关键词：喀斯特地貌；大体积溶洞；旋挖桩
1引言
旋挖桩工艺在我国是近几年才推广使用的一种先进的桩基施工工艺，广泛应用于公路、铁路、桥梁和大型建筑的桩基施工。重庆地区建筑工程应用旋挖桩工艺较迟，实例不是很多，下面以重庆市南川明润时代广场工程喀斯特地貌下灌注桩采用旋挖桩施工的成功例子分析该施工工艺在重庆地区的应用和发展前景。
2、工程慨况
重庆市南川明润时代广场工程，设计桩基为直径800mm~2000mm的圆形灌注桩，共计470根，其中一期为302根。该项目位于西南地区喀斯特地貌特征明显的重庆市南川地区，项目部成功地运用SR280R旋挖钻机在重庆地区不良地质条件下进行施工，促进了旋挖钻机在喀斯特地貌条件下针对大体积溶洞的施工技术措施探索与运用。
3、工程地质特征
本工程场主要岩土层为全新统的杂填土、素填土、红粘土和三叠系下统嘉陵江组灰岩，场区属岩溶地区，溶蚀较发育。
场区地下水埋藏分布特点：场地分布有潜水和微承压水承在，覆盖层内不含地下水。
4、旋挖桩的实施情况
本工程基础设计为机械钻孔灌注桩，场区地层主要以灰岩为主，处于岩溶发育地区，一期施工区域溶洞最大深度达6.4米，多为填充性溶洞，於泥较丰富。地基岩层取芯试压结果，岩层天然抗压强度值大于41MPa。
（1）桩基设计概况及施工要求
1）桩基设计概况（一期施工部分）：
桩径800，共7根；桩径1000，共58根；桩径1200，共143根；桩径1500，共36根；桩径1800；共53根；桩径2000，共16根。
2）桩基施工要求：
基础持力层为中风化泥灰岩，天然单轴抗压强度：fuk=30.9MPa，地基承载力特征值：fak＝10.20MPa。
基础施工区域溶洞发育丰富，桩基要求穿过浅层溶洞嵌入持力层岩锚固，桩身长度不应小于3m。
桩基终孔时，应确保桩底下3d或7m（裙房桩为5m）深度范围内无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件。
桩深结合地勘报告及现场详勘资料确定。
基础刚性角要求：裙房桩基础无刚性角要求，主楼桩基础刚性角为600。
（2）钻孔灌注桩基础施工方法及工艺流程
1）钻孔灌注桩基础施工方法：
采用旋挖钻机机械成孔，利用桩机上的卷扬机或塔吊吊装钢筋笼，桩芯混凝土采用商品混凝土，采用导管法水下浇注灌注。
2）钻孔灌注桩基础施工工艺流程：
（3）基础施工顺序及流向确定
1）桩基施工顺序和旋挖钻机行驶路线：
①桩基施工顺序：根据现场勘察和施工组织设计的要求，结合业主进度的安排，确定钻孔灌注桩施工顺序为5#楼→6#楼→7#楼→8#楼→4#楼→3#楼→2#楼→1#楼。如图：
桩基施工顺序图
5、旋挖钻机成孔施工工艺：
工艺流程：平整处理施工场地→测量放线、定桩位→二次详勘、确定桩深及底标高→钻机安装就位→埋设井口护筒→旋挖钻机成孔→清孔及成孔验收→钢筋笼制作与安装→二次清孔→桩芯混凝土浇注?→清截桩头→桩基验收。
（1）平整处理钻机作业场地：
旋挖钻机整机质量大、高度大，对场地平整度和承载力均有较高的要求。为保证旋挖钻机正常工作和机械设备施工安全，对钻机开行路线应进行平整，平场标高按基础梁1/2高控制.对现场软弱土层应进行加固处理，以确保钻机在行走和钻进过程中不发生倾斜和突发沉陷。
（2）测量放线、定桩位
根据桩位平面图放出桩位中心位置并插标桩，用φ16～25的钢筋制作成定位环，直径比护筒直径大200mm，以桩位标桩为圆心，将定位环放在地面上，沿定位环撒白灰线，作为孔桩开孔定位依据。
钻孔桩中心测量定位采用全站仪，轴线偏差不得大于10mm，施工中采用两个以上的控制点进行校核。
（3）钻机安装就位
钻机平台座底必须座落在坚实的基底上，确保施工中不发生偏斜、移动。旋挖钻机履带开至桩位附近位置时，应尽量使车体保持水平，如斜坡过大，可用垫砂石调整。
钻机安装必须周正平稳，并使天车前轮外缘，钻头中心和桩孔中心三点一线，其对位偏差不得大于10mm。
回转主机和变辐油缸精确对位；打开桅杆垂直状态进行自动调节或手动调节，如钻头离孔中心点过高，可浮动下降钻杆，使施工人员更容易对位。让钻头尖下落至测定的标高标识同一水平面，把深度仪设零。
检查钻机各连接部位和安全保护设施齐全后才能下达开孔通知书。
（4）埋设井口护筒
井口护筒的作用是固定桩位、导向、隔离地面水、保护孔口及提高孔内水位增加对孔壁的静压力以防坍塌。
护筒直径大于桩径200mm，采用6mm厚钢板卷制焊接而成，护筒长3～5m（根据桩基孔径及孔桩土层土质确定），护筒上部设有与钻机护筒驱动器连接的螺栓孔和销键。
护筒埋设：先用旋挖钻机按护筒直径钻至预定的埋设深度，卸去钻头，将护筒上端与护筒驱动器连接，提升护筒驱动器，转动臂杆，将护筒下端对准孔位，借助钻机加压和旋转下护筒。护筒就位时先用经纬仪从两个互相垂直的方向复测桩位和垂直度，然后开始加压下护筒。
下护筒过程中，为克服护筒与孔壁间的摩阻力，可采用边旋转加压边在护筒周围浇水的方法。护筒上端应至少高出地面300mm；在水面施工时应高出水面1～2m；如孔内有承压水时，护筒的埋设深度应超过稳定后的承压水位2.0m以上。护筒埋设后应再次检查其平面位置和垂直度，经检查符合设计要求后，周围填入粘土0.5m以上并夯实，防止井口漏水坍塌。
（5）旋挖钻机成孔
成孔过程如下：
螺旋钻开孔截齿除渣安装护筒螺旋钻成孔截齿除渣筒钻勘岩螺旋钻破碎截齿除渣。
护筒埋设完毕后，在护筒内灌入清水，然后下钻开始钻进。钻进过程中应始终保持孔内水面高出地下水位以上不少于2m，以防止塌孔。
根据现场土层情况，分别选用筒钻、螺旋钻、截齿钻三种钻头相互配合开挖出土。
岩石开孔钻头选用螺旋钻头。
每次螺旋钻钻到2米后需改换截齿钻头进行除渣处理。
孔深离设计深度还有一米时改用筒钻进行勘岩成孔，然后采用螺旋钻破碎中间的石柱，最后换截齿除渣。
当桩孔钻到设计的深度后（钻机自动显示），用挖砂钻（又称捞渣钻）进行第一次掏渣清孔，确保孔底沉渣小于10cm。随后报请监理丈量孔深及验收，验收合格，方可进入第二次清孔、下钢筋笼、灌注混凝土等工序。
当混凝土灌注至护筒桩底标高时拔除护筒。
拔除护筒的方法是用钻机护筒驱动器与护筒上端连接（通过螺栓销孔），然后先缓慢（反正）旋转，护筒松动后，边旋转边缓慢提升，直至把护筒拔出地面，然后旋转臂杆，吊离孔位，行车至下一孔位下护筒、并尽量采用间隔法施工桩基。
6、旋挖钻机成孔操作要点
（1）旋挖钻机成孔操作要点：
1）钻进和提升钻斗的过程中，应始终使钻斗的底层铁门保持关闭状态，以防止钻斗内的土渣落到孔内而使护壁泥浆性质变坏或沉淀到孔底。
2）钻斗在孔内的升降速度，应按孔径及土质情况控制，随深度的增加钻斗的升降速度应适当放慢。
3）施工中动力头旋转速度应控制在5～15r/s，速度过高会对钻杆产生较大的冲击，速度过低则工作效率低。
4）一般情况下，采取低速旋转慢钻进方式进行施工。在遇到溶洞於沙、易坍塌地层，应采用高速旋转慢钻进方式，不易坍塌。
5）动力头内键与钻杆第一节键配合间隙应在1.5～2.5mm之间，如间隙过大，应及时修复或更换动力头内键。
6）加压油缸加压大小应根据施工地质情况和钻头种类不同而调整，加压压力控制在200kN以内。
7）在钻进过程中，应根据土层地质情况及时调换钻头。
8）在钻进5m或地层发生变化时捞取渣样，判明和记录地层情况，以便与地质剖面图核对。遇到与地质资料严重不符时，应留取样渣并拍照，同时通知监理工程师到现场核实确认。
7、旋挖钻机成孔的优点
（1）广泛的适应性
在硬土地层，由于传统钻机的自重有限，不可能给钻头施加更大的进给压力。而旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，钻进能力强。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是转盘钻机的5～10倍。
在软土层，由于旋挖钻成孔速度较快，可以有效地控制塌孔缩颈等现象。
（2）成孔速度快
旋挖钻机的成孔速度最快能达到1m/min，与传统的循环钻机相比优势明显，这样就有效地保证了工程的进度，节省了工期，减少了施工投入。
（3）环保特点突出
目前国内传统钻机多采用连接钻杆形式和掏渣桶掏渣，在钻进过程中多采用泥浆循环方式，在施工中需在场内设置泥浆池，文明施工难以控制。而旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下就可以实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，改善了施工环境，成孔效率大大提高。
（4）提高桩的承载力
由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，其钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径。与传统的钻孔桩相比，旋挖桩的承载力显著提高。
（5）行走移位方便
旋挖钻机的履带机构可将钻机方便地移动到所要到达的位置，而不像传统循环钻机移位那么繁琐，从而加快了施工速度，对场地的适应能力极强。
（6）桩孔对位方便准确
这是传统循环钻机根本达不到的，在对位过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确地实现对位，使钻机达到最佳钻进状态。
8、旋挖桩在重庆地区喀斯特地貌下的应用
（1）旋挖桩适用地层
旋挖桩适用地层范围较广，有较强的适应性，其适用地质条件如下。
1）适用于砂岩、灰岩、花岗岩及黏土层、砂层、淤泥质等地层中；
2）适用于进入硬岩施工，一般在单轴抗压强度30MPa以下硬岩中成孔速度较理想；
3）软弱地层成孔速度较快，如有塌孔情况可采用套管跟管钻进或钢护筒护壁的方法处理。
（2）重庆地区地质情况
重庆市位于中国内陆西南部、长江上游，四川盆地东部边缘，局部地区具有溶蚀度较高的典型的喀斯特地貌（可溶岩，主要是分布最广的碳酸盐岩，经以溶蚀为先导的喀斯特作用，形成地面坎坷嶙峋，地下洞穴发育的特殊地貌）。本工程土质主要为杂填土、素填土、红粘土和三叠系下统嘉陵江组灰岩。
（3）喀斯特地貌下技术处理措施
1）场地表层於泥坑及浅层溶洞的处理：
小于5m2的於泥坑及浅层溶洞（一般深度为1m左右），先清除坑内於泥，直到硬底为止，将於泥及时清运到场地外指定地点；然后采用直径在600内的块石或级配较好的建筑弃渣换填密实，并安排专人做好排水工作。大于5m2的於泥及溶洞坑，视现场情况，换填深度控制在1.5至2m左右，方法同前。
2）机械行走路线要尽量避开溶洞区，局部地段可铺设15mm厚压纹钢板（单块钢板尺寸1500×3500，重约600公斤），加大场地的受力面积，减轻地表土层承受的机械设备荷载，还可先用挖机试行，确保安全后，再行走钻孔机械。
3）孔桩基础穿过溶洞层的处理方法
根据地勘报告和对临近工程桩基础施工的了解，本工程桩基范围内有大量的填充溶洞，现对穿过溶洞成孔施工方法措施进行拟定，已保证成孔质量和机械人员的安全。
①溶洞分布在平场高程3M以内采取压力灌浆（水泥浆或C20细石砼）的方法使涌泥及流砂硬化，填充物达到一定强度后在进行钻进，当溶洞较深时，一次硬化不到位，可以分层硬化，分层挖进的方法，直到穿过该层。溶洞分布在平场高程3M以下，可以不作处理。
②对布有溶洞的桩拟采用全桩长钢套筒浇筑成桩的方法进行砼浇筑，防止侧壁漏浆。具体方式是，根据桩径和有关要求，采用4mm厚的钢板加工成护筒，用定位加劲箍筋的形式与钢筋笼焊成整体吊装入孔内效正后浇筑砼；或先安装钢护筒，再安装钢筋笼后浇筑砼。
9、结束语
南川明润时代广场基础工程经半年来的精心施工，严格按照施工组织设计进行，钻孔的质量、灌注桩的工艺参数和各项技术指标均达到或超过设计要求，合理的施工、优质的材料、完善的措施、桩基础质量是可靠的，效果明显，为顺利进行主体施工创造了有利条件，由此证明在重庆地区喀斯特地质条件下，是可以通过采取相应的技术措施来保证旋挖桩的施工质量，加快施工进度的。
夏 涛
2011年6月6日
论文作者:夏涛
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/30
标签：钻机论文; 溶洞论文; 喀斯特地貌论文; 桩基论文; 钻头论文; 钻孔论文; 南川论文; 《防护工程》2019年8期论文;