岩溶地区旋挖钻孔灌注桩基础施工关键技术分析
时间：2023-06-30 22:50:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
顾超
（中建地下空间有限公司，成都 610052）
岩溶是一种特殊的地质现象，我国岩溶地区分布广泛。随着工程建设范围不断扩大，必须加强对岩溶地区工程特点的研究，尽可能减少不可预见因素，提高地质勘查质量，在此基础上，不断优化设计方案，提升关键技术的应用水平，解决岩溶地区桩基础施工成本高、质量差、工期长、事故多的难题。
贵州仁怀万达项目1#地块位于贵州省遵义市仁怀市，鲁班大道北侧，尚礼大道南侧，东侧为在建的锦绣路，项目占地面积约61 400 m2，总建筑面积约24 万m2，由15 栋17 层、26层高层住宅和地下车库两层（含人防）及设备用房组成。根据项目岩土工程勘察报告，场区岩溶主要形态为溶洞及溶蚀裂隙，从钻探遇洞率及岩面起伏情况来看，场地部分地段相邻基岩面起伏高差达5 m 或大于5 m，故综合判断场地为岩溶强发育，在岩体完整性方面，主要为破碎和较破碎程度。
3.1 基础设计方案
本项目基础工程设计为桩基础，采用机械旋挖钻孔灌注桩，以中风化白云灰岩层为桩端持力层，中风化白云质灰岩承载力特征值为4 300 kPa，本工程桩基设计等级为乙级，钻孔灌注桩的钻头直径应等于桩的设计直径，施工时，钻头锥形夹角应＞120°，桩身成孔直径不得出现负偏差，当现场有溶洞时，根据现场实际情况测定。钻孔灌注桩施工时，应在桩顶设计标高以上留有混凝土灌注长度，以保证桩顶混凝土达到设计强度，该长度不宜＜1 m，且在凿去超高部分混凝土以后仍能保证桩顶混凝土强度达到设计要求。桩终孔时，应检验桩底下5D（D 为桩径）且不＜7 m 深度范围内有无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件[1]。
3.2 不良地质影响
岩溶地区影响桩基施工的因素有很多，比如，岩溶水位的高低，如果在雨季施工，可能会出现涌水现象，而且在岩溶强烈发育区域会形成四通八达的岩溶网络，造成漏浆、塌孔的问题，另外，溶洞填充物性质、施工环境限制、岩溶地貌形态都会对桩基础施工产生不同程度的影响。根据本项目地质勘察报告及施工现场核实，通过对不良地质条件的分析研究，需要提前制定针对性应对措施，尽可能将不良影响降到最低，保证施工过程的顺利进行，表1 为具体影响情况分析。
表1 本项目地质条件对桩基施工产生的影响分析
3.3 主要施工技术
3.3.1 旋挖钻孔灌注桩
在岩溶地区，土溶洞容易发育，而且地下水丰富，对建筑基础施工造成了很大的困难，桩基成孔和成桩质量又直接决定着最终基础的承载力和稳定性，所以，选择合适的成孔方式至关重要。根据相关研究和实践，适用于岩溶地区的桩基础施工工艺主要包括冲击钻孔灌注桩、回转钻孔灌注桩、旋挖成孔灌注桩，本项目采用旋挖钻孔灌注桩，主要利用旋挖钻机旋挖成孔施工，通过长钻杆带动钻头旋转剪切并将土体直接装入钻头，然后钻头经钻杆上提，循环往复地进行钻孔工作，直至达到设计标高为止。作为一种现代化的施工机械，旋挖钻机应用越来越广泛，无论是土层还是岩层均可适用，但对于复杂溶洞的穿透效果仍需优化，在进入持力层时比较困难，容易伤害钻头，而且不能自主造浆，如果出现漏浆较快、补给不及时的情况，容易产生孔口塌落问题，甚至引发大面积塌陷，所以，必须对各工艺环节加强控制，尽可能避免因人为、机械、材料等因素产生的质量问题和安全隐患[2]。
3.3.2 成孔垂直度控制
在施工前，全面核对设计图纸，正确进行现场放样，埋设好护筒，并做好成桩过程垂直度检测。为了减少偏孔、塌孔问题，采用钢护筒跟进施工。埋设的钢护筒中心要始终与桩中心保持在同一垂直线上，防止钻孔移位，通常情况下，钢护筒埋设越深效果越好。岩溶地区岩层的硬度变化较大，需要严格把控钻进速率，尤其是在倾斜岩面、溶洞等地方，很容易出现垂直度偏差较大的问题，所以，要根据地质勘察资料合理调整钻进速率，如果出现钻头面倾斜，需要及时采取纠正措施，比如，加宽施工机械基座宽度，提高机械设备的稳固性，同时，也可以根据钢丝绳受力变化判断是否存在偏孔问题。
3.3.3 穿越溶洞技术
在岩溶发育区域进行施工时，大部分溶洞都无法避让，需要明确穿越溶洞的范围，采取合适的技术措施。在旋挖钻孔施工前，根据勘察报告和设计要求，对于连通性较强、体积较大的溶洞，可以提前采取静压化学灌浆法进行预处理，将溶洞加固到一定强度后再开始钻孔作业；
对于裂隙或新发现溶洞，需要使用低标号混凝土进行填充，填充高度为裂隙或溶洞部位上下约50 cm。为了保证施工进度，可以在混凝土中掺加早强剂，在混凝土稳固后就可以直接钻进成孔，如果溶洞发育出现大量大型溶洞桩，可以采用毛石多层嵌套管的方式进行处理[3]。
3.3.4 混凝土浇筑控制
成孔后，需要马上清孔，采用专门的清孔设备，保证清孔质量，终孔验收合格后，才能下钢筋笼、浇筑混凝土。在钢筋笼下放过程中，常会出现卡住等问题，甚至会造成塌孔，需要反复尝试，缓慢提起下放，不能强行下放，如果仍然放不下去，应该测量卡住深度，全面查找原因，采取有效措施进行处理，待孔位验收合格后，再次进行钢筋笼下放。在混凝土浇筑前，需要严格控制混凝土质量，保证导管的防水性，避免出现分层离析、流动性较差等问题，保证混凝土供应稳定，连续稳定地进行浇筑作业，并密切关注混凝土浇筑液面的变化。导管应埋入混凝土液面以下超过3 m，并且要处于中心位置，浇筑时要上下抽动，防止卡住，同时要将钢筋笼和埋置的钢护筒相固定，这样能够有效避免钢筋笼上浮，严格控制混凝土灌注速率，防止出现高压气囊导致质量缺陷。另外，在混凝土浇筑过程中，产生的侧向压力较大，很容易出现混凝土挤入溶洞造成流失的现象，因此，要根据溶洞分布情况提前准备余量混凝土；
如果出现混凝土液面突然下沉的情况，要及时进行补充浇筑，并反复测量桩顶标高，防止出现断桩问题，充分进行混凝土振捣，保证桩身浇筑质量满足设计要求。
3.3.5 成桩质量检测
本项目桩基础为端承桩，需要加强成桩质量检测，主要检测桩身完整性和单桩承载力。其中，桩身完整性检测的常用方法有低应变检测和超声波检测，能够有效判断桩身的完整性，检测出质量缺陷的性质、位置、大小，前者用到的设备简单，检测速度快，成本费用低，但是通常只能用于定性检测，准确性有待提高，后者检测精确度较高，但是需要提前埋设声测管，成孔后，在钢筋楼上绑扎若干声测管，以作为超声波发射和接收的通道，综合费用较高。单桩承载力检测方法主要有静载试验法和钻芯法。静载试验法通过施加荷载观测桩顶的沉降情况，可以有效判断单桩的极限承载力是否满足相关要求，该方法比较准确稳定，但是需要一定的工作面、一定的时间完成检测工作，而且少数试验数据并不具备整体代表性，钻芯法不但能够检测桩身的完整性，而且也是检测桩身承载力的可靠方法，适用于直径不超过80 cm 的灌注桩，但是也存在着检测盲区，而且费工费时，总成本较高。所以，单一检测技术很难对桩身质量做出全面准确的判断，需要根据地质条件、现场环境、施工水平、工程特点等方面因素，将不同检测技术结合运用。
3.4 典型问题处理
岩溶地区灌注桩施工过程经常会出现许多不确定性因素，如塌孔、漏浆、偏孔、卡钻、掉钻、混凝土流失等，需要遵循一定的原则，采取合适的处理措施，尽可能避让溶洞发育强烈的区域，加强稳定性分析，做好土工试验，提供科学计算数据，在此基础上，选择合适的处理方法，实现安全施工、经济合理、技术可行的效果。以下是本项目在旋挖钻孔灌注桩施工过程中遇到的典型问题及处理办法。
3.4.1 开挖遇溶洞
在开挖过程中遇到溶洞，应该根据地勘报告，结合现场溶洞实际情况，将溶洞内的淤泥清掏完毕，然后使用素混凝土进行换填，换填到溶洞顶部以上至少1 m 左右的位置，当遇到双层或多层溶洞时，需要进行二次、多次换填，如果遇到勘孔未探明的溶洞，必须立即停止施工，及时通知相关单位进行补勘，全面准确地判断溶洞大小和范围，制订合理的换填方案。
3.4.2 开挖桩孔偏位
在5#楼桩基础开挖过程中，由于地质原因，桩孔开挖偏位，具体情况如图1 所示，一半是中风化岩石，一半是岩溶强发育溶洞、裂隙或可塑红黏土，导致旋挖机钻头受到中风化岩石挤压，向软弱层一侧偏移，虽然在开挖过程中持续进行桩心纠偏，但效果均不理想，实测偏位42 cm。在遇到这种问题时，采用C30 混凝土换填至孔口或者至实际开始偏位高度上方1 m 处，而且存在二次、多次换填情况，等到混凝土达到强度要求，紧固软弱层一侧孔壁后，才能继续向下开挖。
图1 桩孔偏位示意图
3.4.3 塌孔、窜孔问题
桩基施工过程中，主要出现顶部塌孔、中部塌孔、底部塌孔3 种情况，主要原因有两方面：（1）新近回填，土层未稳定；
（2）地下岩石破碎，受到扰动后塌孔。面对塌孔问题，必须立即停止施工，并通知相关单位，经过沟通论证后，采用C15 混凝土换填处理，而且存在二次、多次换填的情况。
窜孔主要是指溶洞之间相互串联。在换填处理、桩身混凝土浇筑时，混凝土流淌到相邻桩孔内，同样要立即停止施工，通知相关单位现场见证，相邻两根或多根桩孔混凝土应该浇筑到溶洞上方约1 m 的地方，保证各桩孔浇筑标高一致，避免产生压差。
综上所述，与其他地区不同，岩溶地区采用钻孔灌注桩施工具有典型的特点，需要根据岩溶发育情况、溶洞分布情况、地下水类型等诸多因素，合理运用施工技术，在面对突发事故时，能够采取有效的应对措施，及时将质量和安全隐患控制在一定范围内，保证工程建设目标的顺利实现。
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