岩溶场地内旋挖桩施工控制要点研究

□ 徐丽丽 韦 捷

广西壮族自治区桂林市是桂湘黔粤交界区域中心城市，属于亚热带湿润季风气候型溶蚀侵蚀区，是典型的喀斯特岩溶地貌[1]。场地地基的喀斯特地貌特征主要包括地表存在溶沟、喀斯特漏斗、土洞、溶蚀洼地、地下有溶洞与地下河、暗湖等，给道路、桥梁及高层建筑的地基处理带来挑战。前人或围绕旋挖成孔中溶洞的处理方法，或围绕岩溶地区旋挖桩施工操作要点，或围绕旋挖桩施工常见问题进行各自探讨。包长泰[2]以南宁申龙新能源汽车生产项目的桩基施工为例，总结不同的溶洞处理方法；汤伟等[3]研究了在规范要求的桩端影响范围内灌注C30微膨胀水泥浆处理串珠洞的方法；宾善标[4]则通过对地下水位较高的溶洞无法成孔进行分析，研究“水泥浆—硅酸钠”双液注浆的工艺原理及材料制备，揭示其处理地下水位高的溶洞的有效性和经济性；刘城[5]通过分析膨润土泥浆的物理性能和作用原理，并结合工程案例，研究不同配比的泥浆性能，揭示膨润土泥浆在岩溶区旋挖桩施工工艺中的应用效果；王迎军[6]对在岩溶地区旋挖桩的钻孔成孔要点进行了高度概括和总结；王家全[7]通过对岩溶区旋挖桩施工质量进行分析，研究岩溶地质条件下旋挖桩的施工工艺改进，并结合岩溶场地不同旋挖成孔施工工艺下基桩质量的差异对比，揭示了旋挖控制工艺是影响岩溶地区旋挖灌注桩成桩质量的主要因素。本文以桂林市某旋挖桩工程为研究对象，结合前人的研究成果，分析阐述岩溶场地内，旋挖桩遇溶洞钻进的施工控制要点。

1 项目概况

1.1 工程概况

桂林某商品住宅项目位于桂林市灵川县大圩镇X113县道旁，设计楼高14层，部分地段设地下室一层，采用框架结构，该建筑物基础设计选用桩基础，桩基础安全等级为二级，桩直径采用1200mm、1400mm、1600mm、1800mm，以较完整石灰岩作为桩端持力层，设计选用旋挖成孔灌注桩，桩身混凝土为C30。

1.2 工程地质情况

根据地勘报告及区域施工经验，场地位于碳酸盐岩溶发育强烈区，浅层地下溶洞及溶蚀裂隙强烈发育，场地内地下水位位于岩土界面以上，且丰富活跃，具备形成土洞和岩溶塌陷的条件。场地钻探所揭露溶洞大部分卵砾石、砂及黏性土充填，基岩面普遍埋深较浅，局部较深，浅层岩溶强烈发育，属典型的喀斯特地貌特征。

2 项目施工难点分析及防治措施

2.1 溶洞壁硬度高，旋挖桩施工钻进困难

（1）难点：在整个桩基工程中，大于4m的溶洞率高达56%，最高的溶洞有13.6m，并且场地内地下水位高，旋挖成孔较为不利的因素主要有半边岩及溶洞，个别需要穿过两个溶洞以及溶洞中间厚达6m的较完整灰岩。溶洞壁、串珠溶洞中间层的灰岩硬度高，极易引起旋挖桩钻锥跳动，一旦钻进速度控制不当，钻杆摆动，导致钻锥偏斜，施工质量难以保证。

（2）采取措施：在钻进溶洞、半边岩、孤石或进入灰岩层时，提前预判，选择低挡慢速钻进，转盘转速参数取值为13v/min～40v/min。为防止在遇较硬岩层时发生卡钻、偏斜等事故，在距离溶洞顶板0.5m处采用研磨钻进的方法穿越溶洞[3]。串珠溶洞间隔中的较完整灰岩因厚度不足需要穿越，可通过采用研磨慢速钻进方式，取得较好效果。钻孔施工过程中如遇纠偏、塌孔无法持续成孔，可采用孔内回填低标号混凝土，从塌（偏）孔部位的底部，回填至未发生塌（偏）孔区段的临界面或以上，待回填的低标号混凝土达到终凝后再进行二次成孔。

2.2 溶洞内充填卵石层，易导致孔壁塌落

（1）难点：根据超前钻地勘资料，显示部分溶洞内充填卵石、粗砂层，而卵石、粗砂层黏性不足，普通的泥浆护壁极易塌落，桩身范围内圆砾、中粗砂层的孔壁塌落、清底工作极其重要。

（2）采取措施：对于桩身范围内圆砾、中粗砂层，采用振动锤打入长钢套筒穿越易塌地层，直至岩面，并对清底斗进行清孔作业。首先通过定位的控制桩放样，把钻孔位置标于坑底，钻尖对准桩位中心，钻机旋挖至一定深度取出土（岩）后下放护筒；再把护筒吊放进坑内，找出护筒的圆心位置，用十字线在护筒顶部或底部，移动护筒使护筒中心与钻孔中心位置重合，同时用水平尺或垂球检查，保证护筒竖直。此后在护筒周围对称、均匀回填最佳含水量的黏土，需分层夯实，以达到最佳密实度，夯填时要防止护筒偏斜。待桩成孔浇筑完毕，采用振动锤拔出钢套筒，可循环使用，如图1所示。

图1 振动锤打拔长护筒：钢护筒全断面跟进

2.3 过大溶洞易致桩身偏斜，孔底沉渣过多

（1）难点：溶洞过大，一方面旋挖钻进容易偏斜，导致桩身倾斜，另一方面孔底沉渣过多，不易控制。

（2）处理措施：桩身范围内单层溶洞不超过2m高度的桩，采用定位护筒，且控制护筒顶部高出地面0.3m左右，埋深2m～3m；而对于桩身范围内单层溶洞超过2m高度且溶洞贯通范围较大的桩，应用钢套筒全程跟进避免偏斜，边钻边接，穿越溶洞内易塌地层，直至设计基岩面。当钻进设计要求的入岩深度后，利用专业清底钻头进行清底，同时专人测量桩深度，待清底完成后，立即安放钢筋笼，浇筑桩身混凝土。

2.4 露天溶洞附近区域承载力低，机械进场困难

（1）难点：对于尺寸较大的露天溶洞，当溶洞表面周边分布的岩石为破碎带岩层时，其承载力较差，而一般的旋挖钻机整机作业状态重量约为128t，露天溶洞对机械作业和人员活动造成威胁。

（2）处理措施：为保证旋挖钻机及施工人员的安全，施工前对露天溶洞回填物料，可利用低标号水下混凝土结合少量片石回填，直至溶洞表面填充完整，且内部结构密实稳定。待所填混凝土达到终凝后，再开展桩基施工。如本工程场地内有一处露天溶洞，初步测量其尺寸为：长6m×宽6m，深度为2m～4m，经测量放样，发现露天溶洞的范围内有一根独立基础桩，该桩未做超前钻，所揭露的溶洞为空洞，溶洞表面周边分布的岩石为破碎带岩层，承载力较差，通过回填低标号混凝土，再行施工，效果良好。

2.5 地下水丰富，泥浆护壁难控制

（1）难点：岩溶区域地下水丰富，暗河、暗沟交错，而旋挖桩的护壁有赖于质量好、黏度高的泥浆，因此岩溶场地旋挖桩泥浆的制备和指标控制要采取一定措施。

（2）处理措施：在钻进过程中及时查看地下水情况，根据水量及时调整泥浆黏度，利用地层黏工心中有数土自然造浆，也可采用化合物泥浆[5]或膨润土泥浆[2]。自然泥浆性能指标见表1，当其稠度不能满足要求时，选择膨润土造浆，确保稠度，同时派专人随时查看孔壁，及时调整，保证不塌孔、不缩孔。桩孔施工采用一次性全面不间断作业，施工中根据出渣情况判断土层结构，及时合理调整泥浆性能指标，遇松散地层时适当增大泥浆相对密度和黏度，尽量减轻冲液对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。

表1 泥浆性能指标

2.6 溶洞分布广而杂，导致施工工艺复杂

旋挖控制工艺是影响岩溶地区旋挖灌注桩成桩质量的主要因素[6]。一是选择有岩溶地区挖桩经验以及责任心强的施工队伍，编制更具有针对性的施工方案，做好施工工艺培训和安全教育，对岩溶场地地勘资料及超前钻资料进行深入研究，提前判断溶洞情况，调配更合适的旋挖桩机及钻头，做到对整个旋挖桩施工心中有数。二是在施工中对溶洞区域钻孔内的水头高度，密切关注钻孔排渣、提锥除土以及钻机的运行数据，做到能预测问题、及时排查和解决问题；非溶洞区的泥浆相对密度和黏度，也要保证观察和检测，因故停钻时，应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆性能指标，以防塌孔。三是溶洞处的钻孔作业应提前预判，开始后应分班连续进行，同时做好交接，确保不会盲目钻进；通过排渣随时注意土层变化情况，在土层变化处捞取渣样，进行地勘图纸与实际的对比，若有重大出入，应及时调整措施，保证施工质量。四是操作人员升降钻锥应平稳，切忌晃动，钻锥出井口时，做好保护防止碰撞护筒、孔壁，同时防止钩挂护筒底部，迅速拆装钻杆。

3 结论

广西的喀斯特地貌分布范围较广，而绝大多数岩溶对工程地基影响较大，适合岩溶地区的桩基形式主要是灌注桩[1]，而旋挖灌注桩因高效、环保等优点，在岩溶地区的桩基应用中也越来越多。但遇溶洞的施工技术、成孔质量控制与普通地基不一样，施工单位应结合超前钻资料，编制更具有针对性的岩溶地区旋挖桩施工方案、质量控制措施及事故预防措施，发挥旋挖桩的技术优势，克服岩溶影响，为工程项目的顺利实施打下良好基础。