深部赋存溶蚀盆地地貌条件旋挖灌注桩施工技术分析.pdf

-74-echnical Scope技术园地T工程质量第41卷深部赋存溶蚀盆地地貌条件旋挖灌注桩施工技术分析周红套，王建，漆仲刚（云南建投文山建设有限公司，云南 文山 663099）【摘要】文中主要以昆明地区溶蚀盆地地貌旋挖钻孔灌注桩施工为研究对象，结合成孔过程中遇到溶洞、塌孔等复杂地质问题进行分析并提供解决方法。论述了施工过程中桩成孔、浇筑混凝土等施工技术，为地质溶蚀盆地地区灌注桩施工技术提供参考。【关键词】深部；溶蚀盆地；旋挖钻孔灌注桩；塌孔；溶洞【中图分类号】TU753.3【文献标志码】A【文章编号】16713702（2023）070074040引言随着社会经济文化的发展，早在 20 世纪 80 年代各大城市就掀起建造狂潮，现今的建筑用地也越来越紧缺，在这种情况下只有向城市周边扩展规划以求解决用地紧缺的现象。因此，当下和今后的建筑用地的地质情况会呈现多样性即地质情况会越来越复杂。王家全等 1 进行了岩溶地质旋挖灌注桩成孔工艺及其基桩质量控制研究，吴智等2提出了复杂岩溶地质条件下旋挖灌注桩施工方法，刘兆荣等3提出了全钢护筒旋挖桩施工技术在复杂地质条件下的应用。当前文献对岩溶特殊地质条件下旋挖灌注桩成孔过程及其质量控制的成果研究较作者简介：周红套，男，助理工程师，研究方向为公路、市政。Analysis on the Construction Technique of Rotary Excavation Cast-in-Place Pile Under the Geomorphologic Condition of Deep Occurrence Karst Basin ZHOU Hongtao，WANG Jian，QI Zhonggang（Yunnan Jiantou Wenshan Construction Co.，Ltd.，Wenshan Yunnna 663099，China）Abstract：This article mainly in kunming area karst basin landform spin dig bored piles construction as the research object，combined into hole water-eroded cave collapse hole and complex geological problems in the process of analysis and provide the solution discussed construction pile into a hole in the process of pouring concrete construction technology，such as filling pile construction technique for geological karst basin areas to provide the reference value for guidance.Keywords：deep；erosion basin；rotary excavation cast-in-place pile；cave collapse；karst cave少，所以研究岩溶区的旋挖成孔工艺及提高成桩质量的有效措施十分必要。本文以昆明地区溶蚀盆地地貌旋挖桩为实例，分析岩溶地质条件下桩的缺陷原因，研究岩溶地质旋挖灌注桩的成桩具体施工技术质量控制方法，为今后类似的工程施工提供参考。1工程概况本工程场地位于溶蚀盆地地貌单元，分布于宝象河河谷及两侧平缓的河流冲洪积阶地之上，场地地层结构自上而下依次为，人工填土、粉质黏土、圆砾、土洞、强风化灰岩、中风化较完整灰岩（角砾）、溶洞（无充填或充填流塑软塑状态粘性土、圆砾）。地层情况如表 1 所示。echnical Scope技术园地T2023年第41卷第7期-75-第7 期2施工难点和特点1）在施工过程中因地质条件复杂，地下基岩面为倾斜或弯曲状、圆砾层松散、地下涌水较大、竖向溶洞较多且溶洞内填充物种类较多。2）施工中钢护筒虽已下至基岩面，但因地质情况较为复杂，导致施工过程中旋挖机钻头下至基岩面后，基岩面上方圆砾层发生垮塌或溶洞内填充物提取较为困难等现象。3）场地内圆砾层埋深 11.5 m，厚度 512 m，施工成孔较难易塌孔。4）工程桩持力层选在 3、4 层中风化较完整灰岩、角砾属于较硬岩，桩机施工难度较大。5）在试验施工的工程桩普遍存在二次或多次回填混凝土再次开孔导致施工进度十分缓慢的现象。3不良因素分析3.1地质情况分析本场地基岩为石灰岩，属可溶岩，具备岩溶发育 的条件；场地原始地貌均被第四系土层覆盖，岩溶形态主要表现为地下岩溶，现状基岩面起伏大，基岩顶板标高 1 928.79 1 943.26 m，相对高差达14.47 m。根据勘察资料，施工钻孔见洞隙率为 78.4%。揭露的溶洞多呈空洞或充填流塑、软塑状态黏性土，部分充填可塑状态黏性土、圆砾、角砾等，单个溶洞垂高 0.1018.60 m，洞顶埋深 5.5049.10 m；洞底深度 5.8059.20 m。场地位于宝象河河谷及两侧平缓的河流冲洪积阶地之上，河道横穿整个地块，地块内河道长 740 m，河道平均坡降 15，设计防洪标准为 100 年一遇。地下水埋深较浅，均可揭露地下水，水位埋深 0.31.0 m，相对高差 3.06 m，水位受宝象河河水影响和控制。3.2施工过程及质量控制分析根据旋挖灌注桩施工工艺本身来控制桩身及桩端沉渣的质量；将旋挖灌注桩施工分成“成孔”“灌注”两个程序。根据地勘的相关资料及现场采用超声成孔检测仪对成孔进行检测的结果，得出以下对桩基施工及质量影响比较大的不良地质因素。1）基岩面起伏较大（最大高差达 42.51 m）且上覆厚度不等的松散圆砾层、半边岩、鹰嘴状基岩、孤石，使桩成孔过程中塌孔严重，进尺缓慢，且易诱发地面塌陷（对成孔影响较大），如图 1 所示。2）溶洞（呈现串珠状、规模大、充填物稳定性较差等特点）、溶沟（槽状）、石芽（笋状）、基岩裂缝发育强烈，成孔后孔壁呈现凹凸不平、不连续的性状，导致成孔过程中困难且难以察觉桩身混凝土流失导致桩身质量问题难以发现、灌注过程中混凝土面突然掉落、混凝土灌注量大、成桩后桩端持力层存在未知溶洞影响桩基承载力、岩溶塌陷易诱发地面塌陷、后注浆终止压力难以达到设计要求承载力不达标，如图 2 所示。表 1各岩土层的物理力学指标估计值表土层编号岩土名称天然重度/（kNm-3）压缩模量/MPa内摩擦角/黏聚力/kPa承载力特征值/kPa 层耕土17.01 层人工填土17.5 层粉质黏土18.046573040100130 层圆砾（稍密）21.0182226306102202501 层有机质土17.01346152570902 层粉质黏土18.023352630100130 层黏土18.5355730341201401 层强风化灰岩23.04006002 层中风化较完整灰岩25.05 0006 0003 层中风化较完整角砾灰岩24.03 0003 8004 层中风化破碎角砾灰岩22.01 2001 6005 层中风化破碎灰岩22.02 5003 0007 层溶洞（流塑黏性土充填）16.08 层溶洞（可塑黏性土充填）18.0461201409 层溶洞（稍密圆砾充填）21.01416160180（a）典型斜岩面（b）地面塌陷图 1典型斜岩及地面塌陷图周红套等：深部赋存溶蚀盆地地貌条件旋挖灌注桩施工技术分析-76-echnical Scope技术园地T工程质量第41卷3.3钻芯岩样分析本次共计抽芯检测 10 颗桩，如表 2 所示，重点对 Z10-88 号及 Z10-80 号两颗桩做分析。1）Z10-88 号桩岩样分析，该桩在距离桩端 1.0 m 以上出现混凝土流失导致桩身出现大约 1.0 m 的缺失段，且缺失段位于基岩内，该桩地勘柱状图未反映存在溶洞，施工过程中亦未遇到溶洞，但充盈系数 4.31，超设计理论系数 3.6 倍。2）Z10-80 号桩分析，该桩端以下 0.3 m 取出基岩呈破碎、碎石状其中夹杂泥土和细沙，桩端以下存在未被探测到的溶洞，该桩地勘柱状图未显示有溶洞，但充盈系数 1.99 超设计理论系数 1.2。根据上述问题判断该桩孔壁呈现凹凸不平且不连续（溶沟、溶槽等）的现象，灌注混凝土对凹凸不平、不连续通道的填充导致混凝土用量较大；混凝土存在缓慢流失的现象，形成空腔，后经水力作用空腔扩大，最终导致桩身出现质量问题。4设计方案研究对于大型空溶洞、空溶洞群、连通空溶洞、土洞采取灌注混凝土的方式加以解决；钢护筒底不封闭的问题采用钢护筒、调整泥浆配比的方式处理；针对溶洞不稳定充填物有不同的处理措施，目的是改善溶洞不稳定充填物的力学性质提高其稳定性；若在混凝土浇筑后出现混凝土降落的问题，降落高度较大、速度较快，判断为桩身侧壁出现未探明的溶洞，需进行二次成桩。4.1成孔困难导致下沉钢护筒困难处理方案在下沉钢护筒时障碍物阻挡（比如有卵石、孤石）下沉受阻，处理方式如下，阻碍物所处深度3.0 m，拔起护筒，先用挖掘机挖除阻碍物再重新把钢护筒进行下沉；阻碍物所处深度3.0 m，先使用地质钻机循环钻进使阻碍物破碎后再二次成孔。使用的旋挖机钻头为筒式钻头，遇到大孤石、卵石层密度较大不能成孔时，应先使用螺旋钻头进行破碎卵石、孤石，再换筒式钻头将土石取出；当使用的旋挖短螺旋钻头遇到卡钻时，首先使用旋挖普通筒式取芯钻头把固结的粗圆砾土石地层的孔壁四周松动，然后使用短螺旋钻头钻桩孔中心，最后一步再次使用旋挖普通筒式钻头将土石渣取出。4.2基岩面不平解决方案在钻进岩层时若发现旋挖机表盘的垂直系统监视器显示不正常，结合地勘一桩一孔柱状图，判定基岩面存在不平整现象。此时应靠密切关注旋挖机垂直度自动检测调整系统、孔深数码显示数据，其解决斜岩的措施是通过机器钻进的速度比如慢进尺和机器自动检测垂直度控制系统及一些现场保证措施，具体措施如下。1）应采取慢进尺的方式控制钻进速度，防止斜孔现象。2）若通过慢进尺方式不能有效处理斜孔的问题，调整泥浆配比防止塌孔。泥浆采用钠基膨润土、羧甲基纤维素（CMC）、纯碱、水泥按 1 6 0.6 1 的比例配制化学泥浆护壁，其中水泥比重视土层情况适当加大或减少。4.3溶洞（裂隙）的处理方案对地勘已探明的溶洞应通过溶洞位置的漏浆速度判断是否为空溶洞，存在以下两种情况。1）空溶洞：应在灌注混凝土前首先判明溶洞的规模以及连通情况，通知相关各方进行认证，用标号为水下混凝土 C35 浇灌，同时用优质钢丝测量绳测出混凝土顶面高程数据，确定出溶洞回填情况，保证灌注桩桩身质量。2）溶洞有充填物：根据地勘报告，溶洞充填物有三种，分别为流塑可塑状红黏土、圆砾层、石夹土，以上图 2地勘孔内探测典型孔壁图表 2抽芯检测桩号信息表序号桩号施工桩长/m混凝土用量/m3充盈系数1Z9-115.55131.662Z9-216.50152.163Z9-419.46253.04Z9-1214.38203.395Z10-7216.0264.226Z10-8015.2011.51.997Z10-8214.80122.098Z10-8716.07193.049Z10-8814.16224.3110Z11-2515.93172.69-77-第7 期三种充填物都存在力学性质较差、自稳能力弱的特点。处理方案是采取低标号混凝土回填反复成孔，具体操作如下。充填物为流塑可塑状红黏土。当溶洞规模小时（溶洞高度3 m）采用清水置换的方式进行清理，当溶洞规模较大（溶洞高度3 m）且采用清水置换失效时，先采用旋挖钻机小尺度清孔，然后采用 C15（添加早强剂）回填，待 45 d 后再二次成孔，为保证溶洞不出现大面积塌孔，每次混凝土回填高度3 m，如此反复直至成孔为止；充填物为石夹土或圆砾层。当溶洞规模小时（溶洞高度3 m）采取钻机清孔的方式取出，当溶洞规模较大（溶洞高度3 m）时，先采用旋挖钻机小尺度清孔，然后采用 C15（添加早强剂）回填，待 45 d 后再二次成孔，为保证溶洞不出现大面积塌孔每次混凝土回填高度不得3 m，如此反复直至成孔为止。4.4溶洞充填物处理工艺1）钻机钻进。在三通一平的基础上，做好钻孔的桩位测量及放样、制作和埋设护筒、泥浆备料调制、泥浆循环系统设置及准备钻孔机具等准备工作。搭设好钻机平台安装钻机开始钻孔施工。2）确定溶洞标高位置。依据地勘单位勘察的地勘孔资料估算出溶洞的大小尺寸和所处的标高位置，旋挖机进行钻孔时同时测量钻进标高，用来判断离溶洞的距离，钻进至溶洞顶板岩层时降低钻机压力。3）确定溶洞洞身高度。当旋挖机钻进将要接近溶洞时，要加强测量桩孔孔深的频率，以便于准确判断溶洞顶板标高。当穿透溶度时，继续钻进至溶洞 3 m，停止钻进，并用取土钻进行小尺度清孔，达到扩孔的目的。用测绳量测孔深，以判断需用回填混凝土的方量和确定混凝土回填顶面标高，并做好数据记录。4）下导管、混凝土灌注。选取下方导管的方式进行灌注混凝土。采用公称直径为 260 mm 的圆钢管，厚度 3 mm，管与管之间通过法兰螺栓连结，端部套橡胶密封圈。在钻进平台上面采用型钢制成一个支撑架，作用是悬挂支撑钢导管。灌注期间通过支撑架悬吊钢导管便于拆卸。为减少二次钻孔时因回填的混凝土强度过高造成麻烦而选择早强混凝土，标号为 C15，坍落度为1822 cm，混凝土还要有好的和易性。灌入的水下混凝土，首次灌注量根据计算要有一定的冲击力，能把桩底的泥浆挤出，同时满足钢导管下口使向上埋入混凝土的高度不少于 1 m。灌注过程中，应连续、不间断地施工。混凝土灌注施工过程中，用测量绳量测混凝土顶面标高，以便了解溶洞的回填状况和桩的浇筑质量控制。浇筑过程中设专人观察导管内混凝土下降和井孔水位上升，做好详细记录。5）二次成孔。先用测量绳测出被充填后混凝土的顶标高，依据洞的大小所灌注的混凝土量和标高确认溶洞有无被充填到位，浇筑的混凝土顶面标高达到所计算的预控值，即停止浇筑。为达到有效的充填效果，灌注后，停顿一段时间等混凝土达到设计要求的70%强度以后再进行二次成孔钻进。达到上述要求后，旋挖钻机再次精准定位，开始钻孔至成孔。5结语本文对昆明某地的溶蚀盆地之地貌采用旋挖钻孔灌注桩方式过程中遇到的难题进行剖析，解决了此种地质条件下桩基施工中的问题，较好地完成了工程基础施工，取得了卓有成效的结果，桩基各项性能指标均能达到设计院设计及国家规范要求，能正确地指导现场施工，可为此种类型地质工程桩基施工提供一定的参考。Q参考文献 1 王家全，朱庆盛，刘垒雷，等.岩溶地质旋挖灌注桩成孔工艺及其基桩质量控制研究 J.施工技术，2014，43（19）：1719，38.2吴智，周烨，王照文，等.复杂岩溶地质条件下旋挖灌注桩施工方法 J.建筑工程技术与设计，2015，3（33）：638639.3刘兆荣，张明亮，罗实，等.全钢护筒旋挖桩施工技术在复杂地质条件下的应用 J.建筑施工，2019，41（10）：17901791.图 3回填混凝土处理溶洞充填物周红套等：深部赋存溶蚀盆地地貌条件旋挖灌注桩施工技术分析