复杂岩溶地区高层建筑桩基础施工技术

复杂岩溶地区高层建筑桩基础施工技术
【摘要】在岩溶地区，针对工作量十分巨大的嵌岩灌注桩基础，有条件地选择人工挖孔桩和冲孔灌注桩相结合的施工技术，对缩短工期、降低工程造价是行之有效的。

对于地层复杂的桩孔可能存在的沉碴问题，提出了“后注浆“处理措施。

【关键词】岩溶地基，嵌岩桩基础，施工技术，后注浆处理
绪言
近年来某市区高层建筑发展十分迅猛，城区范围内新开发建设的住宅小区绝大部分为高层住宅，对地基基础的要求越来越高。

鉴于高层建筑拟建区域大部分为可溶岩分布区，岩面高低起伏不平，溶洞和溶蚀破碎带发育，设计时考虑到高层建筑对不均匀沉降的敏感性及基础承载力因素，普遍采用嵌岩灌注桩基础，持力层要求为具有一定厚度的连续完整岩层。

由于岩溶地区地质条件的复杂性以及桩基施工过程中不可控制的因素较多，这就需要在前期勘察过程中较准确地掌握溶洞等地质情况，根据不同的岩溶发育情况选择合适的桩基施工工艺，以达到桩基施工“多、快、好、省”的目的。

1、工程及地质概况
某小区位于某市城南汽车站附近，一期规划建设五幢28层（地下1-2层）的商业住宅楼，框剪结构，基础形式为一柱一桩嵌岩灌注桩。

设计要求桩孔穿过中风化岩层上部的溶蚀破碎带和溶洞，全断面嵌入完整岩体深度不小于500mm并保证桩端以下中风化完整基岩的厚度不小于5m，桩径分别为φ1000、φ1200、φ1300、φ1800
和φ2000五种，共621根嵌岩灌注桩。

根据前期工程地质详勘资料，本场地为石灰岩岩溶发育地区，勘察钻孔揭露上覆第四系土层主要为厚薄不等的新近人工填土以及硬-软可塑状态的红粘土，下伏基岩为石炭系中上统壶天群灰岩，溶洞及溶蚀裂隙发育，岩面起伏较大，埋深在1.2～17.5m之间，溶洞及溶蚀裂隙中富含岩溶裂隙水，具微承压性，地质情况异常复杂。

根据规范要求结合本场地岩溶发育实际情况，桩基施工之前按“一桩一探”或“一桩多探”原则对所有桩孔进行了超前钻探（施工勘察），以获取单个桩孔具体的岩溶地层发育资料并在此基础上确定单桩桩端位置、桩长等桩基参数。

综合施工勘察资料，所有621个桩位中有305个桩位揭露存在洞高0.2～4.5m不等的溶洞，占桩孔总数的近一半左右，为岩溶强烈发育地段。

单个桩孔揭露的溶洞在深度范围内绝大多数呈串珠状分布，少的二、三层，多的六、七层，最多的单孔揭露存在十层溶洞及溶蚀破碎带，溶洞充填情况以无充填和半充填为主，充填物为软～可塑状粘性土夹少量灰岩块石。

另有82个桩位揭露厚度2-8m的溶蚀裂隙带和岩体破碎层105处。

2、工期要求及成孔工艺选择
本项目工期要求十分紧张，为及时投入施工并赢得工期，在超前钻探（施工勘察）确定桩基础施工参数的基础上，具体桩孔成孔施工工艺选择如下：
桩长（桩孔开孔深度）小于12m且无岩溶发育的桩孔采用人工挖孔成孔工艺，其余桩孔则采用冲击成孔工艺，以最大范围地开展桩孔成孔施工，缩短施工工期。

2.1 人工挖孔桩
人工挖孔桩是采用人工直接挖孔成桩的一种施工方法，该工艺具有易于进行持力层鉴别和孔底沉碴控制、桩底易做扩大头以增加单桩承载力、施工现场噪声干扰少、孔径不受施工机具的限制可随需要控制、成孔质量直接可观、混凝土灌注质量容易保证和设备投入少、投入大量的人力即可保障施工进度等优点。

但本场地内岩溶发育的桩孔内地下水十分丰富，且处于城区范围内周边建筑物密集，桩孔施工时不能大量抽排地下水，某市城区以往因人工挖孔桩施工大量抽排地下水导致周边建筑物变形开裂的事例很多，教训十分沉重，该部分桩孔不宜采用人工挖孔桩工艺；对于深度超过12m的桩孔，即使无岩溶发育，但开挖至岩土结合面时仍将存在较大的涌水，加上孔深过大人工挖孔施工安全性较差，也不宜选用。

2.2 冲孔灌注桩
冲击钻孔使用冲击锥这种具有冲击兼挤压侧壁作用的钻具，可冲穿上层溶洞顶板而到达下层溶洞顶板，适用于地下岩溶发育、存在多层溶洞的地质条件，在处理斜面开孔、半边岩、石笋、溶沟、溶槽等复杂地质条件时比较有利，特别是该施工工艺不需抽排地下水，不会对周边地质环境条件造成大的影响，是近年来某市城区范围内高层建筑嵌岩桩施工的主要工艺。

相对来说，该施工工艺成孔
时事故较多，进尺较慢，对操作熟练程度要求较高。

3、施工要点
3.1 人工成孔要点
人工挖孔灌注桩施工时除按常规方法控制孔径、垂直度外，在嵌入基岩500mm范围内不应采用大剂量爆破开挖，如必须爆破，最好采用膨胀炸药。

对于接近岩土结合面的软～流塑状土体，可采取开挖施工时缩短装模长度、增加护壁强度等方法通过。

3.2 冲击钻进要点
冲钻时要视岩石硬度情况确定冲程，若岩石强度低，冲程可略低；反之，冲程则略高。

对于岩溶地区地层中存在的探头石、孤石等，宜采用高锤锰击或高低冲程交替冲击，将孤石等捣碎挤入孔壁，并通过粘稠的泥浆和钻碴将孔壁石缝堵实，避免孔壁漏水，防止发生斜孔、坍孔事故。

3.3 穿过多层溶洞要点
对于一般溶腔较小、多为粘性土充填的溶洞，冲孔时可以直接采用投入大量潮湿的粘性土和片石并立即补水，利用冲击锥冲击粘性土和片石挤入溶洞孔壁及其裂隙中；对于溶腔较大的空溶洞或充填物为流塑状时，则可选择下沉内外钢护筒，首先以比设计桩径大
10cm的外钢护筒下沉至溶洞顶板，当钻穿溶洞顶板时暂停钻进，将与设计桩径同大的内钢护筒沉入溶洞部位，随钻孔跟进至稳定岩面。

3.4 确定桩端位置要点
在地质超前钻探确定桩端位置的基础上，鉴于岩溶地区地质条件的复杂性和溶洞形态、分布的突然性，为确保桩基嵌岩深度和桩端完整岩体的厚度达到规范和设计要求，在整个冲击钻进过程中，应严格管理、仔细观察，如发现与超前钻探地质资料不符的地方，及时与施工勘察和设计方联系，探明情况后方可进一步施工。

3.5 施工顺序控制要点
本项目施工场地相对狭小，根据超前钻探资料，同一地段既布置有冲孔灌注桩，也存在人工挖孔桩，两者杂乱相处，互相交错。

考虑至岩溶发育区溶洞具有连通性强的特点为，要特别注意桩基的施工次序，相邻桩基采用人工挖孔桩工艺和冲孔灌注桩工艺时不应同时施工，以免桩孔之间串浆、坍孔，危及人工挖孔施工。

3.6 个别桩孔沉碴过厚处理要点
由于部分桩孔岩溶十分发育，成孔后采取常规的换浆清孔措施时，由于泥浆比重降低、粘度下降，会引发孔壁渗漏、坍孔等事故，孔底沉碴厚度难以控制在设计和规范要求的范围内，如不进行处理，桩基完工加载后沉降量较大，若其周边其他桩孔（特别是人工挖孔桩）孔底沉碴控制较好，有可能引起建筑物的不均匀沉降，对高层建筑来说危害性较大。

对于这种情况可采取“后注浆”工艺对孔底沉碴进行加固处理，即在下入钢筋笼时预埋灌浆管，等桩身混凝土初凝后、终凝前用高压水开塞，继而对桩底沉碴进行压力灌浆加固，提高其强度。

4、冲孔灌注桩施工过程中可能出现的情况及处理措施
4.1 卡钻、掉钻
在遇到探头石、孤石、溶沟、溶槽或击穿溶溶洞顶板时，容易发生卡钻，其发生的主要原因是击穿溶洞顶板过猛，钻头突然进入溶洞，造成孔形不圆顺或掉入大空洞内而卡钻。

遇到卡钻时，应仔细分析原因，不可妄动，以免造成越卡越紧或掉钻事故，当钻头可活动时，可上下提动钻头，并使钻头转动一个角度，反复尝试，有可能提出，或用吊车配合钻机，同时或交替提动，有时能将锤头提出。

用小冲锤（以圆钢或钢轨焊接）在桩孔一侧冲击，并配合高压空气或高压水冲射，使卡点松动后提出钻头。

必要时可试用水下爆破法，震松锤，吊车配合提出钻头。

掉钻的原因主要是大锤的老化破断，或大绳与锤头连接不好，钻孔中应时常检查机具设备防止掉钻。

4.2 漏浆
漏浆是指孔内泥浆突然大量漏失的现象。

漏浆产生的主要原因是钻穿溶洞顶板遇无充填物或少量充填物的大空洞，孔壁失去孔内压力，孔内水头急剧下降，外部地下水渗透水压过高而产生水压力，引起孔壁坍塌，造成泥浆严重流失。

遇到漏浆时应立即提出钻头，向孔内补浆或补水，保持住孔内浆（水）面高度，如浆面仍不断下降，应及时进行散抛填，将片石、粘土及水泥制成混合物，视漏浆程度反复抛填，每次应达到1-3m，直到不漏浆为止。

当漏浆太快，散填难以达到目的时，应采用集中抛填将粘土袋、袋装水泥、片石等集中在短时间内大量填入。

对于
溶洞较发育地区，如抛填措施无效时，可采用全护筒跟进方法，并使其长度跟进至岩溶底部岩层。

4.3 桩孔偏斜
由于钻机钻孔时产生位移、局部下沉或倾斜，或在倾斜的岩面上钻孔、岩质软硬不均时容易造成斜孔和偏孔。

遇到桩孔偏斜时，可采取下列预防补救措施：①在入岩部位、溶洞处理部位要时刻观察钢绳在冲击过程中的摆动情况，校正钢绳与桩孔中心的偏差。

②如遇到探头石引起，可用小型钻机对探头石打眼爆破。

也可回填片石、卵石，用冲击锤打掉探头后，或将钻架略移向探头石一侧，用冲击锤高锤猛击，斩断探头石。

③当发生孔斜时，应立即进行修孔，对于高度小于lm的斜孔段，用小冲程修孔，在倾斜的岩面上冲击出一个台阶，再采用较大冲程冲击。

对于斜孔段高度在1m以时，应采用填石修孔法。

4.4 塌孔
塌孔主要是由于漏浆严重，补水来不及造成的。

常用的处理方法：及时补足泥浆，保持孔内水头高度，同时加粘土、片石混合料，采用小冲程冲孔固壁，防止塌孔扩大；若塌孔扩大，导致地表塌陷时，其处理方法是：小面积塌陷护筒无位移时，应及时回填粘土并用袋装粘土加固护筒后再重钻；若护筒口有较大横向位移并且无法纠偏时，拔出刚护筒，回填塌孔，重新压入护筒再钻。

4.5 断桩
由于溶洞之间的连通性较好，灌注时难以测出混凝土的数量，水下混凝土流失严重时会造成断桩。

针对断桩的处理措施有：事先做好应急预案，灌注前通知混凝土供应商保证混凝土供应，灌注现场始终保持两辆以下混凝土罐车待灌，混凝土漏失后，立即将导管随浆面下插，并连续进行水下混凝土灌注，若出现大方量超灌且混凝土面不上升，可在灌注一定方量后暂停片刻再进行灌注。

5、结束语
由于岩溶地区地质条件的复杂性和多样性，因此在岩溶地区进行嵌岩桩施工时，必须坚持前期“一桩一探”或“一桩一探”，尽可探时桩孔地层情况，为后期选择施工工艺提供依据。

此外，还必须根据工程实际要求和场地地层条件制订科学合理的、行之有效的施工方案，保证工程技术可行、质量可靠；针对可能出现的问题，做好应急处理预案。

实践表明，在本场地有条件地选择人工挖孔桩和冲孔灌注桩相结合的施工技术，对缩短工期、降低工程造价是行之有效的。