巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

龔逸非/GONG Yi-fei

（昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650500）

中國(guó)喀斯特地貌分布廣、面積大，主要分布在云貴高原和廣西。巖溶地基嚴(yán)重制約著工程建設(shè)，文章將從幾個(gè)方向介紹巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決方法。

1 鉆孔灌注樁施工工藝

灌注樁是直接在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)樁位處成孔，然后在孔內(nèi)放置鋼筋籠，再澆灌混凝土而成，其橫截面呈圓形，可以做成大直徑和擴(kuò)底樁。與預(yù)制樁比較，灌注樁一般只需要根據(jù)使用期間的內(nèi)力要求配置鋼筋，用鋼量少。保證灌注樁承載力的關(guān)鍵在于樁身的成型及混凝土的質(zhì)量。

鉆孔灌注樁用鉆機(jī)鉆土成孔，然后清除孔底殘?jiān)卜配摻罨\，再澆灌混凝土成樁。有的鉆機(jī)成孔后，可擴(kuò)大樁孔形成擴(kuò)大樁端，但擴(kuò)底直徑不宜大于3倍樁身直徑，目前國(guó)內(nèi)鉆孔灌注樁多用泥漿護(hù)壁，泥漿應(yīng)選用膨潤(rùn)土或高塑性粘土在現(xiàn)場(chǎng)加水?dāng)嚢瓒桑话阋笃浔戎貫?.1～1.15，粘度為10～25s，含砂率小于6%，膠體率大于95%。施工時(shí)泥漿水面高出地面1m以上，清孔后在水下澆灌混凝土。常用樁徑為800mm、1 000mm、1 200mm等，最大優(yōu)點(diǎn)是入土深，能進(jìn)入巖層，剛度大，承載力高，樁身變形小，并可方便的在水下施工。

2 巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工的難點(diǎn)

1)由于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，形成的溶洞、漏斗、巖溶裂隙等地質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重影響了施工，在現(xiàn)場(chǎng)樁基施工過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致漏漿、彎孔、掉鉆等情況，易引起工程事故。

2)密集的溶洞、溶溝進(jìn)一步發(fā)育，會(huì)相互連通，施工前應(yīng)備足黏土、片石、袋裝水泥和碎石，以防止在施工中造成的漿液流失從而引起孔壁塌落甚至出現(xiàn)塌孔。在施工之前充分了解各土層工程性質(zhì)，特別易導(dǎo)致地面塌陷的土層。

3)巖溶地區(qū)地下水異常豐富，鉆機(jī)成孔過(guò)程中易造成鉆孔結(jié)構(gòu)和形狀發(fā)生變化，易出現(xiàn)斜孔、彎孔現(xiàn)象，也會(huì)造成在施工過(guò)程中漏水、漏漿的后果，地下水如果為承壓水更應(yīng)該在施工過(guò)程中謹(jǐn)慎小心。

4)鉆孔完成后應(yīng)該要進(jìn)行及時(shí)清孔，在鉆孔過(guò)程要對(duì)泥漿性能指標(biāo)進(jìn)行全程把控，保證成孔后質(zhì)量高，防止出現(xiàn)塌孔。

5)在地下的土洞、巖洞坍落會(huì)形成地表塌陷。由于樁基施工會(huì)改變巖溶地貌條件，造成地下水位的急劇變化，有較大概率發(fā)生瞬時(shí)塌落。

3 巖溶地區(qū)樁基施工常用的處理方法

1）回填 當(dāng)溶洞較完整，溶洞內(nèi)無(wú)填充物，地下水流動(dòng)較小，要求工期較短的情況下可采用回填法。回填法首先要鉆機(jī)成孔，將材料填充在溶洞內(nèi)，然后回填夯實(shí)直至滿足設(shè)計(jì)要求。在采用回填法處理溶洞過(guò)程中，采用從上至下的步驟。

2）注漿 當(dāng)溶洞巖體較為破碎，溶洞內(nèi)充滿流塑狀填充物的情況下，采用注漿法。注漿法應(yīng)先將注漿管插入所發(fā)現(xiàn)溶洞底部，通過(guò)壓力注漿讓漿液從孔底到達(dá)孔口，待漿液到達(dá)孔口不再下降時(shí)，視為漿體填滿溶洞。整個(gè)填筑溶洞過(guò)程從下至上，注漿完成后取巖芯檢測(cè)填筑是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須在溶洞填充滿足其設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可實(shí)行下一步施工。

3）鋼護(hù)筒跟進(jìn) 溶洞易發(fā)生漏漿，漏出的漿體會(huì)與周圍溶洞貫通，為了防止鉆孔過(guò)程中鉆孔傾斜，宜采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。

上述3種方法應(yīng)結(jié)合使用，從而保證整個(gè)工程的質(zhì)量。采用不同直徑的鉆頭與不同直徑的鋼筒，或者采用振動(dòng)錘保護(hù)管底的溶洞施工方法可以解決巖溶溶洞頂蓋在成孔過(guò)程中的坍塌問(wèn)題，保證了樁的質(zhì)量和安全性。根據(jù)地層性質(zhì)的不同而不同，具體工藝如下：①用振動(dòng)打樁機(jī)插入外層鋼套管鉆至溶洞頂板1.0m的頂部，保護(hù)筒外壁的厚度一般不小于10mm，筒內(nèi)直徑大于樁直徑的0.5m，鉆頭大于孔直徑的0.35m；②提出鉆頭，用起重機(jī)將鋼管逐段接長(zhǎng)放入孔底，然后用振動(dòng)錘將護(hù)筒下沉到溶洞頂部，同時(shí)將內(nèi)外套管之間空隙填滿砂，內(nèi)外套筒會(huì)同時(shí)進(jìn)行受力，可以適當(dāng)密封并固結(jié)灌漿，換用小鉆頭小沖擊力沖穿過(guò)溶洞頂板，此時(shí)即發(fā)生漏漿，有鋼護(hù)筒的防護(hù)，孔頂部也不會(huì)發(fā)生塌孔，可拋填粘土、片石和袋裝水泥或灌注素混凝土等，繼續(xù)鉆進(jìn)溶洞，直至鉆至溶洞底板以下約50cm；③再次提出鉆頭，將內(nèi)層的鋼管繼續(xù)接長(zhǎng)，直通到底部的孔的位置，向孔灌注低標(biāo)號(hào)素混凝土，將鉆了大約50cm深的孔填充后，鋼管的內(nèi)層護(hù)筒插入混凝土與巖石固結(jié)，待穩(wěn)固后用與直徑相同的鉆頭鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)，清孔驗(yàn)收后直接灌注混凝土。內(nèi)層鋼護(hù)筒比樁徑大10cm，護(hù)筒本身厚度為6mm。溶洞內(nèi)有無(wú)填充這種方法均使用。如果大型溶洞下還存在有較大的溶洞，則根據(jù)實(shí)際情況，需要使用多層套管和多種鉆頭進(jìn)行施工。

4 樁基施工中質(zhì)量事故及治理

在巖溶地區(qū)進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，由于地層中地下水的富集，加上可溶性的巖石導(dǎo)致地下溶洞、溶溝、石芽等發(fā)育完整，導(dǎo)致樁基持力層的基巖面起伏不定，嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量；同時(shí)鉆孔灌注樁的施工工藝繁瑣，對(duì)施工的機(jī)械和技術(shù)人員要求較高，并且樁基礎(chǔ)本身屬于地下隱蔽工程，容易存在質(zhì)量問(wèn)題，常見(jiàn)的樁身缺陷比如樁頭浮漿、夾泥、蜂窩、離析等，因此，對(duì)樁基礎(chǔ)的檢測(cè)和缺陷樁的處理就顯得尤為重要。

4.1 鉆孔的漏漿、塌孔治理措施

若土洞溶洞內(nèi)未填充密實(shí)，在鉆機(jī)施工到洞口時(shí)孔內(nèi)泥漿會(huì)迅速流失，形成漏漿，嚴(yán)重時(shí)孔內(nèi)液面會(huì)快速降低導(dǎo)致孔內(nèi)、外壓力差過(guò)大而造成塌孔現(xiàn)象。

預(yù)防及防治措施：對(duì)易出現(xiàn)孔壁坍塌的地層，應(yīng)預(yù)備好足夠長(zhǎng)的鋼護(hù)筒，第一層套護(hù)筒外徑比樁徑大2～3倍，到達(dá)粘土層內(nèi)，用來(lái)保證足夠的水泥砂漿固結(jié)止水；第二層套護(hù)筒比樁徑大1倍，到達(dá)巖溶裂隙強(qiáng)發(fā)育帶中較完整的基巖上，保證孔壁不會(huì)坍塌；對(duì)事先未及時(shí)發(fā)現(xiàn)的土溶洞，保證在出現(xiàn)漏漿時(shí)能及時(shí)補(bǔ)漿。適當(dāng)增加鉆機(jī)底部承載面積可以應(yīng)對(duì)工程中突然出現(xiàn)的塌孔現(xiàn)象，確保在出現(xiàn)塌孔時(shí)能夠及時(shí)轉(zhuǎn)移鉆機(jī)，保證工人和現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械的安全。

4.2 偏孔的治理措施

根據(jù)超前鉆探資料顯示，當(dāng)孔內(nèi)出現(xiàn)巖面傾斜、起伏較大或溶洞內(nèi)“半巖半空”等情況時(shí)，一旦處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象。

預(yù)防及處理措施：偏孔一般出現(xiàn)在鉆頭到達(dá)溶洞頂部或者傾斜基巖，所以現(xiàn)場(chǎng)施工人員必須熟記超前鉆探資料中可能出現(xiàn)偏孔的位置，做好十字線隨時(shí)注意沖擊錘的鋼繩擺動(dòng)情況，一旦出現(xiàn)偏孔馬上回填塊石及時(shí)糾正，回填深度比偏孔深度多1m即可；在施工至溶洞頂部時(shí)，采用小沖程鉆進(jìn)，時(shí)刻注意進(jìn)尺速度，若溶洞內(nèi)為“半巖半空”狀態(tài)，盡量在施工前先進(jìn)行注漿處理，若鉆進(jìn)中出現(xiàn)嚴(yán)重偏孔，則可以選擇澆筑混凝土填充，待混凝土強(qiáng)度滿足要求后繼續(xù)鉆進(jìn)成孔。

4.3 鉆進(jìn)問(wèn)題治理

在鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中，在偏孔、孔壁內(nèi)凹凸孤石、溶洞頂部處以及拋填片石等不良地質(zhì)條件下會(huì)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象；鉆頭突然脫落，落入孔內(nèi)，如果不及時(shí)處理，則會(huì)使鉆頭被沉渣或片石掩埋，造成埋鉆。

預(yù)防及處理措施：在鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中要隨時(shí)注意主繩是否牢固，繩卡和保險(xiǎn)繩均要按規(guī)范固定，在鉆頭裝上保險(xiǎn)繩以方便在出現(xiàn)掉錘時(shí)及時(shí)打撈鉆頭，注意鉆進(jìn)沖擊力的大小，保證片石擠密穩(wěn)固后方可繼續(xù)鉆進(jìn)，防止鉆頭進(jìn)深太大而被片石掩埋。

4.4 鉆進(jìn)過(guò)程中混凝土流失

在最后澆筑混凝土工序中，混凝土側(cè)向壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于泥漿的側(cè)向壓力，側(cè)向壓力將泥漿混凝土擠入溶洞，造成成樁質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成斷樁。

預(yù)防和治療措施：①增加灌注過(guò)程中導(dǎo)管的深度，埋深必須大于3m，并及時(shí)測(cè)量灌注過(guò)程中混凝土面標(biāo)高，防止混凝土產(chǎn)生流失；②混凝土澆筑完成后的1～3h內(nèi)反復(fù)測(cè)量樁頂標(biāo)高，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土液面下沉，及時(shí)補(bǔ)充混凝土，以免出現(xiàn)短樁的現(xiàn)象。

5 巖溶樁基礎(chǔ)檢測(cè)

巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)多為端承嵌巖樁，根據(jù)JGJ l06-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，工程樁的質(zhì)量檢測(cè)包含2個(gè)方面：樁身完整性和單樁承載力。

5.1 樁身完整性檢測(cè)

小應(yīng)變檢測(cè)法：通過(guò)在樁的頂部施加激振信號(hào)產(chǎn)生應(yīng)力波，在應(yīng)力波沿樁身傳播過(guò)程中，遇到不連續(xù)界面（如蜂窩、夾泥、斷裂、孔洞等缺陷）和樁底面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射波，檢測(cè)分析反射波的傳播時(shí)間、幅值和波形特征，就能判斷出樁的完整性。

小應(yīng)變有其方法本身的局限性：首先對(duì)于多缺陷樁，應(yīng)力波在樁中產(chǎn)生多次反射和透射，對(duì)實(shí)測(cè)波形的判斷非常復(fù)雜且不準(zhǔn)確，而且不能對(duì)樁底沉渣厚度定量計(jì)算。對(duì)于端承樁的嵌巖效果只能做定性判斷，只能對(duì)樁身質(zhì)量作定性描述，不能做定量分析，不能識(shí)別縱向裂縫，只能反映水平裂縫和接縫，不能對(duì)樁身混凝土的強(qiáng)度做出判斷。

超聲波檢測(cè)法：非金屬超聲檢測(cè)儀，是采用超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度、混凝土內(nèi)部缺陷的檢測(cè)和定位、混凝土裂縫深度檢測(cè)（采用優(yōu)化跨縫檢測(cè)方式）、混凝土裂縫寬度檢測(cè)、自動(dòng)讀數(shù)帶拍照超聲透射法自動(dòng)檢測(cè)、判定樁基完整性（具有一發(fā)雙收功能）。

5.2 單樁承載力檢測(cè)

單樁承載力是指單樁到達(dá)破壞狀態(tài)時(shí)所能承受的最大軸向靜荷載，它取決于土對(duì)樁的支承力和樁身材料強(qiáng)度，并取用兩者中的較小值。單樁承載力的估算是樁基工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，特別是在二級(jí)、三級(jí)建筑物單樁承載力的確定過(guò)程中，確定單樁極限力的方法很多。

鉆芯法是檢測(cè)樁身完整性最直接的方法，不僅可看出灌注樁的完整性，檢查樁底沉渣和持力層性狀，而且是檢測(cè)鉆孔灌注樁混凝土強(qiáng)度唯一可靠的方法。通過(guò)鉆芯確定大體積混凝土離析、孔隙度、泥洞更有效。同時(shí)也存在判斷缺陷和裂紋不準(zhǔn)確，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，成本高昂等缺點(diǎn)。

靜載試驗(yàn)法是目前公認(rèn)的檢測(cè)基樁豎向抗壓承載力最直接、最可靠的試驗(yàn)方法。但在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，基準(zhǔn)樁的問(wèn)題有時(shí)會(huì)被檢測(cè)人員所忽視，容易出現(xiàn)基準(zhǔn)樁打入深度不足，試驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生位移的問(wèn)題。另外，在檢測(cè)過(guò)程中，理論或主觀的局限性、樁的選擇上往往缺乏表征，這些因素大大影響了檢測(cè)的正確性和客觀性。

6 結(jié) 論

巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁的施工機(jī)械為：沖擊鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)和回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，對(duì)巖溶地質(zhì)條件下的樁穿越溶洞的施工工藝進(jìn)行改進(jìn)；解釋巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工從鉆孔開(kāi)始到成樁完成常見(jiàn)事故的原因、預(yù)防和現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)救措施。為類似工程提供參考。