岩溶地区大直径冲孔桩的施工技术要点

2020-04-09蔡广东朱玉环

河南建材 2020年3期

蔡广东朱玉环

1福建省第五建筑工程公司（362000） 2广东溢丰环保集团股份有限公司（523000）

溶洞或溶隙对工程桩基施工和成桩质量有重大影响，因此，在岩溶区域工程施工过程中，需要对溶洞或溶隙进行重点处理。

1 工程概况

该项目位于广东省广州市花都区，项目规划用地面积为45000m2，总建筑面积155465m2，拟建建筑包括一期3栋30层住宅（高度99.2m）、和二期5栋31层酒店（高度99.9m）及裙房，其中地下室为2层结构。拟采用冲击成孔灌注桩，桩径为800、1200、1400共3种规格。根据超前钻地勘报告显示，大部分溶洞以单个形式存在，局部以成片贯通形式存在，其中3号楼核心筒及周边溶洞就以成片贯通形式存在。

2 场地地层

在该场区勘察深度范围内，依其结构、性质特征、成因、时代和风化程度，将场地内岩土层从上至下分为4个工程地质层，地基土主要有：填土层（Qml）、冲积层（Qal）、残积层（Qel）、第三纪基岩（E）。其中第三纪基岩（E）从上至下又分为溶洞层、强风化层、中风化层、微风化层。设计选择以连续完整微风化层基岩作为桩端持力层。

根据地勘报告显示，场地内溶洞局部存在漏水现象，部分溶洞砂石充填，其中有18个钻探孔揭露为双层发育，层厚度 0.20～12.20m，层顶埋深10.10～31.70m，平均5.17m，属于大型溶洞。

3 溶洞对桩基施工的影响

该项目溶洞分布表现为单孔体积大、分布范围广、局部集中等特点，针对溶洞发育情况的模拟结果，计算出溶洞体积达到1600m3，3号楼区域及周边成片溶洞占地面积达到3200m2，对桩基施工造成重大不利影响。

桩基冲孔过程中，如遇到溶洞严重漏水，会导致泥浆液面迅速下降，低于钢护筒底标高，从而造成严重塌孔、地面塌陷甚至埋钻的事故发生。

1200mm和1400mm的大直径桩锤重量超过6t，如遇到无填充或半填充溶洞，在击穿溶洞顶岩层时，重锤会自由下落，造成卡钻甚至桩机失稳，对施工人员的生命安全造成伤害。

成片贯通的溶洞区域内，不同桩机施工时会出现严重的塌孔和串孔现象，造成桩基施工安全和成桩质量的问题。

溶洞区域采用回填处理后桩身夹渣量会显著增加，水下混凝土浇筑时也会出现漏浆的情况，对成桩质量造成影响。

水下混凝土浇筑时，如果因为溶洞回填后侧壁强度不够，而混凝土产生的侧压力和冲击力比泥浆产生的侧压力大，会导致溶洞护壁坍塌，混凝土流失，造成断桩等问题[1]。

4 溶洞处理方案比选

4.1 压力注浆预固结处理

压力注浆预固结处理方法一般适用于全填充的溶洞及高度不大于1.5m的无填充或半填充溶洞。压力注浆的目的主要是为了加固工程桩周边溶洞范围内的填充物，形成承载力较大的垂直帷幕，防止冲孔桩在施工过程中发生泥浆流失及塌孔的情况，保证了施工过程的安全性，也能保证水下混凝土的施工质量。对于成片溶洞区域，水泥浆用量会明显增加，且注浆方量无法预估，成本并不可控。

4.2 全程钢护筒跟进处理

全程钢护筒跟进处理方法一般适用于溶洞高度大于5m的大溶洞及高度大于1.5m的无填充或半填充溶洞。全程钢护筒的目的主要是为了防止桩孔在冲孔及混凝土浇筑过程中漏浆或坍塌，保证成桩质量。因为全程内护筒在混凝土浇筑完成后不能拔出，且对机械要求较高，故造价相对较高，一般桥梁、高速公路工程应用较多[2]。

4.3 片石加黄泥填充处理

片石加黄泥填充是较常规的溶洞处理方法，一般适用于单个及规模较小的溶洞，或作为其他溶洞处理方法的补充措施。片石加黄泥填充的目的主要是冲挤密实桩孔周边的溶洞区域，形成较强的坝体，为后续桩基施工创造条件。一般片石比例占70%，片石宜采用强度较大的花岗岩，粒径以20～60 cm为宜。黄泥采用袋装，方便沉入孔底，与片石充分融合，减小材料损耗。采用正常成孔方法施工，当桩锤击穿溶洞时，反复投入片石和黄泥，填充高度为溶洞顶板以上约5m，利用重锤冲击将片石和黄泥挤入溶洞区域，达到增强护壁的效果。如片石和黄泥反复填充后泥浆液面仍有下降，可掺入适量水泥和方木，增加混合料的黏聚力和强度[3]。

考虑到本项目场地内设备及工期的情况，从经济性和便捷性的角度出发，选择片石加黄泥填充的方法对溶洞进行处理。

5 溶洞处理的施工技术和管控措施

对于单个及规模较小的溶洞，可按常规成孔后填充片石和黄泥。针对3号楼核心筒及周边成片溶洞，为了保证核心筒的大直径灌注桩的成桩质量，需采取以下措施：

5.1 做好充分的施工前准备

对每根桩基位置的溶洞情况进行标记，对施工班组及操作手进行技术和安全交底，现场准备足够的片石和黄泥材料，设置好泥浆池并配好泥浆，控制泥浆比重在1.1～1.15、泥浆黏稠度在20s左右，检查钢护筒长度及壁厚，确保没有变形，对所有施工机械进行检查和保养。

5.2 合理布置施工顺序

从核心筒外围往中心跳仓施工，这样可以降低外围桩基施工的风险，有效减小溶洞区的空腔体积，并且已完成的工程桩可以形成较强的坝体，避免冲孔过程中串孔和塌孔的问题。

5.3 加强施工技术和管控

桩机就位后，安排专人指挥对机底枕木填实，保证冲孔桩机的稳定性，避免偏钻。常规钢护筒就位，确保护筒中心与灌注桩中心一致。冲孔至溶洞顶50cm时，采用小冲程冲孔，每次重锤提起高度控制在1m左右。在击穿溶洞顶时能及时拉住铁链，避免重锤自由下落造成事故发生。如遇护筒内泥浆液面下降，迅速用大功率泥浆泵补浆补水，并提起重锤，反复按比例投入片石、黄泥进行大冲程冲击，直至桩基周边溶洞填实。冲孔完成后进行二次清孔，检查沉渣厚度满足规范要求后方可进行混凝土浇筑。溶洞区只要有一根桩开始清孔浇筑混凝土，其他桩机就必须停止冲孔，避免因为串孔扰动造成正在浇筑的桩出现缩径或断桩[4]。

5.4 安全及应急措施

溶洞区桩基施工过程中，周边5m范围需用警戒线分隔，并安排安全员负责此范围内的安全监视，禁止非施工人员进入。在桩机冲孔过程中，需密切监视孔内情况及桩机的位置及倾斜情况，一旦发现严重塌孔或者桩机位置变化较大甚至桩机出现明显倾斜，马上停止冲孔，同时疏散施工人员。待项目部联合业主、监理、设计及勘察等五方单位召开专项会议讨论解决措施后，方可继续进行桩基施工。

6 实际施工效果

本项目对3号楼的灌注桩按上述方法及措施进行溶洞处理施工，未发生泥浆液面迅速下降导致塌孔卡钻的情况，也未出现地面明显塌陷的情况。打桩过程中，桩基也未出现较大晃动或失稳的情况。大直径桩的充盈系数均在1.17～1.31，未发生混凝土明显流失的情况。二次情况的泥浆比重在1.10～1.12，说明沉渣量控制在合理范围。溶洞处理的时间相对较短，整体工期较快。片石、黄泥的回填量经过监理和业主的现场确认，成本可控且无分歧。