复杂岩溶地质灌注桩基础施工技术研究分析

复杂岩溶地质灌注桩基础施工技术研究分析
发布时间：2022-10-11T02:32:04.504Z 来源：《中国建设信息化》2022年10期5月作者：潘伟根[导读] 粤北山区处于多条破碎带上，地层发育严重。

工程兴建在岩溶地区，由于岩溶的存在，就不可避免地存在溶洞和桩基施工承载力的问题。

潘伟根
广东省建筑工程机械施工有限公司广东广州 510500
摘要：粤北山区处于多条破碎带上，地层发育严重。

工程兴建在岩溶地区，由于岩溶的存在，就不可避免地存在溶洞和桩基施工承载力的问题。

大部分岩溶地层会被其后来次生的风化或残积物所填充、覆盖，深埋于地下，给地基工程特别是桩基工程的施工带来了不可预见的风险，直接影响工程质量和施工安全。

如何有效地应对岩溶地区桩基施工风险已变得越来越重要。

关键词：岩溶；土洞；地质勘察；预处理技术；溶洞处治；钢护筒；应急预案中图分类号：U445.4 文献标志码：A 文章编号：
Research and Analysis on construction technology of cast-in-place pile foundation in complex karst geology Pan weigen
Guangdong Construction Machinery Construction Co., Ltd. Guangzhou, Guangdong 510500 Abstract: the mountainous area of northern Guangdong Province is located on many fracture zones, and the strata are seriously developed. The project is built in karst area. Due to the existence of karst, the bearing capacity of karst cave and pile foundation construction is inevitable. Most karst strata will be filled and covered by the subsequent secondary weathering or residual materials, and will be deeply buried underground, which will bring unforeseen risks to the construction of foundation engineering, especially pile foundation engineering, and directly affect the project quality and construction safety. How to effectively deal with the risk of pile foundation construction in karst areas has become more and more important. Key words:Karst; earth cave; geological survey; pretreatment technology; karst cave treatment; steel barrel; emergency plan 一、地质概况
粤北山区位于破碎带，地层发育严重，该地区位于多条断裂带群和破碎带间，地层发育严重。

根据广东省构造体系图（1：50 万）及说明书，位于华夏式构造全南-佛冈断裂构造带（VII-2）和粤北山字型构造（Ⅷ-1）影响范围。

全南-佛冈断裂构造带（VII-2）：该带北东起自江西“三南”地区，经连平、翁源，潜入佛冈岩体内部，省内长达 170 公里，宽约 50 公里，以一系列连续相连的走向 60°~70°的断裂群组成。

其主要由岩庄、马屎山、内莞、汤塘断裂所构成，单条走向 60°~70°，支线状延伸数十公里至百余公里，倾向南东为主，倾角较陡，多具压扭性特征，后期具张性。

粤北山字型构造（Ⅷ-1）：分布于粤北乐昌、乳源、英德、阳山、连县、翁源、连平等地，主要发育于震旦、寒武、泥盆、石炭、二叠、三叠系之中，局部地段侏罗、白垩、第三系也被席卷进去，波及面积约近 15000 平方公里。

该位置位于经尾-清水塘断裂的影响范围，此外，龙祖山岭脚背斜、罗镜复式向斜及虾山塘断裂对桥位区也有一定的影响[1]。

部分桥梁位置图
岩溶为场地范围内主要的不良地质作用，场地内基岩面起伏不平，斜岩、溶洞等岩溶现象发育，场地岩溶属强发育。

二、工程风险分析
由于岩溶和土洞在地下水的作用下不断发展，可能造成地面发生塌陷或加剧地面塌陷，具有长期性、不可预见性、随机性和突发性等特点，因此其危害性大。

岩溶、土洞及地面塌陷对场地和地基稳定性影响很大，对抗震设计很不利，影响地面建(构)筑物正常运行和地面设施安全[2]。

在岩溶地区进行冲孔桩施工，易出现漏浆、塌孔、卡锤、埋锤等现象，施工中遇到较大溶洞时可能会出现大面积塌孔,造成桩机全部跨倒，周边房屋沉降开裂的危险，且涉及到施工人员及周边居民的人身安全。

三、施工工艺与注意事项
溶洞处治原则:
（一）单个溶洞高度≤4.0m 及单个溶洞高度>4.0m ，且溶洞内全充填
1、当单个溶洞高度≤4.0m
（1）溶洞为空洞、半充填、流塑状全充填采用粘土+片石全填塞；
（2）溶洞为软塑、可塑状全充填采用粘土+片石半填塞；
（3）溶洞为硬塑状全充填不处理；
（4）对于串珠状全充填溶洞，各溶洞高度均≤4.0m ,采用粘土+片石全填塞或半填塞；
（5）对于串珠状空洞、半充填，总高度>4.0m ，各溶洞间岩层≤3.0m时,采用钢护筒一次性穿过；
2、单个溶洞高度>4.0m ，且溶洞内全充填:
（1）溶洞为流塑状全充填采用粘土+片石全填塞；
（2）溶洞为软塑、可塑状全充填采用粘土+片石半填塞；
（3）溶洞为硬塑状全充填不处理；
3、具体施工工艺：
根据地勘报告，判断溶洞的高度和分布情况。

成孔时遇溶洞漏浆，采用片石加粘土回填，土石比控制在1: 3~5范围内：测孔底标高→反算孔底至洞顶距离→回填片石（一抖）→轻击压实→测回填后孔底至洞顶距离（如在洞顶以下）→回填片石（一抖）→轻击压实→测回填后孔底至洞顶距离（如在洞顶以下），如此反复，直至回填料高出洞顶约50cm，如泥浆面还没有达到护筒出浆口，上部回填粘土，直至泥浆面平护筒面，小冲程冲击，如再次漏浆，按上述方案处理，直至冲过溶洞层[5]。

（二）单个溶洞高度>4.0m，且溶洞内为空洞、半充填
1、采用钢护筒一次穿过顶板、洞间岩层，直至护筒嵌入溶洞下岩层0.5m。

2、对于空洞或半充填溶洞，当地表覆盖层为粉砂、砂、淤泥、卵石等不稳定土层时，采用钢护筒下放至基岩表面以下O.5m ，再进行灌注桩钢筋笼和混凝土施工[6]。

3、具体施工工艺：
（1）钢护筒准备:
护筒采用厚12mm、10mm和8mm四种钢板加工而成，护筒内径及壁厚按以下原则选取:
A、护筒壁厚：
桩径≤ 1.6m时， ( 1)护筒长度<10m，护筒壁厚采用8mm; ( 2)10m≤护筒长度<20m ,护筒壁厚采用10mm; ( 3)护筒长度>20m ,护筒壁厚采用12mm；
设置双层护筒时，外层护筒内径采用比桩径大40cm ，内层护筒内径采用比桩径大20cm。

B、护筒长度
护筒长度根据施工需要，分节段制作拼装，当地表覆盖层为粉砂、卵石等不稳定土层时,设置外层护筒，穿过软弱覆盖层以下2~ 3m或至基岩顶面;内层护筒埋置深度要求穿过溶洞至基岩面[7]。

（2）穿过覆盖层钢护筒的埋设
A、采用比护筒直径稍大的冲锤，保证成孔直径比护筒外径大0.1~0.15m。

考虑到基岩面处易发生漏浆，故冲至距基岩面1.5m左右时停止进尺，检孔并检查成孔直径及其倾斜度。

B、逐段拼接，疏放护筒，直至其不能自行下落，然后采用振动锤施打至预定深度。

在护筒埋设过程中，需要注意:(1)护筒逐段拼接中，段与段之间拼接的垂直度要控制好，以防折曲；(2)孔口定位,护筒口中心要保证与桩基中心基本重合，然后将其与地面开孔护筒用钢板连结固定；(3）护筒底部刃脚处加强，以防止施打过程中发生卷刃。

C、由于基岩顶面的不平整，护筒底部不可能周边全断面接触，这样就可能造成此处发生以下问题:(1)振力过大时，护筒滑偏，底部变形; 〔2）底部漏浆，坍塌[8]。

为尽量避免此类问题发生，在护筒振打下落时参照地质资料控制好护筒的入土总深度，并加强护筒刃脚。

护筒就位后，在基岩面附近反复回填粘土、石碴并掺加水泥，冲击造壁。

（3）、冲孔
A、泥浆比重的控制
由于溶洞外存在裂隙，且部分裂隙贯通，施工过程中会出现漏浆现象。

所以在冲孔进尺过程中保持较大比重的泥桨，在遇到此种情况时可控制浆液的流失速度,并对裂隙的封堵具有较好的效果。

B、冲程控制
由于地质情况的复杂性，钻探资料并不能完全反映出桩位处地质情况的完整面貌，冲程过大时极易突然冲破岩层顶板，造成卡锤、偏孔事故，故在冲孔过程中，应采用不大于1m的中、小冲程进行岩层内的进尺，尤其是在接近溶洞顶板时，更要采用小冲程。

C、溶洞内的造壁
进入溶洞后，要反复回填片石、粘土等，尽量将溶洞内的孔壁冲击坚实。

同时多次回填的另一好处是减少了由于溶洞顶、底板的不平整，冲锤易产生滑偏的可能性[9]。

（4）、穿过溶洞的钢护筒
采用比内层护筒直径较大的冲锤,保证成孔直径比护筒外径大0.1~0.15m,冲孔完成后，下放内层护筒穿过溶洞至基岩面，然后做混凝土封底、以防止灌注的桩基混凝土流夫，同时防止溶洞内的水流对混凝土冲刷造成混凝土离析后断桩的事故。

然后进行清孔，下放钢筋笼。

（5）、压力灌注水泥浆
A、采用钢护筒处理溶洞的桩基础，在两层钢护筒之间、钢护筒与桩孔壁间，压力灌注水泥浆；施工过程应做详细记录，不得漏注。

B、桩基础混凝土强度及弹性模量均达到设计值的90%，同时砼龄期不小于7天，方可注浆。

C、一桩一层四孔，二层八孔，遵循先内层后外层、同排隔孔、邻排错开、跳孔分序分次的灌注顺序，单孔遵循注浆自下以上分段进行，注浆压力依次增加，压力自小至大提高的原则，单孔首次注浆管伸至桩底或钢护筒底。

每个基础同时施工的注浆孔不宜超过1孔；注浆过程中需加强位移监测，避免因施工导致基础下沉或倾料，注浆完成后,应对桩基础变位进行持续监测。

D、采用C30水泥浆，灌浆速度不宜超过75L/min，注浆孔口稳定的压力宜为1.0~2.0MPa，在现场应通过试验，最终验证压力值是否合
适。

E、注浆终止条件，注浆时通过压力表和浆液来控制注浆量，终灌标准为在注浆压力下吸浆量<1~2L/min ,稳压15min，若地面窜浆或桩基变位立即停止注浆，待浆液凝固后(20~40min)再对该孔补浆[10]。

在施工过程中，结合实际地质情况、施工装备、施工工艺等采用尽可能合理的处治措施。

钢护筒施工图
四、岩溶事故处理方案及效果
由于岩溶地区地质复杂多样，成孔施工中遇突发情况稍有处理不当，可能会引起周边地面出现塌陷的情况发生。

若周边环境出现塌陷时，应立即进行应急处理。

具体如下：
6.1 制定专项应急预案
为有效防范施工安全事故的发生，强化施工安全事故应急处理责任，最大限度的控制事故危害，减少人民生命和国家财产损失，保证安全生产，在施工前制定专项应急预案。

6.2 事故处理方案
在冲孔桩施工过程中若发生地面塌陷或有潜在事故发生的危险时，应立即起动应急处理预案。

具体如下： 1、现场人员立即向公司应急领导小组报告事故发生时间、地点、事故现场情况及其它事宜。

同时汇报给当地安全生产监督管理部门、人民政府和业主、设计院、监理、地勘等参建单位。

2、应急处理指挥人员接到报警后，务必第一时间赶赴现场，组建成立应急救援领导小组和应急救援工作小组。

迅速开展应急处理的指挥工作。

应急现场指挥进入应急状态。

3、事发现场负责人在第一时间要迅速组织人员疏散、开展抢险和自救互助，尽最大可能抢救人员。

划分安全警示区，并采取一切有效措施防止事态扩大，处理方案指挥小组主要负责人及专业救援队，必须在第一时间达到现场负责组织、指挥、协调有关各部门单位开展抢险救治，人员疏散，现场监控、安全救护等应急措施[11]。

4、有救援任务的员工应根据本单位处理方案规定的应急程序及现场指挥，按照自己的职责，迅速执行救援任务。

5、没有救援任务的员工，做好自救，听从现场指挥人员的指挥撤离。

应急救援组织领导要亲自带班、亲自督导，深入一线，竭尽全力，加强工作协调，及时处理有关问题。

在施工中，通过施工技术有效实施，减少了冲孔桩施工中，漏浆、塌孔、卡锤、埋锤等现象，避免了较大溶洞时出现大面积塌孔，造成桩机全部跨倒，周边房屋沉降开裂的情况，保障了施工人员及周边居民的人身安全。

结语：
岩溶地区地质情况复杂，在桩基施工中，要根据地质的实际情况因地制宜，在施工前对施工存在的风险进行评估，选择安全可靠经的施工方案。

在项目桩基工程施工过程中，做好施工的事先、事中、事后管理，准确及时地采取相应的对策，保证工程项目质量和安全目标的实现。

参考文献：
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作者简介：潘伟根（1984年10月），性别：男，籍贯：广东广州，学历：大学本科，职称：高级工程师，主要研究方向为：道路与桥梁施工。