喀斯特地貌地区中桩基础施工技术应用探究

李纯澎

摘 要：喀斯特地貌并生溶洞、地下水等特殊地质现象，该类施工环境中，复杂程度高、危险性大。本文简要介绍喀斯特地貌特点，探讨该地区桩基础施工主要技术及常见问题，并结合具体案例，重点分析存在溶洞的喀斯特地貌地区桩基础施工方案，以供参考借鉴。

关键词：喀斯特地貌；桩基础；溶洞

中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）04-0180-02

喀斯特地貌地区桩基础施工方案的选择需综合考虑实际地质条件、桩基础施工技术要求及工程造价限制等问题，通过严格的地质勘察尽可能多地获取施工现场信息，从多种施工方案中选择安全性最高、施工效率最好且综合成本适宜的方案进行施工作业。考虑到近年来桩基础施工遭遇喀斯特地貌地区的频繁程度增加及施工过程额复杂性，有必要对有关施工技术和注意事项进行总结。

1 喀斯特地貌

喀斯特地貌指的是带有溶蚀力的水长期溶蚀可溶性岩石而形成的地表或地下地质形态，溶蚀、冲蚀、潜蚀、坍塌等都可能形成喀斯特地貌。桩基础施工主要受地下喀斯特地貌的影响，如溶洞、地下水及洞结构中存在的石笋、石柱等。喀斯特地貌区域施工难度大、安全风险高，由于土地资源紧缺及基建设施不完善使桩基础施工遭遇该地质条件的情况越发频繁。

2 喀斯特地貌地区桩基础施工技术及常见问题

2.1 施工技术

2.1.1 人工挖孔

人工挖孔一般应用于溶洞位置较浅，或桩基长度不超过15m，且施工现场地表层稳定性较高的情况。人工挖孔的优势在于施工操作简单方便，无需使用大型设备，施工成本低，过程中可通过取芯方式检测地基承载力是否达标，孔内沉渣也易于清理。但人工挖孔需要耗费大量人力，施工进度缓慢、工期长，且施工过程安全风险较高，一旦遭遇易塌孔地质条件，现场施工人员的人身安全难以保证。另外，在淤泥、流沙、地下水等环境下，人工挖孔的成孔难度大，因此对其技术的使用有较多限制。

2.1.2 旋挖钻机挖孔

旋挖钻机挖孔是利用专门设备，击穿溶洞后，填充混凝土等材料进行强度加强，达标后再冲孔至指定标高。旋挖钻机挖孔可有效确保桩基垂度，但由于溶洞体积、位置的不确定性，可能涉及较高的施工成本。可通过以下两种方式进行处理：第一，钢护筒跟进技术。钢护筒跟进技术可应用于溶洞规模较大的施工环境中，如果溶洞起伏大、周围可能存在地下水，可在沖孔作业的同时进行护筒接高，配合振动下沉进行施工[1]。该技术的应用需做好钢护筒规格参数的选择，并确保护筒顺利下放。第二，混凝土灌注填充技术。若施工过程遭遇高度在1～3m的溶洞，且为填充或半填充类型，其采取混凝土灌注填充技术，即在填筑混凝土、石片、水泥浆之后，再利用旋挖钻机将填充物挤压至溶洞边缘，形成稳固的外护壁结构。如在选用水泥做填充物时，强度达到2.5MPa后可进行钻孔作业。

2.2 常见问题

2.2.1 塌孔

喀斯特地貌桩基础施工中的塌孔事故主要发生在地表回填土及溶洞夹层裂缝等位置。如若地表回填土处的塌孔事故，可使用钢护筒做加固处理。如若溶洞夹层裂缝位置，需结合具体情况进行处理：塌孔面积有限，可利用旋挖钻机清除坍落的土方，然后下放钢筋笼并开始混凝土灌注作业；如塌孔面积较大，需将钢护筒取出，使用粘土回填，然后采用护筒跟进技术完成施工。

2.2.2 漏浆

桩基础施工前的现场勘查很难详细了解内部地质条件，即便打孔位置不存在溶洞或其他特殊地质结构，桩间也可能出现溶洞或裂缝，混凝土浇筑过程中易发生挤压护壁的现象，导致混凝土外流。若出现上述问题，且施工现场不存在纵向、横向发育特征，可采用混凝土满注的方式处理，若裂缝处溶洞体积较大，且会出现扩大的可能，此时必须停止现场施工，使用钢护筒处理护壁，并进行桩头清洗和接桩操作。

2.2.3 斜孔

斜孔问题的处理相对简单，若施工过程发现孔垂度误差超标，可进行素混凝土回填，强度达标后，使用旋挖钻机缓慢进行冲孔，进行偏斜调整。在溶洞区域，斜孔问题多与溶洞面倾斜有关。

3 喀斯特地貌地区桩基础施工案例分析

3.1 案例背景简介

某地铁车站建筑工程施工地点处于典型的喀斯特地貌地区，前期勘察发现，现场地势起伏较大，存在多个溶洞区域，见洞率约为5.4%。溶洞多集中在中部位置，埋深在3.8～22m，顶板厚度0.3～3.6m。本车站建筑主体为地下三层双跨岛式，主体采用框架剪力墙结构，桩长分布在8～65m，采用C25等级混凝土。通过综合分析，本工程桩基础施工遭遇溶洞的概率达到52.3%。

3.2 施工难点分析

如前文所述，喀斯特地貌地区工程桩基础施工过程易出现塌孔、漏浆、斜孔等问题，尤其本工程中40%左右的桩需从溶洞区域处穿过，以上问题的防范难度较高。本工程桩基础长度分布在8～65m，长度差较大，部分桩长甚至超过主体建筑标高长度在60m以上的桩成桩困难，全部使用机械施工方式会导致施工成本大幅度增加，而缩短桩长则无法满足建筑承力要求，施工过程中端承桩与摩擦桩之间易发生不均匀沉降。

3.3 施工技术应用

3.3.1 具体施工流程

结合施工现场勘查情况及工程实际要求，最终选择冲孔灌注法进行桩基础施工，具体施工流程及技术应用情况如下：

（1）施工准备。施工前，在施工区域内修整作业平台，满足施工过程对空间及承载力的要求。清除作业范围内地表覆土，更换为细砂砾土，以提高施工区域对机械扰动的承载能力，确保后期护筒埋设作业过程稳定。确定机械设备最佳作业位置并完成有关安装固定工作，进行桩基础中心放样。

（2）泥浆配制。冲孔灌注浆施工法在桩基础中增加泥浆护壁，避免发生塌孔事故，过程中需循环开展清孔及掏渣作业。泥浆配制主要考虑泥浆比重和粘度两项参数，若比重过低，难以发挥护壁作用，易发生塌孔，若比重过高、壁厚过大，会影响冲孔作业的顺利进行[2]。

（3）冲孔及清孔。冲孔作业前要求全面检查桩锤的直径、锤牙、钢丝绳等工具是否符合施工质量及安全要求，开孔过程需采用低密度锤击的方式，孔位确定且稳定后，可适当增加桩锤落距，提高施工速度。冲孔过程结合底层及进尺速度，可适当调整泥浆循环量。若进尺速度较快，此时采用小循环量易导致泥浆粘度过高，产生大量沉渣，使成孔質量降低；若在地质较松的施工位置，泥浆循环量较高，则易出现塌孔事故，或导致孔径扩张。因此在施工过程中，需结合实际情况严格把控泥浆循环量。终孔前，再次检查孔径、孔深、嵌入持力层的深度等是否达标，检查合格后进行终孔作业。清孔作业一般分两次进行，第一次清孔开展于冲孔作业与持力层达到设计深度时，使用泥浆进行循环清孔。第一次清孔过程要求彻底、严密，严禁出现因存在二次清孔要求而忽视一次清孔的现象，主要是考虑到一次清孔的吸力更大，清孔质量高，绝大多数沉渣可通过第一次清孔被排出。第二次清孔作业开始于钢筋笼及导管下沉后，利用导管完成清孔作业，此时的沉渣吸力明显降低，主要是为了清除因钢筋笼及导管下沉作业而掉落到孔内的沉渣。清孔过程需实时关注孔内水头情况，避免发生塌孔。

（4）钢筋笼施工。钢筋笼焊接制作之前需检查钢筋材料质量、强度等是否达标，并结合设计图纸核对钢筋长度、直径、数量及规格。钢筋笼焊接需满足如下技术指标：同一截面内，钢筋接头数量不超过主筋总量的50%；采用绑扎搭接的方式，以提高施工效率；当混凝土等级为C25、直径不超过25mm时，钢筋搭接长度应在56d以上。钢筋笼制作完毕后进行质量验收，由于钢筋笼被暂时固定在钻架地梁上，因此要求重点检查吊环长度是否能确保钢筋笼平稳被吊运至设计标高。下放过程中，防止钢筋笼与孔壁相碰撞，如出现卡阻现象，严禁强制下放，以免导致钢筋笼变形或引发塌孔，应停止吊运作业，查找卡阻原因。若是钢筋笼垂度问题导致，可对其位置进行调整；若是孔本身存在偏斜，则需要复钻对孔进行调整，检查合格后再进行钢筋笼下放，尽量保证钢筋笼在较短时间内达到指定标高。

（5）混凝土灌注。混凝土灌注施工前需重新检查钢筋笼标高，查看导管下端与孔底距离是否合理、孔深是否达标、有无坍孔现象等，检查合格或处理达标后进行混凝土灌注。灌注过程应平稳、连贯，避免坍孔或出现泥浆沉淀。本工程使用的混凝土在拌制站完整拌制，使用运输车运送至施工现场，配合起重机进行灌注。水下混凝土一次性灌注完成，混凝土初存量以首批混凝土灌注后导管埋深大于1m为标准[3]。混凝土初存量的控制需提前计算漏斗及储料斗容积，过程中要始终保持导管端部距孔底40cm左右。

3.3.2 溶洞部分处理

本工程的一大难点在于桩基础在溶洞结构中穿过，此时可采取以下措施对溶洞部分进行处理：

（1）若溶洞内存在填充物且高度不超过1m，可直接进行钻穿作业；若存在塌孔现象，或溶洞内出现孤石，需向孔内填筑粘度、水泥、石片的混合物，稳定后进行施工。

（2）若溶洞内存在填充物且高度在1～4m，钻孔过程如若出现塌孔现象，可继续作业至底部，下沉导管后灌注等级C15的混凝土泥浆，标高为溶洞上2m左右，混凝土终凝后继续进行钻孔作业，从混凝土护壁中穿过，该方法可多次使用。

（3）若溶洞内存在填充物且高度在4～25m，钻孔作业前2d，在桩侧位置设置注浆孔，以高压旋喷注浆的方式进行溶洞内部加固，确保钻孔作业可直接开展。

（4）若溶洞内不存在填充物且位于同一截面的溶洞较分散、顶板厚度超过4m，在此类溶洞顶板位置可使用等级为C25、坍落度为60～100mm的混凝土灌注至顶板位置，混凝土终凝后继续钻进，直至底板上1m左右。

4 结语

受喀斯特地貌自身属性的限制，无法通过前期勘察全面了解地下情况，桩基础施工必须充分考虑可能遭遇的情况，适当选择施工技术和工艺，并做好相应防范措施，避免出现塌孔、漏浆、斜孔等问题。同时，加强施工过程监管，确保桩基础施工顺利进行。

参考文献：

[1]毛正.土木工程施工中桩基础施工技术探讨[J].佳木斯职业学院学报，2020，36（2）：254-255.

[2]王国庆，等.喀斯特地貌地区中桩基础施工技术应用研究[J].建筑技术开发，2018，45（16）：105-106.

[3]贾志勇.浅谈喀斯特地貌桩基础工程施工[J].居舍，2018（3）：48-49.

（责任编辑：李凌峰）