旋喷固结串珠状溶洞旋挖成桩施工技术

郭 璐，罗平南，周伏萍

(江西省地质工程(集团)公司(赣中南地质矿产勘查研究院)，江西 南昌 330029)

0 引言

石灰岩地层岩溶发育较为充分，因此在桩基施工的过程中经常遭遇溶洞。通过超前钻探明溶洞的性质，需要对溶洞采取特别措施以满足桩基施工的要求。现有技术中在溶洞地区施工时，主要是采用钢护筒进行隔离或者采用水泥浆进行封堵。而对于串珠溶洞，该类溶洞埋置比较深，钢护筒无法到达，并且该类溶洞中存在大量淤泥质充填物，采用压密注浆处理后难以形成固结体，在成孔过程中易出现坍塌现象，由于是串珠状溶洞压密注浆后无法控制走向，在没有桩基的区域也需要水泥浆填充，压密注浆从下填充满后才向上填充，这样施工形成大量水泥浆浪费。为了克服现有技术的缺陷，采用旋喷固结串珠状溶洞旋挖成桩施工技术，较好地解决了溶洞地区施工难题[1-2]。

1 工程概况

1.1 项目概况

工程位于赣州市南康区，赣南大道南侧，产业大道以西，工业大道以东。本工程地质情况自上而下分为：第①杂填土，主要由耕植土、腐殖土、黏性土组成；第②层黏土，湿，可塑；第③层全风化粉质粉砂岩，岩石结构破坏，局部分布；第④层为强风化泥质粉砂岩，裂隙较为发育，岩石结构基本破坏，遇水崩解；第⑤-1层为中风化石灰岩，超前钻判断似串珠夹层，串珠溶洞，隐晶质结构，风化裂隙发育，溶洞以黏性土填充为主，呈软塑状，该层大部分区域缺失；第⑥-1层为中风化石灰岩，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰岩角砾，呈软塑状；第⑥-2层为中风化石灰岩，灰白，分布溶洞，串珠溶洞，填充黏土、灰岩角砾，呈软塑状；第⑦层中风化石灰岩，隐晶质结构，灰黑，取芯率75%以上；各层在本区域内互有缺失；桩基础设计为旋挖灌注桩，桩端进入中风化岩层不宜小于1倍桩径。孔深设计深度暂定18 m，同时以入中风化粉质砂岩2倍桩径深度为终孔条件，因遇到溶洞，实际孔深主要为26 m～38 m，少数孔深达45 m以上，多为部分15 m。工程总量24 600 m3。

1.2 溶洞情况

地质报告显示单个溶洞洞高大部分1.2 m～8.8 m，个别溶洞洞高达15 m；溶洞底部埋深15 m～46.5 m，一般埋深23 m左右。其中，多见到3个～5个大小不等的溶洞竖向串珠分布，串珠溶洞之间隔层坚硬，为隐晶质灰岩残留，一般厚度1 m左右，无法判断是否存在横向串通；钻进过程显示，全场溶洞都为封闭式有满填充溶洞，取出的溶洞填充物为胶体状浓泥浆，比重1.46～1.51。

2 工艺原理

旋喷固结串珠状溶洞旋挖成桩施工工法是通过高压旋喷桩在串珠状溶洞中有限区域把溶洞内淤泥质充填物施工成水泥固结成柱状体，然后在成孔过程中采用高比重泥浆护壁的方式达到成孔不坍塌确保桩身孔壁完整性满足设计要求的施工工艺。

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程：施工准备→放线定位→高压旋喷钻机就位→钻进引孔至最底溶洞→高压旋喷注浆→水泥固结体养护→旋挖成孔→钢筋笼下放安装→混凝土灌注。

2.2 关键工序操作要点

2.2.1 钻进引孔

旋喷桩桩位放好并经复核合格后，用履带式接杆式钻机成孔，钻头直径75 mm，每节钻杆长度1.5 m，根据超前钻孔探测溶洞底部深度，钻进至该溶洞底部以下20 cm即停止钻进。

2.2.2 高压旋喷注浆

钻进过程中配置水泥浆，钻进达到深度后，高压旋喷桩机自下而上进行注浆搅拌成桩，在溶洞区域提升速度控制在0.15 m/min之内，非溶洞区域提升速度控制在0.3 m/min，交界处提升速度控制在0.2 m/min,注浆至最上层溶洞顶部以上20 cm停止注浆，全部拔出钻杆。

2.2.3 水泥固结体养护

高压旋喷注浆结束后进行封孔固结养护，养护时间不少于7 d。

2.2.4 旋挖成孔

高压旋喷桩固结体养护完成后，在桩位定位放样复核合格后进行旋挖成孔，在旋挖成孔过程中，采用高比重泥浆进行护壁，防止孔内坍塌和孔内渗漏现象[3-4]。

2.2.5 钢筋笼下放安装

成孔达到桩底标高符合设计要求后，进行钢筋笼下放安装，安装保护块防止破坏高压旋喷桩固结体。

2.2.6 混凝土灌注

安装灌浆导管，二清检测复核施工要求后立即进行混凝土灌注，混凝土灌注时埋管深度控制在2 m左右和连续均匀灌注。

2.3 主要设备

主要机械设备配套表见表1。

表1 主要机械设备配套表 台

3 溶洞处理的注意事项

1)上述工艺方法的重点是“高喷固结成柱+高比重稳定液护壁”，应先进行试验性作业，在试验和实践中调整施工参数，总结确定最优的工艺和材料用量，特别是高压旋喷施工，如果二重管足以形成直径1 500 mm水泥拌合土柱体，则不用三重管。以及高比重泥浆配比的合理调整，水泥浆的水灰比调整等；在选用二重三重管时，应考虑填充物本身的含水量，在喷射压力相同情况下，采用二重管；对于小型溶洞，如能直接采用高比重稳定液达到处理效果则不用其他方法；总之针对需要处理的每一个溶洞，参照超前钻资料，先确定具体方式，但在使用中根据实际情况变化调整。

2)目前所知的三栋楼皆为溶洞地层，桩基施工应采用“跳打”的方式，即完成一根桩，下一根桩的施工应有相当的距离，直到前桩终凝；以保证不因距离太近而导致串孔；与前桩施工距离参考超前钻报告，以溶洞内不发生串通为宜。与前桩施工的间隔时间以前桩完成终凝为宜。

3)在固结体内钻进施工，应力求避免机械破坏固结柱体，旋挖钻进采用“低压，低转速”，并且下放钻头和提起钻头时应轻缓，开钻前应调节垂直度，保证倾斜度低于0.5%，并且保证钻头对中。

4)在高喷或注浆处理完溶洞后，必须等7 d后，固结柱体达到一定强度才能开始桩基施工，施工应按照施工要求，采用高比重泥浆作为稳定液而进行施工。

5)在特殊情况下，需要暂且忽略成本，采取特别处理措施，比如在溶洞高度较大的情况下，已经完成成孔后，考虑到灌注混凝土后溶洞部位承受较大压力，为防备“胀破”孔壁，可以在该部位放置钢护筒，护筒壁厚不小于3 mm。

4 质量控制

1)钻进引孔至最底溶洞质量保证措施：根据超前钻探明溶洞的深度和钻杆每节长度进行确定钻进深度，准备相应数量的钻杆，每安装一节钻杆做好施工记录，在桩机立杆上做好机余标志，最后一根钻杆钻至钻余刻度时停止钻进。

2)高压旋喷注浆质量保证措施：浆液水灰比、浆液比重、每米桩体掺入水泥重量等参数均以现场试桩情况为准。施工现场配备比重计，每天量测浆液比重，严格控制水泥用量。灰浆搅拌应均匀，并进行过滤。喷浆过程中浆液应连续搅动，防止水泥沉淀。

3)水泥固结体养护质量保证措施：溶洞以上引孔采用水泥浆进行封堵，防止地表水进入。

4)旋挖成孔质量保证措施。

a.在固结体内钻进施工，应力求避免机械破坏固结柱体，旋挖钻进采用“低压，低转速”，并且下放钻头和提起钻头时应轻缓，开钻前应调节垂直度，保证倾斜度低于0.5%，并且保证钻头对中。施工应采用“跳打”的方式，即完成一根桩，下一根桩的施工应有相当的距离，直到前桩终凝，以保证不会因为距离的太近而导致前后两个桩基造成串孔的问题，在后续桩基施工的过程中，应该与前一个桩的施工距离进行参考超前钻报告，以溶洞内不发生串通为标准，与前一个桩基的间隔时间为前一个桩基完成终凝的时间为准。

b.高比重稳定液是通过专门造浆材料与水1∶1配比而成，其中专门造浆材料包括膨润土，CMC,FCl,纯碱,PHP,重晶石，锯末水泥纸浆，专门造浆材料各组分占比为膨润土10%,CMC 0.01%～0.05%,FCl 0.1%～0.3%,纯碱0.5%,PHP 0.003%，锯末水泥纸浆1%～2%，重晶石用量根据泥浆密度进行调整。

5 施工过程中特殊情况处理

1)喷浆过程应连续均匀，若喷浆过程中出现压力骤然上升或下降，大量冒浆、串浆等异常情况时，应及时提钻出地表排除故障后，复喷接桩时应加深0.5 m重复喷射接桩，防止出现断桩。

2)高喷孔喷射成桩结束后，应采用含水泥浆较多的孔口返浆回灌，防止因浆液凝固后体积收缩，桩顶面下降[5]。

3)因地下孔隙等原因造成返浆不正常，漏浆时，应停止提升，用水泥浆灌注，直至返浆正常后才能提升。

4)如果出现一侧压力异常，及时停止提升并找到原因，因为特殊原因造成施工间隔在24 h之内进行全桩复打，超出24 h的若是止水加固则，必须在外围进行增加高压旋喷桩加固桩数。

6 结语

旋喷固结串珠状溶洞旋挖成桩施工技术采用水泥固结溶洞内淤泥质充填物的方法，防止溶洞内淤泥质充填物坍塌和避免混凝土桩体中出现夹泥，确保桩身完整性；混凝土充盈系数控制在1.00～1.10之间，节约了成本；通过高压旋喷加固有限区域不扩散水泥浆，实现了绿色环保。