巖溶地區(qū)沖孔灌注樁主要施工處理方法

曾桂生 李得超

（桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院工程勘察院桂林市541004）（婁底市水利水電勘測設(shè)計院婁底市417000）

1 工程概況

臨桂縣交通大廈工程1#、2#樓位于臨桂縣世紀(jì)大道南側(cè)，地貌上屬巖溶盆地地區(qū)。1#、2#樓主樓高16層，裙樓高2層，建筑占地面積約3 413.6 m2，總建筑面積25 956 m2，采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。兩棟樓基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)(局部筏板)和沖孔灌注樁樁基礎(chǔ)。沖孔灌注樁樁基礎(chǔ)是一柱一樁，設(shè)計樁徑均為1 200 mm，樁端以較完整灰?guī)r為持力層，樁尖進(jìn)入持力層深度為0.5 m，設(shè)計樁身混凝土強度等級為C25。樁長為（8.5～28.0）m不等，共設(shè)計39根樁。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

地層結(jié)構(gòu)特征：根據(jù)勘察報告及樁孔的超前鉆資料，場地內(nèi)有（6～9）m厚的履蓋土層，其下為灰?guī)r，地層結(jié)構(gòu)從上至下依次為雜填土、紅粘土、中～強風(fēng)化灰?guī)r、溶洞及微風(fēng)化灰?guī)r交錯，巖溶極為發(fā)育，地下巖溶不可預(yù)見因素較多，巖溶形態(tài)極為復(fù)雜。該場地土洞、溶洞發(fā)育，尤其主樓部位巖洞最為發(fā)育，主要形態(tài)表現(xiàn)為溶溝、溶槽、石芽、鷹嘴、溶洞等，其中以溶洞最為普遍，溶洞分布方向呈多方位，豎向單個溶洞最小0.6 m，最大7.0 m，最多為6層串珠現(xiàn)象，連通性強，溶洞充填為全充填、半充填、未充填，充填物為軟-可塑狀粘土。

該場地地下水屬于潛水及巖溶裂隙水，主要受大氣降水及渠道等地表水補給，其中土層弱含孔隙水，透水性弱，水量較??；下伏灰?guī)r含裂隙～溶洞水，連通性好，水量豐富，根據(jù)抽水試驗：單孔涌水量為2.78 L/s，水位降深1.76 m，單位涌水量為1.58 L/（s·m-1），影響水位降深（0.70～0.91）m。穩(wěn)定水位埋深（0.20～1.00）m，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該地區(qū)地下水位年變幅為（1～5）m。

3 施工準(zhǔn)備及巖溶處理方案原則

（1）施工設(shè)備：采用CZ-30十字型鉆頭樁機沖孔成樁。

（2）施工工藝流程：測量放線→埋設(shè)護(hù)筒→樁機就位、泥漿制作→沖擊鉆進(jìn)→抽渣→補漿→檢孔→清孔→檢查沉渣→安放鋼筋籠→下導(dǎo)管→灌注水下混凝土。

（3）在每個樁孔上鉆進(jìn)1～3個超前鉆孔，鉆孔深度進(jìn)入穩(wěn)定持力層不小于5 m。主要目的：查明每個樁孔的地層結(jié)構(gòu)及分布特征；查明土洞、溶洞分布及大小、規(guī)模、連通程度、充填情況；查明強風(fēng)化層厚度，溶洞頂板厚度；查明穩(wěn)定持力層的準(zhǔn)確頂面標(biāo)高及其標(biāo)準(zhǔn)承載力；初步判定地下水類型、大小及流向。

（4）對填充物進(jìn)行土工試驗，分析其物理力學(xué)特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計算提供依據(jù)。

（5）根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對每根樁設(shè)計出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。

（6）對每種處理方案，都要進(jìn)行仔細(xì)地計算，施工前在場地內(nèi)樁孔外進(jìn)行溶洞注漿及沖孔試樁試驗，取得經(jīng)驗數(shù)據(jù)，完善施工方案，指導(dǎo)施工。

4 溶洞處理方法

（1）直接回填沖鉆法。

對于一些溶槽、溶溝、小裂隙、石灰?guī)r蜂窩狀巖溶地層，沖孔時可采取投放片石、碎石夾粘土，甚至投入整袋水泥堵塞起到護(hù)壁作用，保證泥漿不流失，利用鉆頭沖擊將其擠入溶洞及裂隙中，完成護(hù)壁和成孔工作。

（2）鋼護(hù)筒跟進(jìn)沖鉆法。

對于填充物為軟塑狀或粘性土溶洞，采用單護(hù)筒沖擊造漿護(hù)壁法成孔；對于填充物為流塑狀或較大的溶洞，采用雙護(hù)筒法成孔。如1#樓CT11號樁采用單護(hù)筒法施工，該樁鉆頭進(jìn)入溶洞時，首先分層投入粘土和片石，每層厚1 m，用小沖程（0.5 m～1.0 m）反復(fù)沖擊，將粘土和片石擠入溶洞，并投入水泥燒堿和鋸末，增大孔壁自穩(wěn)能力。另外CT17號樁采用雙護(hù)筒法施工，該樁樁徑1.2 m，樁長23.8 m，上覆土層厚8.5 m，其下為多層分布的溶洞，遇大小溶洞4個，洞高（1.2～4.5）m。首先用振動錘下沉外徑為1 400 mm，壁厚（10～12）mm的外護(hù)筒至基巖面，以防止孔壁坍塌。其次，當(dāng)鉆穿巖溶頂板時暫停鉆孔，將直徑為1 250 mm的內(nèi)護(hù)筒沉入巖溶層，隨鉆孔跟進(jìn)至穩(wěn)定巖面，以防溶洞填充物涌入孔內(nèi)，防止灌注的混凝土流失，并為清渣和清孔創(chuàng)造條件。最后沖鉆至設(shè)計高程成孔，鋼管則留在巖溶內(nèi)。經(jīng)過3 h觀察，孔底沉碴厚度小于5 cm時，即可停止清孔，灌注水下混凝土。

（3）充填砂石、注漿法。

對于封閉的、比較小的溶洞，采取注漿措施，提供成孔條件穿過溶洞。若洞內(nèi)無填充物或填充物不滿，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿；若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時，直接注漿固結(jié)即可；若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時，則可以直接沖孔，但需加強泥漿護(hù)壁。

如2#樓CT33號樁就是采用該方法，該樁溶洞內(nèi)無填充物，為2層溶洞，上層溶洞洞高為0.9 m，下層溶洞洞高為2.3 m，首先利用超前鉆孔位，放入并固定鋼套管，將注砂管與鋼套管相連接，在注漿前灌砂。根據(jù)成樁直徑、圍護(hù)體積的最小直徑及堆積體成形規(guī)律，計算填砂量。若灌入碎石則必須鉆一個大孔（直徑不小于30 cm）放入鋼管并固定，鋼管上置碎石料斗，碎石粒徑不大于2 cm，投料時振動鋼管，以防止堵塞，填充量控制與填砂控制方法相同，最后進(jìn)行注漿。這樣施工的結(jié)果是堵住了漏漿，堵住了溶洞，保證泥漿質(zhì)量且能正常返漿，正常進(jìn)尺，同時在灌注混凝土?xí)r，不會出現(xiàn)大量超灌。

5 主要工程施工技術(shù)措施

5.1 塌孔

在石灰?guī)r地區(qū)進(jìn)行樁基施工時，容易發(fā)生塌孔現(xiàn)象。由于石灰?guī)r地區(qū)地下溶洞裂隙發(fā)育且連通性好，當(dāng)樁孔碰到地下溶洞、溶槽或地下河時，會因泥漿漏失而樁孔內(nèi)泥漿面驟然下降，孔壁突然失去泥漿靜壓力的作用而向樁孔內(nèi)坍塌。如該工程2#樓CT24號樁遇到塌孔，處理方法是采用長鋼護(hù)筒跟進(jìn)或立即將樁錘提起，并拋填小石塊、粘土塊、水泥和鋸木屑混合物至塌孔位置以上（1～2）m，反復(fù)沖擊，待其沉積后重新反復(fù)沖擊造壁。并向孔內(nèi)補漿、補水，保持孔內(nèi)水頭。通過采用這種方法順利處理了該樁塌孔問題。

5.2 樁孔傾斜

樁孔傾斜是指沖孔樁成孔的垂直度不滿足規(guī)范要求，引起斜孔的原因有：

（1）所用樁錘偏心過大或掉齒；

（2）沖進(jìn)過程中遇到孤石或障礙物；

（3）樁施工現(xiàn)場地質(zhì)巖層走向的坡度很大，或孔底土質(zhì)不均，巖石強度不一；

（4）樁機架在施工中逐漸傾斜。如1#樓CT12號樁樁基施工中遇到傾斜巖面和孤石，出現(xiàn)鉆孔速度降低、鉆頭擺動、偏孔等現(xiàn)象。

采取的措施：當(dāng)鉆頭接近傾斜巖面或遇孤石時，馬上提出鉆頭，拋填厚（1.5～2.0）m，粒徑為（25～30）cm的片石、粒徑為10 cm左右的碎石和粘土塊，以45 cm小沖程沖擊，待沖到原位后第二次拋填厚（0.8～1.0）m相同配比的混合物，以80 cm的大沖程沖孔，反復(fù)進(jìn)行，直至成孔。

預(yù)防措施：不使用偏心過大的錘；定時檢查樁錘，發(fā)現(xiàn)錘齒磨損嚴(yán)重時及時更換；注意泥漿循環(huán)，泥漿比重要適宜；樁機架下面要穩(wěn)固，防止樁機架在施工過程中移動、傾斜。

5.3 鋼筋籠上浮

由于鋼筋籠的加固不可靠或灌注過程中操作因素帶來的沖孔樁鋼筋籠移位現(xiàn)象統(tǒng)稱鋼筋籠上浮。發(fā)現(xiàn)鋼筋籠上浮，應(yīng)立即暫停灌注，采取以下措施進(jìn)行處理。對于鋼筋籠上浮在1倍直徑以下的可以在采取有效防止上浮的措施后繼續(xù)灌注。懸吊鋼筋焊縫脫落的，應(yīng)及時補焊；懸吊鋼筋彎曲的情況應(yīng)增加鋼管支撐。鋼筋籠上浮比較嚴(yán)重的必須拔出鋼筋籠。預(yù)防措施如下：

（1）鋼筋籠的頂端若在鋼護(hù)筒范圍內(nèi)，可將其焊到鋼護(hù)筒上；若在鋼護(hù)筒以下，則可用鋼管套在鋼筋上頂壓。

（2）當(dāng)導(dǎo)管底端接近鋼筋籠底端時，適當(dāng)放慢灌注速度，并控制好導(dǎo)管的埋深，以減少混凝土的上沖力。

（3）盡量縮短混凝土的整體灌注時間，若整體灌注時間較長時，應(yīng)采取措施延長混凝土的初凝時間。

（4）若發(fā)現(xiàn)鋼筋籠有上浮現(xiàn)象，除了采用鋼管套在鋼筋上頂壓以外，還應(yīng)提升導(dǎo)管，并放慢混凝土澆灌速度。

6 結(jié)語

臨桂縣交通大廈工程1#、2#樓低應(yīng)變檢測的39根基樁，根據(jù)“反射波法”采集的反射波形分析：所測的39根基樁中，推斷CT3、CT6、CT25、C26、CT32、CT33、CT39共7根樁樁底局部有輕微缺陷、為Ⅱ類樁，其余32根樁樁身結(jié)構(gòu)均完整、為Ⅰ類樁；所檢測的39根樁，現(xiàn)場實測樁身平均波速在（3 130～3 780）m/s之間。所測各樁樁身質(zhì)量均符合設(shè)計要求。

通過對臨桂縣交通大廈工程巖溶地基沖孔灌注樁施工可知，根據(jù)不同的巖溶類型，采用相應(yīng)的巖溶處理方法，既確保了工程質(zhì)量、進(jìn)度，又可以節(jié)省投資，不失為巖溶地區(qū)沖孔灌注樁施工處理的好方法。

1.史佩棟.實用坑基工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

2.陳新勝，顧湘.樁基工程[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1995.

3.葉書麟.地基處理工程實例應(yīng)用手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.