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岩溶地区冲孔灌注桩施工特点及技术措施

一、 工程概况
龙岩某工程，基础为Φ900mm-Φ1500mm冲孔灌注桩，最大桩长50.0m。龙岩地区岩溶极为发育，且空间分布极不规则，根据地质勘察报告，桩位处溶洞分布在大体在孔深11.8～42.0m之间，桩基溶洞最大解决深度为24.0m，需穿透7层溶洞，累计溶洞高度16.10m，溶洞充填物重要为细砂、中粗砂、泥质和少量圆砾，部分溶洞没有填充物。地质情况由上至下依次分别为亚粘土、残积粘性土、弱风化石灰岩、微风化石灰岩，微风化石灰岩作为桩基持力层，桩底嵌入应大于5.0m。地下水类型以岩溶裂隙水为主，岩溶裂隙水重要赋存于石灰岩溶洞中，地下水补给来源重要为大气降水及地表水渗入，富水性强—中档，地下水对桩基砼无腐蚀性。
岩溶地区因其地质条件复杂多变，施工难度大，且不拟定因素较多，假如对岩土工程条件结识局限性，选用的施工方法不妥，就会导致严重的质量安全隐患和经济损失，本文结合工程实例，介绍了在岩溶地质条件下冲孔灌注桩的施工特点，以及施工中采用的各种防止和解决措施。
二、岩溶地区桩基施工特点
从桥址地质报告看，本场区溶洞发育千奇百态，有的呈空洞状，有的呈半充填状，有的呈全充填状，有的横向贯通，有的纵向贯通，有竖洞、斜洞、横洞。基岩起伏大，洼地、溶沟分布范围广、规模大，发育情况复杂，施工难度极大。重要有以下施工特点：
⑴、岩溶地层岩溶和裂隙发育，冲孔遇岩溶或裂隙后护壁泥浆会迅速流走，若补浆不及时，则护壁泥浆面下降导致塌孔、扩孔、埋钻，甚至破坏整个孔位、引起地面塌陷，危及机械及人员的安全。
⑵、可溶性岩石重要是石灰岩，具有较高的强度，成孔较困难，假如采用大冲击力作用，不仅容易导致溶层忽然击穿，并且容易在桩径外溶洞区形成负压，浇混凝土时，片石、黄泥等填塞物进入混凝土中形成断桩。
⑶、冲孔桩桩径范围内基岩纵、横向起伏较大，部分溶蚀导致基岩半边露头，在钻进过程中容易出现斜桩和卡钻。
⑷、在岩溶地下水丰富地区，冲孔时涌水量大，孔底沉渣难于控制，给桩基施工和混凝土浇筑都带来一定难度。
⑸、岩溶溶洞或岩溶发育带多处在基岩顶部，以基岩为持力层的桩基，其桩尖下也许存在勘探时未被发现的溶洞，若洞顶厚度不大，则对桩基的安全工作存在潜在的危险。
三、岩溶地区桩基施工技术措施
1、施工前的准备
⑴、选择施工机械。采用重力式冲击桩机，充足发挥冲击桩机移动冲击能力大、穿透力强、能挤土固壁、防止泥浆流失和混凝土扩散等优点，并且遇有漏浆、坍孔等紧急情况时，可迅速提锤，避免发生掉锤、埋锤事故。为保证桩机不因塌孔、扩孔、漏浆等因素而倾斜，应对桩机纵、横向支撑进行加长。
⑵、制备造孔泥浆。采用膨润土造浆，并加入适量纯碱防止泥浆沉淀，泥浆比重一般应控制在1.2g/cm3以上，以减少孔壁内外的压力差，有效护壁，防止塌孔。
⑶、收集地质资料。在岩溶地区，应逐桩进行地质钻探，充足揭露溶洞的发育情况，以便拟定终孔的深度，做到心中有数。开钻前，有关技术人员和操作手都要熟悉该桩位的地质情况及溶洞的位置、规模、发育状况，对施工中也许出现的问题要掌握采用的措施和操作要领。
⑷、做好施工安全预案。成全施工应急小组，施工过程全天候安排专职技术人员观测泥浆中的浮渣及水头变化等异常情况，并充足准备泥浆、片石、黄土、水泥等应急物资和应急机械，及时解决临场出现的各类异常问题，保证工程质量和施工安全。
2、 溶洞解决
接近溶洞顶板时，桩机采用小冲程（80cm以下）冲孔，参建各方现场办公，根据溶洞的具体特点，制定相应的解决措施，并根据现场实际情况及时进行调整。
⑴、体积较小的溶洞。若洞内有填充物且裂隙不发育，冲穿溶洞时，如水头无太大变化，可加大泥浆比重(1.3g/cm3以上)，按正常成孔方法施工。若为空洞，冲穿后孔内水头忽然下降，可采用抛填片石、粘土、袋装水泥混合料等挤密填筑溶洞，直至停止漏浆。
⑵、洞体较大的空洞或半填充溶洞。这种溶洞体积较大，其具体表现是漏浆大且快，若解决不妥，也许引起埋钻、坍孔甚至地面塌崩。解决此类溶洞施工前应尽也许充足地了解溶洞的发育情况、构造、填充物等，若遇发育明显、有裂隙穿过的空洞时，应将钢护筒埋至风化岩层，以防止覆盖土层的坍塌，并准备好片石、水泥包、粘土包等填塞物。接近溶洞时适当加大泥浆比重，加强钻进观测和应急准备，穿透溶洞时漏浆明显，应迅速投入填塞物进行堵漏，并及时补浆。待浆面稳定后，用小冲程冲击投下的混合物，使其挤入溶洞中，堵塞溶洞通道，如出现浆面下降应及时补充泥浆和回填粘土、片石，待稳定后继续小冲程钻进，如此循环反复，直到桩孔不再漏浆为止，穿越溶洞后仍钻进冲程仍不宜过大，以免振塌溶洞已固结的护壁。
⑶、埋藏较深、地下水丰富的发育溶洞。冲孔中碰到这种溶洞可打入全程钢护筒到溶洞底层以隔绝溶洞，或采用静压化学灌浆法或喷射灌浆法,固结填充物，然后再冲孔施工。若洞内无填充物或填充物不满时，则采用先填充碎石或干砂，然后注浆。
3、常见事故及解决措施
3.1 钢护筒偏斜
钢护筒跟进施工中，护筒偏斜是最常见的事故。因此在施工中必须注意：护筒导向架必须具有足够的刚度，振动跟进时必须保证护筒、桩帽与振动锤之间的法兰盘轴线垂直。当发现钢护筒的偏斜超过1%时，必须立即停止作业，采用相应措施进行纠偏。
3.2　卡钻
岩溶地区桩基卡钻事故发生的重要因素是击穿溶洞顶板过猛，钻头忽然进入溶洞，导致孔形不圆顺或掉入大空洞中而卡钻，因此在即将穿越溶洞顶板时应采用小冲程钻进。卡钻发生后切不可盲动，以免导致大绳拔断而引起掉钻事故，可采用穿滑车组，吊机(必要时配千斤顶)和桩机互相配合强行将钻头提出。如强提无效，可采用水下小爆破振动法将钻头振松后立即提出。
3.3　漏浆
漏浆产生的重要因素有：①冲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；②由于溶洞、溶沟、溶槽互相串通，又与地下水形成暗流。冲孔中泥浆密度大，在暗流水压的作用下导致泥浆严重流失。碰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，视漏浆限度反复抛填，每次应达成1～3m，直到不漏浆稳定为止。当漏浆太快，散填难以达成目的时，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。如抛填措施无效时，可采用内层长护筒跟进，并使其长度跟进至岩溶底部岩层。
3.4　斜孔、偏孔
由于桩机冲孔时产生位移、局部下沉或倾斜，或在倾斜的岩面上冲孔、岩质软硬不均时容易导致斜孔和偏孔。其防止措施有：①用型钢加宽桩机底座,设立可靠的固定设施，安装时尽量保持其平稳。②严格控制钻进速度，特别是在倾斜岩面处冲孔，一定要采用小冲程和反复回填片石，将斜面冲成平台后再正常钻进。施工中必须密切注意钢丝绳受力变化，如发现歪锤、回音异常、进尺忽然加大，应及时进行修孔解决：抛填质地坚硬的小片石和粘土混合料，减少锤高，加密冲击，修整陡斜岩面，必要时反复投入片石、粘土修孔。假如孔位岩石倾斜度较大或岩质软硬相差较大时，可直接灌注混凝土，待混凝土达成一定强度后，重新钻进。
3.5　塌孔
冲孔灌注桩基施工中塌孔的重要因素是：①泥浆比重不够，未形成可靠护壁。②钻头或取碴筒等撞击孔壁，破坏了护壁泥皮。③遇溶洞时，孔内水头下降太快来不及解决，水头高度不够或孔内出现了承压水，减少了静水压力差。④遇大溶洞时投入填塞物后冲砸过快，静置时间太短，泥石壁不能支撑洞内填充物或孔内泥浆等。常用的解决方法：及时补充泥浆，保持孔内水头高度，抽入粘土、片石混合料，采用小冲程冲孔固壁，防止坍孔扩大。若发生了地表塌陷，可拔出钢护筒，回填塌孔，新压入护筒再钻。
3.6　断桩
岩溶地区桩基断桩产生的重要因素是由于溶洞互相沟通，灌注时难以测出混凝土数量，水下混凝土流失严重，导致断桩。防止断桩的措施有: ①每次灌注时应备足砂石料及水泥，还应有相应的备用机械。②施工过程严密监测混凝土面上升速度，要保证2m 的埋管深度，减少对下部混凝土的扰动。
四、 实行效果
本工程桩基的施工历时10个月，在参建各方的共同努力下，通过桩身完整性检测，结果表白所有溶洞区的桩基皆为Ⅰ类桩，验证了桩基施工技术和解决措施的对的性。岩溶地区冲孔灌注桩基础施工难度大、问题多，在施工中必须对前期准备工作高度重视，尽量探明桩基地质情况，做好充足的思想准备和各种技术准备工作，加强施工组织管理，制定切实可行的施工方案，采用一定的安全防范措施和做好应急解决预案。只有这样，才干对出现的各种问题及时采用相应的措施，避免事故的发生，保证工程质量。