赣南地区岩溶地质钻孔桩技术研究

刘阔

一、工程概况

赣深铁路龙南东站站房位于江西省赣州市龙南县里仁镇，龙南东站地处江西省龙南县，站房中心里程DK104+738.4，站房采用线正下式，桥式站台。龙南东站建筑面积9998.9m2，站场设计为2个站台4条线路，侧式站台2座，岩溶区工程桩188根，桩长为17.7m～64.9m，主要地质为地处岩溶，属隐伏岩溶区，钻孔见洞率高，根据地质勘察探明最大洞高22.48m，桩基采用800mm直径冲孔桩，桩端全面进入持力层深度20.8m，单柱竖向承载力特征值Ro=400kN,施工时最小桩长由持力层深度控制，并保证桩端以下不小于5m范围内无岩溶夹层、岩溶溶洞分布，在桩基底端部位应力扩散范围内无岩体临空。

二、方案选择

岩溶区桩基钻进施工穿越溶洞时，打穿溶洞时，经常出现漏浆、偏锤等现象，溶洞顶部岩层被钻机钻穿后，在上部孔隙水与下部岩溶水间水头差的作用下，上层软弱砂层会随之流入下层溶洞从而造成塌孔。如溶洞较大，会引起桩基孔口附近地表塌陷，危及地表施工人员、设备、建筑物安全，对桩基施工造成较大难度为保证施工安全及工程质量，制定钻孔灌注桩专项施工方案，并经专家评审。

三、工程方案比选

1.钢护筒跟进方案

优点为施工简单，工期短且施工速度快，桩基质量有保障，有效控制混凝土超方；缺点为材料费、机械费及能耗均需较高的费用，接桩难度较大。

2.抛填片石黏土混合料方案

优点为施工简单，经济性好；缺点为需冲击钻配合夯实填充物，加固护壁，控制混凝土超方方面效果较护筒跟进较差。

3.回填砼方案

优点为对于各种溶洞、斜岩均可处理，适用性强；缺点为由于溶洞普遍非常发育，回填方量较大，经济性最差，回填后需等待混凝土凝固时间，施工速度慢，且存在一定程度的浪费。

4.组合方案

采用钢护筒跟进及抛填片石组合方案，能充分发挥钢护筒跟进和抛填片石的各自优势；对于桩身穿越高度大于5m的封闭型较大溶洞及部分较大的连通型溶洞，采用护筒跟进措施进行处理，发挥其施工简单，有效防止孔壁坍塌，工期短且施工速度快的优势，对于空溶洞或半充填的溶洞，根据溶洞的大小回填适量的黏土（或黏土坯）和片石混合料，反复冲砸，如此顺利穿越溶洞。

5.推荐方案

综合以上施工方法来看，从施工质量安全、工程进度、工程造价、等方面推荐采用钢护筒跟进及抛填片石组合方案。

四、总体方案确定

1.根据施工图纸及工程地质柱状图的核对，对桩基每段溶洞拟定处理方案。

2.在钻孔穿过小溶洞、深层溶洞地层时，处理措施采用抛填法。

3.在钻孔穿过大溶洞及串珠溶洞地层时，尤其穿越高度大于5m的封闭型较大溶洞及部分较大的连通型溶洞，采用护筒跟进措施进行处理。为提高成桩效率、保证工程质量，岩溶桩采用旋挖机及冲击钻组合施工方案施工。

五、方案实施

1.工程桩施工

根据逐桩勘探柱状图的地质情况选择护筒跟进、抛填片石+黏土挤压措施，防止斜孔、弯孔、埋钻、卡钻、掉钻、塌陷等事故的发生，以便顺利成桩，综合群桩基础根据地质情况优先施工长桩、后施工短桩。分析桩基各个地质区域地质特点，采取不同的钻机型号、进尺速度。

2.具体施工方案

（1）冲击钻钻孔

开钻时，适当控制钻进速度，待钻进深度大于钻头高度1米后，即可按正常钻进速度施工。施工中注意护筒的稳定性，如护筒周边土体有异常，需及时处理，时间不宜太长，防止泥浆不循环导致塌孔。

由于溶洞的存在，钻进过程中，会出现泥浆有损耗、漏失，要及时补充。在施工前根据地质情况，准备足量泥浆，保证漏浆后能及时补充泥浆。

每钻进1m或地层变化处，捞取钻渣样品，查明土类并记录，及时清除钻渣，使钻锥钻进新鲜地层。并与地质勘探资料对比核对，确保钻进施工安全质量可控。

成孔后保持泥浆循环，保证泥浆稳定，钻孔达到设计标高后，进行第一次清孔，检查孔深、孔径、垂直度，并签字确认钻孔深度。

（2）溶洞处理

①钢护筒跟进：对于桩身穿越高度大于5m的封闭型较大溶洞及部分较大的连通型溶洞，为了防止孔壁坍塌，采用护筒跟进措施进行处理：

钢护筒的加工。钢护筒订购半成品，护筒需保证一定的强度，壁厚选取8mm～10mm，长度每节6m/4m，护筒内径1000mm。使用时依据实际地质情况在施工现场焊接加长。护筒靠下一面外侧增焊加强刃脚，高度大于100mm。

钢护筒加工拼接。由于钢护筒内径1000，需要多次接长，故钢护筒顺直度和连接强度要求较高，尤其是施工焊接质量的控制，需加强检查。为施工方便，采取逐节焊接，下放钢护筒，直至需要沉放高度，一般需要采用打拔机辅助捶打至最深溶洞底。

护筒跟进。护筒跟进放依据实际情况确定拼接长度；当穿过岩溶溶洞时低速缓慢钻进，钻进无明显卡顿，再用吊机将钢护筒放入孔内，需要接长的需增设可靠担杠，焊接接长后再进行后续施工；护筒跟进过程中遇到下沉受阻时，可采用打拔机打入辅助打入。

②抛填片石、或抛填黏土片石混合料：穿越溶洞地质时，查看泥浆池浆液量，确保在漏浆后能及时补充泥浆，保证施工安全。击穿溶洞后，根据溶洞的大小按1∶1的比例回填袋装黏土（或黏土坯）和片石混合料，进行冲砸堵漏，冲砸固壁，直到可正常钻进，反复操作直到顺利穿越溶洞。钻至离溶洞顶部1m左右时，准备足够的小片石(粒径为10cm～30cm)和黏土，对于半充填和无充填采用冲击钻施工时注意在小于1m范围内减小冲程，防止卡钻头、掉钻头。

六、沉降观测

因岩溶地质极易发生地面坍塌，故施工过程需对施工周边地面进行沉降观测。

1.布点方案

本方案监测桩基周边土体的竖向位移，防止塌孔，依据现场实际情况，监测点以桩基中心1.5m、3m、4.5m布设，桩基为中心四周布设。

2.垂直位移监测点埋设

测点布置在以桩基为中心四周布设。布设监测点间距间隔1.5m、3m、4.5m。埋设件采用φ16钢筋，长度不小于80cm，顶部磨圆。要充分做好现场监测点保护工作，防止施工时将其破坏。

由于地表为土料，监测点埋设需采用混凝土灌浇，保证桩基施工过程中的稳定性可靠性；监测点上部采用φ10PVC硬质管保护。开挖至少50cm深度，将监测埋件打入土体，顶部略低于原地面，灌入混凝土，插捣密实，现场同步做好防护措施，防止受损。

3.数据采集

（1）数据采集时间及初始值测定

场地平整完毕后，监测点按要求埋设完成。在桩基施工前至少独立采集2次数据采用稳定数据均值作为初始值。

（2）垂直位移数据采集与计算

垂直位移监测数据采集采用仪器为电子水准仪；Trimble DiNi03 精度；往返测标准中误差0.3mm/km。

按国家二等水准要求进行数据采集。现场数据采集时根据现场实际情况，形成闭合或附和观测路线。

4.仪器选择及观测方法

沉降观测使用天宝DINI03电子水准仪及铟钢水准标尺进行沉降观测。放大倍率32倍，1KM来回测中差0.3mm，测距范围1.5m～100m，所有仪器均经检验，在效期内。监测均采取单路往返闭合法。

5.监测周期

开挖过程中及下部结构施工过程中，每日监测1次，当对现场沉降及位移情况有疑问时，适当增加监测频率。

七、结语

1.该工程在施工过程中，采用组合式方案将每根桩基成桩周期从6-7天缩短至3-4天，极大的提高了成桩效率。

2.钢护筒对溶洞地质地表沉降起到明显效果，地表沉降均未报警，提高了施工过程中的安全性。

3.砼超方控制较好，相比相同地质类似工程明显减少超方，从而降低成桩成本。

4.工程造价方面尽可能做到合理的同时，提高了成桩效率、保证了工程质量及安全施工。