復(fù)雜地層下成孔工藝的探討及事故預(yù)防措施

徐忠潮，肖昌懷

（浙江泛華工程監(jiān)理有限公司， 浙江 杭州 310005）

沖孔灌注樁具有適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便、操作易掌握、設(shè)備投入不大、入土深、能入巖、剛度大、承載力高、樁身變形小、可方便的進(jìn)行水下施工等優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜地層工程中被廣泛采用。但是，沖孔灌注樁的成孔工藝技術(shù)要求高，在特殊地質(zhì)下施工仍會(huì)遇到較多的問(wèn)題。筆者結(jié)合某工程實(shí)例，探討沖孔灌注樁在特殊復(fù)雜地質(zhì)條件下的成孔工藝及處理措施。

1 工程概況

某工程設(shè)計(jì)擬建建筑物由 9 幢 14 層～17 層住宅及 1 幢 2層輔助用房組成，地下 1 層。工程采用沖孔和鉆孔灌注樁，樁徑 600 mm～1 000 mm，有效樁長(zhǎng) 8 m～35 m，樁基 1 630根，樁身混凝土采用 C30～C35 水下混凝土，樁端持力層進(jìn)入中風(fēng)化巖層 1.0 m，單樁抗拔承載力為 300 kN～600 kN，單樁豎向抗壓承載力特征值為 1 700 kN～3 600 kN。

根據(jù)巖土工程詳勘報(bào)告，場(chǎng)地地貌類(lèi)型主要為洪沖積平原和沖湖積平原區(qū)。場(chǎng)地自上而下可劃分出 6 個(gè)工程地質(zhì)層：分別為人工填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉砂、中粗砂、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)、中風(fēng)化灰?guī)r。

2 復(fù)雜地質(zhì)情況

工程場(chǎng)地存在飽和軟土，不良地質(zhì)作用巖溶強(qiáng)發(fā)育。南側(cè)中部揭露斷層破碎帶，為一級(jí)場(chǎng)地復(fù)雜地層；場(chǎng)地巖土種類(lèi)較多，均勻性較差，性質(zhì)變化較大，地基復(fù)雜程度為二級(jí)。巖溶主要發(fā)育于石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2h)灰?guī)r上部，第四系覆蓋層較厚，屬覆蓋型巖溶?？碧竭^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，部分鉆孔內(nèi)灰?guī)r巖溶裂隙、溶孔發(fā)育，共見(jiàn)溶洞 510 個(gè)，鉆孔見(jiàn)洞率31.2%，線(xiàn)巖溶率 0.98%～93.94%，頂板厚度 0.00～7.30 m 不等，洞高 0.30 m～26.30 m，形態(tài)不規(guī)則，局部呈串珠狀，溶洞充填物多為流塑—可塑狀黏性土或含黏性土角礫(碎石)，部分溶洞充填物很少或無(wú)充填。斷裂構(gòu)造帶屬?gòu)?qiáng)風(fēng)化斷層角礫巖，擬建場(chǎng)區(qū)內(nèi)有隱伏斷層通過(guò)，其性質(zhì)不明，但為非全新活動(dòng)斷裂，對(duì)工程建設(shè)影響不大；受隱伏斷層影響及其影響帶范圍內(nèi)基巖破碎，均勻性差。

3 試樁情況

為了確保應(yīng)該樁基工程快速、安全、順利的施工，借鑒類(lèi)似項(xiàng)目樁基工程施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)樁基工程實(shí)施“一樁一孔”進(jìn)行原位勘探，形成了詳細(xì)的精勘資料以指導(dǎo)施工。為了進(jìn)一步驗(yàn)證地勘資料的準(zhǔn)確性，合理地選擇鉆孔機(jī)具，確定合適的施工方法和成孔工藝，對(duì)該復(fù)雜地層進(jìn)行了有代表性的試打樁和打試樁，選取 SZ1179 穿過(guò)洞高 27.5 m 最厚的溶洞、SZ120 穿過(guò) 6 個(gè)溶洞串球疊加充填物最復(fù)雜的溶洞和 SZ557等穿過(guò)普通或擦邊溶洞，SZ1027 和 SZ1006 穿過(guò)不同走向斷層破碎帶的孔位，進(jìn)行試打樁。

3.1 SZ1179試打樁情況

該樁樁徑為 700。地勘資料表明：該樁孔是該地塊地質(zhì)溶洞最高(單洞高 27.5 m)、孔深最深(孔深 50.1 m)的孔位。鉆進(jìn)機(jī)具選擇 8JZ—125 沖擊鉆。2012 年 11 月 8 日 12：10 采用沖錘樁機(jī)開(kāi)孔。當(dāng)月 14 日 12：30，在深度 38 m 左右時(shí)遇第 1 層溶洞，出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿現(xiàn)象。施工方進(jìn)行第 1 次黃泥回填填充，方量為 13 m3。當(dāng)月 15 日 16：40，在深度 40 m 左右時(shí)遇第 2層無(wú)填充溶洞，出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿且范圍較大。施工方及時(shí)進(jìn)行黃泥回填填充，時(shí)間從 17：00 直至 19：30 回填完畢，方量為80 m3；于次日上午繼續(xù)沖孔至 18 日，深度為 40 m 左右，泥漿漏空，塌方嚴(yán)重，且聽(tīng)到流水聲音。由于孔周邊大面積下沉，樁機(jī)失穩(wěn)，被迫移位，待穩(wěn)定后重新開(kāi)孔。

3.2 SZ120試打樁情況

該樁是施工進(jìn)場(chǎng)試打的第 1 根樁，樁徑為 1 000。地勘資料表明：該樁孔是該地塊地質(zhì)溶洞最多(6 個(gè)溶洞疊加)、最復(fù)雜的孔位。鉆進(jìn)機(jī)具選擇 8JZ—125 沖擊鉆。2012 年 10月 29 日 14：00 采用沖錘開(kāi)孔后，當(dāng)月 31 日 8：00，在深度 11.5 m 左右遇第 1 層溶洞，出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。施工方進(jìn)行第 1 次黃泥回填填充，方量為 10 m3。11 月 2 日 15：15，在深度 15.9 m 位置遇第 2 層有填充溶洞。施工方進(jìn)行第 2 次黃泥回填填充，方量為 10 m3。至 11 月 3 日 15：30，在深度 20 m 左右遇第 3 層溶洞，繼續(xù)沖孔至 22 m 左右出現(xiàn)嚴(yán)重泥漿漏空現(xiàn)象，進(jìn)行第 3 次黃泥回填，方量為 22 m3。至 11月 4 日 7：00 觀(guān)察，出現(xiàn)下沉及大面積塌方現(xiàn)象，進(jìn)行第 4次黃泥回填填充，方量為 27 m3。由于孔周邊下沉嚴(yán)重，樁機(jī)失穩(wěn)，被迫移位，待穩(wěn)定后重新開(kāi)孔。

3.3 SZ1027試打樁情況

該樁樁徑為 700。地勘資料表明：該樁孔要穿過(guò) 23.02 m 強(qiáng)風(fēng)化斷層破碎帶角礫巖層進(jìn)入中風(fēng)化巖層 1 m；孔深 31.0 m。鉆進(jìn)機(jī)具選擇 JPS—10 型鉆孔樁機(jī)。2012 年 11 月 7 日開(kāi)鉆。當(dāng)月 10 日鉆到 16.6 m 進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化斷層破碎帶角礫層，直到 1日 5 d 才鉆進(jìn) 7 m，合金鉆頭打爛 4 顆。18 日 12：00 測(cè)得孔深 25.8 m，還有近 6.0 m 終孔。后換新的合金鐘頭，20 日終孔。

3.4 SZ1006試打樁情況

該樁樁徑為 700。地勘資料表明：該樁孔要穿過(guò) 9.90 m強(qiáng)風(fēng)化斷層破碎帶角礫巖層進(jìn)入中風(fēng)化巖層 1 m；孔深21.2 m。鉆進(jìn)機(jī)具選擇 8JZ—125 型沖孔樁鉆。2012 年 11月 13 日 9：00 開(kāi)鉆，當(dāng)月 14 日 2：00 鉆到 10.35 m 進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化斷層破碎帶角礫層，一直到次日 5：00，鉆進(jìn) 7 m；18 日 12：00 終孔。

4 施工中的問(wèn)題及處理方法

從上述試打樁情況來(lái)看：該場(chǎng)地所處的地質(zhì)巖溶較發(fā)育，各樁位埋層情況不盡相同，溶洞充填物也各有區(qū)別。所以在 SZ1179 和 SZ120 等樁沖孔過(guò)程中，出現(xiàn)了嚴(yán)重漏漿、沉降、塌孔、卡錐、偏孔、斷樁等質(zhì)量事故，造成混凝土盈系數(shù)過(guò)大、成本加高和施工困難，被迫棄孔移位復(fù)打。在穿過(guò)斷層破碎帶時(shí)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)化角礫層比較完整堅(jiān)硬，鉆孔樁機(jī)鉆進(jìn)效率太低，出現(xiàn)鉆頭打散、掉鉆卡鉆事故。為了確保應(yīng)該樁基工程施工安全和順利進(jìn)行，結(jié)合試打樁情況，分析上述事故原因，并提出具體處理措施。

4.1 漏 漿

所謂漏漿是指在正常鉆進(jìn)過(guò)程中，孔內(nèi)泥漿突然大量漏失的現(xiàn)象。當(dāng)沖孔遇到空洞、透水性強(qiáng)或有地下水流動(dòng)的土層時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量漏漿而無(wú)法補(bǔ)充，甚至可能引起坍孔、埋鉆。本樁基工程在鉆進(jìn)過(guò)程中漏漿現(xiàn)象極為普遍。

4.1.1 原因分析

(1)在沖擊成孔中，由于有的溶洞與地下暗河或其他溶洞相通，遇到空洞、透水性強(qiáng)的砂礫或流砂，特別是在巖溶發(fā)育的地層中鉆進(jìn)時(shí)，溶洞泥漿會(huì)迅速流走，水頭高度急劇下降，泥漿會(huì)向孔壁外漏失。

(2)地質(zhì)資料揭示無(wú)溶洞或只有很小的溶洞，但突然發(fā)生跑漿。估計(jì)是擠破了旁邊大溶洞的洞壁；或小溶洞與旁邊的大溶洞相連，造成意外跑漿。

(3)遇到溶溝溶槽或巖溶裂隙通道也容易發(fā)生小范圍的跑漿。

4.1.2 預(yù)防和處理

(1)凡屬于上述第 1 種原因的，施工時(shí)要在孔邊備足一定數(shù)量的片石和黏土。一旦出現(xiàn)漏漿，要及時(shí)回填片石、黏土沖擊造壁，并馬上補(bǔ)水，防止水頭高度繼續(xù)下降。同時(shí)，在操作上要注意：當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)速度降低、主繩擺動(dòng)加大、偏離設(shè)計(jì)中心、沖擊聲音減弱等情況，則說(shuō)明孔深已達(dá)到溶洞頂板。此時(shí)鉆機(jī)的操作要平穩(wěn)，盡可能少碰孔壁，采取小沖程、慢鉆進(jìn)的方法，慢慢擊破溶洞頂板，防止卡鉆。在穿過(guò)不同特征溶洞時(shí)，建議采取以下方法處理。

①當(dāng)擊破頂板時(shí)，鉆孔內(nèi)將急劇漏漿，泥漿面急速下降。此時(shí)應(yīng)采用黏土摻 30% 片石拋填至溶洞內(nèi)并迅速補(bǔ)充泥漿，使回填物以最快速度沉入孔底，沖錘擠壓、封堵裂隙，使孔底形成粘結(jié)力較強(qiáng)的混合料填充溶洞并起到護(hù)壁作用。若泥漿下降不劇烈，則證明溶洞不大或溶洞內(nèi)充填物較多，投放片石黏土可與鉆進(jìn)同時(shí)進(jìn)行，直到不再漏漿為止。

②在鉆孔的過(guò)程中，注意撈取渣樣并及時(shí)測(cè)定泥漿比重，保證鉆孔內(nèi)有較濃的泥漿。泥漿比重宜控制在 1.4 以上。

③在沖孔過(guò)程中，始終保持孔內(nèi)留有一定的沉渣，以沉渣來(lái)封堵裂縫。在撈取渣樣過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)渣樣含弧形凹面，則證明已鉆進(jìn)到溶洞底，或按正常石質(zhì)鉆孔施工。

(2)凡屬于第 2 種情況的，采取投放片石、黏土或整袋水泥堵塞起到護(hù)壁作用，使鉆孔順利通過(guò)巖溶區(qū)。

(3)凡屬于第 3 種情況的，屬于小范圍的跑漿。待補(bǔ)漿穩(wěn)定后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

4.2 埋 鉆

當(dāng)溶洞埋深較淺的時(shí)候如果沖程過(guò)大的話(huà)，就可能出現(xiàn)溶洞的坍塌、地表下陷等。SZ120 和 SZ1179 如果不是及時(shí)提鉆回填，稍有不慎就會(huì)發(fā)生埋鉆的事故。

4.2.1 原因分析

埋鉆主要是由坍孔造成的。施工中發(fā)現(xiàn)漏漿應(yīng)立即將鉆頭提到孔外。如果未及時(shí)提鉆，漏漿后坍孔，鉆頭便會(huì)被埋在孔中，造成損失。

4.2.2 預(yù)防和處理

施工前，應(yīng)認(rèn)真研究“一樁一孔”詳勘報(bào)告，嚴(yán)格樁機(jī)操作人員班前交底制度，讓樁機(jī)手全面了解溶洞埋深的情況。當(dāng)溶洞埋深較淺的時(shí)候，采用小沖程的鉆進(jìn)。這樣就可以防止其溶洞頂板的坍塌，并準(zhǔn)備好拖拉設(shè)備，系好滑車(chē)鋼絲繩，做好鉆機(jī)撤離準(zhǔn)備。

4.3 卡 鉆

卡鉆事故發(fā)生在碎石層中或溶洞填充物中碎石下落；鉆頭擊穿溶洞頂板過(guò)猛；出現(xiàn)探頭石、梅花孔、溶洞、溶槽等；鉆頭突然進(jìn)入溶洞，造成孔形不圓順或掉入大空洞中而卡鉆。

4.3.1 原因分析

當(dāng)鉆孔深度至鉆穿溶洞頂板時(shí)，由于溶洞頂板巖層厚薄不均勻，在鉆孔的面積上，一側(cè)先貫穿，并且先貫穿的側(cè)面又是溶洞，則鉆頭就可能隨斜向掉下，沉入溶洞內(nèi)。隨著將鉆頭提起，未鉆穿部分的溶洞頂板將鉆頭卡住，無(wú)法拔起。或下鉆頭太猛，或鋼繩過(guò)長(zhǎng)，使鉆頭在孔內(nèi)碰撞傾斜卡在孔壁上。

4.3.2 預(yù)防和處理

(1)上下輕提鉆頭，并用撬棍將鋼絲繩左右拔移、旋轉(zhuǎn)，使鉆頭能沿下落的方向提出。

(2)卡鉆后輕提。輕提不動(dòng)時(shí)，探準(zhǔn)卡鉆位置，可用小沖擊鉆頭沖或用沖、吸的方法，將鉆頭周?chē)你@渣松動(dòng)后再提出。

(3)采用強(qiáng)提法和爆破震動(dòng)法?？刹捎没喗M、吊機(jī)和鉆機(jī)相互配合強(qiáng)提，或用千斤頂?shù)霓k法，將鉆頭提出。如果強(qiáng)提無(wú)效，可用水下小爆破震動(dòng)法將鉆頭松動(dòng)后提出。

(4)施工中注意保持護(hù)筒的垂直，防止傾斜；鉆頭尺寸應(yīng)統(tǒng)一，下鉆應(yīng)控制鉆進(jìn)速度，不要過(guò)猛過(guò)快。

(5)應(yīng)經(jīng)常檢查鉆頭的直徑，磨耗不應(yīng)超過(guò) 1.5 cm。應(yīng)備有鉆頭輪換使用，磨耗的鉆頭及時(shí)補(bǔ)焊。更換新鉆頭宜先用小沖程沖擊一段時(shí)間。在穿越溶洞頂板時(shí)，使用小沖程鉆進(jìn)。

4.4 鉆孔偏斜

4.4.1 原因分析

因巖溶地區(qū)基巖面起伏變化較大，溶溝、溶槽、溶洞、裂隙等巖溶形態(tài)較為明顯，巖土并存現(xiàn)象較為普遍，鉆機(jī)鉆孔時(shí)產(chǎn)生位移、局部下沉或傾斜；或在傾斜的巖面上鉆孔、巖質(zhì)軟硬不均時(shí)，容易造成斜孔和偏孔。另外，開(kāi)機(jī)前機(jī)臺(tái)未放置平穩(wěn)也會(huì)導(dǎo)致斜孔的產(chǎn)生。若樁位偏移量過(guò)大，一方面基樁功能上將不能滿(mǎn)足承受設(shè)計(jì)荷載要求；另一方面易在孔壁上產(chǎn)生臺(tái)階，最終影響鋼筋籠的安放。糾偏是巖溶地區(qū)機(jī)械成孔灌注樁施工最為頻繁的工作，貫穿于整個(gè)成孔過(guò)程。其方法是否得當(dāng)，關(guān)系到基樁施工的質(zhì)量和進(jìn)度。

4.4.2 預(yù)防和處理

在開(kāi)孔前，應(yīng)將機(jī)臺(tái)放置平穩(wěn)，保證機(jī)身水平、穩(wěn)固。在沖孔工程中經(jīng)常檢查、校核。特別是進(jìn)入基巖后，應(yīng)增加檢查、校核的次數(shù)。當(dāng)遇到起伏較大的基巖時(shí)，即在樁直徑范圍內(nèi)基巖傾斜度過(guò)大，可向樁孔內(nèi)拋填 1 cm～20 cm 的片石，同時(shí)保證填入片石的高度超過(guò)傾斜面 60 cm 以上；然后用低落距低沖程沖擊將片石慢慢擠入溶洞內(nèi)，等樁底全截面進(jìn)入基巖后，再正常施工。

4.5 斷樁，短樁

4.5.1 原因分析

當(dāng)混凝土面上升到某一高度，由于混凝土自重形成的壓力達(dá)到某一值時(shí)，孔內(nèi)壓力增大，而且護(hù)壁也較為薄弱。此時(shí)混凝土被擠入溶洞內(nèi)，造成混凝土面突然下沉，使得導(dǎo)管面脫離混凝土面，形成斷樁。當(dāng)混凝土面達(dá)到樁頂標(biāo)高和超灌高度后，若發(fā)生混凝土面突然下降，此時(shí)極易造成短樁事故。

4.5.2 預(yù)防和處理

事先做好應(yīng)急準(zhǔn)備。灌注前通知混凝土供應(yīng)商保證混凝土供應(yīng)，灌注現(xiàn)場(chǎng)始終保持兩輛以上混凝土罐車(chē)待灌?；炷谅┦Ш罅⒓磳?dǎo)管隨漿面下插，并連續(xù)進(jìn)行混凝土灌注；若出現(xiàn)大方量超灌，且混凝土面不上升，可在灌注一定方量后暫停片刻，再進(jìn)行灌注。同時(shí)，應(yīng)提高混凝土的超灌高度(本工程混凝土的超灌高度定為超過(guò)樁頂標(biāo)高 2 m(靜載樁除外))。在灌注中，適當(dāng)增加導(dǎo)管的埋置深度(8 m)，并勤拔導(dǎo)管，防止堵塞。另外，在澆筑混凝土的過(guò)程中，詳細(xì)記錄混凝土面上升的高度，觀(guān)察是否有異常情況發(fā)生。不要盲目拆卸導(dǎo)管，待混凝土面穩(wěn)定后再慢慢拆除。要保證首批連續(xù)入孔混凝土的量，必須滿(mǎn)足導(dǎo)管底節(jié)埋入混凝土深度不小于1 m。

4.6 縮 頸

4.6.1 原因分析

縮頸現(xiàn)象主要是由于在終孔滿(mǎn)足各項(xiàng)要求后直至灌注混凝土前的時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，樁孔內(nèi)外壓力不平衡造成的。

4.6.2 預(yù)防和處理

減少終孔至澆筑混凝土之間的時(shí)間間隔，在澆筑混凝土前要持續(xù)進(jìn)行清孔作業(yè)，并適當(dāng)增加泥漿比重。

綜合上述試打樁情況，結(jié)合該工程地層復(fù)雜性特點(diǎn)，筆者認(rèn)為，在該地層有溶洞和斷層破碎帶較厚地方，宜用沖孔灌注樁；在無(wú)溶洞和斷層破碎帶地方，宜用鉆孔灌注樁；在土層較厚、溶洞較小或破碎帶較薄或中風(fēng)化特力層較堅(jiān)硬的情況下，以先用鉆孔機(jī)后置換為沖孔機(jī)的方法，來(lái)提高鉆進(jìn)效率。在遇到斷層破碎帶或持力層堅(jiān)硬的情況下，改進(jìn)鉆頭也能提高鉆進(jìn)的效率。當(dāng)然，改用沖擊鉆機(jī)成孔，該地層的鉆進(jìn)效率得到了提高，但施工成本也大大地增加了。因此，為了確保該樁基工程快速高效安全順利完成，還必須解決充盈系數(shù)過(guò)大、鋼護(hù)筒的跟進(jìn)、全巖面入巖的綜合判斷等 3 個(gè)問(wèn)題。巖溶發(fā)育、裂隙開(kāi)度大、溶洞連通和深淺不一，是混凝土充盈系數(shù)過(guò)大的主要原因。如果我們能合理選擇打樁順序，根據(jù)地質(zhì)巖溶節(jié)理裂隙走向，溶洞的大小、多少及巖面的高低等條件，遵循“由深到淺、由多到少、由大到小”的原則進(jìn)行跳打樁，就能及時(shí)封閉溶洞、充填裂隙和隔斷通道。

5 結(jié) 語(yǔ)

本工程樁基施工完畢后，按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行了樁基檢測(cè)、靜載及無(wú)損動(dòng)測(cè)試驗(yàn)。結(jié)果顯示均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。因此，只要做好施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，掌握好鉆孔/沖孔灌注樁的施工工藝，提前做好突發(fā)問(wèn)題的預(yù)防措施，就可以大大降低復(fù)雜地層中樁基施工的成本和工期。

[1]DBJ 08—202—1992，鉆孔灌注樁施工規(guī)范[S].

[2]GB 50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] DBJ 08—11—1989，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]張良,邵泉, 陳剛,等.廣州新電視塔擴(kuò)底鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2001(9).

[5]陳景明.溶洞地區(qū)沖孔灌注樁施工[J].福建建筑,2012(4).

[6]李宏達(dá).沖孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2011(增刊).