPS设备等对桩位进行复核、校正，准确无误后方可开始冲（钻）孔。

4.2 工程桩冲孔过程的监控措施

在冲孔过程中，用目测钢丝绳的摆动幅度及施工前设置的钢筋控制点复核桩位，若发生偏孔，应立刻停止往下成孔，采用回填片石进行纠正，纠正过程中采用全站仪测量钢丝绳垂直在孔中的位置，直至与桩中心重合为止，方可继续往下成孔施工。监理应密切关注并复核桩孔偏位情况。

4.3 桩顶标高控制的监控措施

在混凝土浇筑前，测出护筒面标高，计算出护筒面到桩顶标高的长度；在钢筋笼纵筋上焊接 2 根 C16 钢筋作为吊筋，吊筋长度误差不超过 2 cm，固定位置设在孔口。在混凝土浇筑时，用测绳测出混凝土浇筑的高度，混凝土面应高出桩顶标高 1.0 m。

4.4 冲孔过程中遇见土溶洞的处理措施

若在冲孔作业中出现漏浆且确认为溶洞所致，则采取以下处理措施。

（1）若漏浆深度 H＜3 m，则采用黄黏土+毛石回填后继续冲孔作业。其中，毛石与黄黏土比例为 3∶7。

（2）若漏浆深度 H＞3 m，则采用水泥+黄黏土+毛石回填，4 h 后继续冲孔作业。其中，毛石与黄黏土的比例为 3∶7，水泥掺入量为 2 包/m。

（3）毛石的强度＞30 MPa，石块粒径在 300 mm～600 mm 之间，黏土采用优质黄黏土，掺入的水泥采用 32.5R 普通硅酸盐水泥，回填高度为溶洞顶板以上1 m 处。

4.5 桩基施工遇见土溶洞的处理措施

4.5.1 土溶洞的判别

桩基施工过程中，判别溶洞的主要方法如下。

（1）准确的地质资料图。

（2）听声音，看气泡。若遇岩溶空洞，能听到“咚咚”的声音，并且能看到大量气泡往上冒。

（3）孔内水位突然下降。

（4）与其相邻的孔内水位下降至同一个水平面，说明下部岩溶已连成一体，形成了空洞。

（5）冲孔的钻进速度。若遇溶洞，则冲孔速度较快。

（6）若击穿面超过中心面，则冲锤会突然倾斜、下落。

（7）地面沉降、塌方。

4.5.2 土溶洞的处理

根据地质勘察资料和超前钻资料，在施工含有此类溶洞的桩基工程时，要配置专人密切注意桩机地面的水平和岩样、护筒内泥浆面的变化，熟记图纸、地质勘察资料中标注的溶洞位置。在冲锤击穿洞顶之前，采用小冲程，逐渐将洞顶击穿，以防卡锤。若发现泥浆面下降，孔内水位变化较大，泥浆稠度、颜色发生变化，进尺速度明显加快且无偏孔现象，则表明冲锤已穿越溶洞顶进入溶洞。具体处理方法如下。

（1）迅速用大功率泥浆泵补浆补水，同时及时提冲击锤，以防埋冲锤。

（2）适当增加泥浆中的黏土数量，以提高泥浆密度，泥浆黏稠度应控制在 19 s～28 s 之间。

（3）用装载机配合大型挖掘机（1.2 m³ ）及时抛入准备好的回填材料，其投入量按溶洞竖向高度加 2 m 以上，按少量多次方式投放。

（4）采用小冲程，让冲锤锤击回填材料并挤入溶洞内壁以发挥其护壁作用，直至孔中的泥浆面停止下降并慢慢上升，此后可加大冲程，冲击挤压投入的填充物以确保堵死溶洞。

（5）若溶洞内进尺过快，则继续投入回填料，投入量按进尺速度确定，少量多次，每次投放量在 5 m³ 以上。

（6）若同一溶洞封堵后再次塌孔，则证明溶洞空隙较大，原毛石、黏土未能有效封堵住溶洞。为增加堵洞材料的固结强度，降低灌注桩时塌孔风险，需要在第二次投入黏土时分批投放袋装水泥，水泥量以回填深度每米不少于 2包为宜，以整袋方式投入。

（7）当泥浆漏失现象全部消失后，转入正常冲程。

（8）如此反复使冲孔顺利穿越溶洞。

（9）穿溶洞顶、底板后，要用冲锤将溶洞顶、底板处的桩孔修理圆滑，以防卡锤及钢筋笼。

（10）监理在工程桩施工前，须掌握溶洞地质情况，要求施工单位对班组技术交底，施工时密切关注施工情况，采取相应措施，确保工程质量及安全。

4.6 清孔的质量监控措施

清孔的目的是抽换孔内泥浆，清除孔内岩渣，尽量减少孔底沉渣厚度，防止桩底因过厚沉渣土而降低桩的承载力，确保灌注混凝土的质量。清孔的质量要求是清除孔底所有的沉淀砂土及岩渣，满足设计要求；清孔后灌注混凝土前孔底 500 mm 以内泥浆的含砂率≤8%、泥浆比重≤1.25、黏度≤28 s。根据沉渣控制要求和地层条件，本项目采用反循环法进行清孔。清孔的质量监控要点如下。

（1）终孔后，在灌注混凝土前、钢筋笼安装后，以正循环方式清渣。

（2）一次清孔主要降低泥浆浓度，以防二次清孔泥浆太浓而难以清渣，同时保证钢筋笼顺利下放。一次清孔采用橡胶管清孔。

（3）安装钢筋并下放导管后，利用导管进行二次清孔，确保泥浆的比重在 1.15～1.25 之间、黏度≤28 s、含砂率≤8%，孔底的沉渣厚度≤50 mm。

（4）清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并且保持孔内浆液面的稳定和高度。

（5）清孔时应将导管提离孔底 0.1 m～0.3 m，若清渣困难，可采用泵吸反循环法进行清渣。

（6）清孔完毕且循环泵停止后，必须在 30 min 内灌注混凝土。

4.7 桩身混凝土灌注的监控措施

本项目桩身混凝土设计强度等级为 C35，采用水下混凝土浇筑。灌注前，监理须核对进场商品混凝土的来料单和配合比。灌注导管通常用钢管制作，导管壁厚宜≥3 mm、直径为 300 mm，以便装拆并具有足够的强度和刚度。下入导管一定要准确，导管底距孔底一般控制在 10 cm～20 cm 之间。导管顶部应安装漏斗和贮料斗，漏斗与贮料斗应有足够的容量来贮存混凝土，以保证首批灌入的混凝土量能达到0.8 m 以上的埋管高度。灌注时，应把好商品混凝土的质量关，时常检查混凝土的坍落度，使其控制在 18 cm～22 cm之间。灌注桩身混凝土的具体监控措施如下。

（1）灌注前，应再次测定孔底沉渣厚度，若厚度超过规定，应再次进行清孔。当下导管时，导管底部与孔底的距离以能放出混凝土为原则，一般为 10 cm～20 cm。首批混凝土连续不断地灌注后，应有专人测量孔内混凝土面高度并计算其埋置深度，一般控制在 2 m～5 m 之间，不得＜1 m 或＞5 m，严禁将导管提出混凝土面；应及时填写水下混凝土灌注记录，水下灌注混凝土必须连续进行，严禁中途停灌。

（2）灌注中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位变化情况，及时测量孔内混凝土面上升高度和分段计算充盈系数（充盈系数应根据土溶洞情况判断）；混凝土报料时，须备足料，以保证混凝土浇筑的连续性，确保桩身的混凝土质量。

5 工程桩的质量检测方案

根据《广州市住房和城乡建设局关于规范建筑工程地基基础检测工作的通知》（穗建规字 [2020]30 号）的规定，在工程桩检测之前应制定检测方案，由各参建方主体确认，报区建设工程质量安全监督站备案后实施。具体如下。

（1）工程桩使用的钢筋、直螺纹接头、预拌混凝土等原材料，按现行有关施工验收规范和标准进行检验。

（2）分别采用低应变法、声波透射法、钻芯法对 549根工程桩的桩身质量进行 100% 检测，其中，低应变法检测 349 根，声波透射法检测 157 根，钻芯法检测 43 根。

（3）桩基础承载力分别采用静载、竖向抗拔静载试验、水平荷载试验法对桩身质量进行检测，其中静载法检测8 根，竖向抗拔静载检测 3 根，水平荷载试验检测 3 根。

6 监理工作要点和成效

6.1 监理工作要点

（1）由总监牵头，根据监理合同、监理规范、施工规范、施工图纸、施工方案，组织专业监理编制监理规划，报公司技术负责人审批，作为监理部指导性文件。

（2）由专业监理根据监理规划、监理规范和施工规范、施工图纸、施工方案，有针对性地编制监理细则，报总监审批，作为监理工作的操作性文件。

（3）由总监组织图纸会审，细读图纸，熟悉地质勘察资料，掌握场地土溶洞的分布情况，理解图纸的每个部位节点的做法；请设计单位解答图纸中的疑问或不明确的问题，形成图审文件，各方签字盖章后实施。

（4）由总监组织专业监理审批施工单位的专项施工方案和应急预案，提出监理意见。

（5）核查施工单位的管理组织结构及质量保证体系，检查项目管理人员的上岗证。

（6）加强材料进场报验工作，对进场材料 100% 见证送检，合格后才可用在工程上。

（7）加强对主要工序的检查，应用全站仪、GPS 等对工程桩开孔进行核查。全程监控工程桩成孔，开孔前依据地质勘察资料进行技术交底，成孔作业时多次检查成孔垂直度，清孔完成后用自制吊锤检查沉渣厚度。例如：吊锤撞击桩底发出的声音很清脆，说明桩底没有沉渣；吊锤撞击桩底发出的声音混浊，说明桩底有沉渣，必须继续清孔，直至没有沉渣为止。此外，监理还可以应用泥浆三件套（黏度计、比重计、含砂率测定仪）检测、检查泥浆，为隐蔽工程的检查、工程桩成孔深度的检测、钢筋笼的制作安装，工程桩冲孔遇溶洞的处理等提供技术支持。

（8）对关键工序进行旁站，如工程桩混凝土浇筑，须安排监理 24 h 旁站等。