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摘要：结合广东省佛山市中盈国贸中心项目的岩溶地质情况，阐述了岩溶地质对大直径冲孔桩的重大危害，介绍了几种常见的岩溶处理方法，通过比较选择了其中经济性和施工便捷性较好的方法，并在施工过程中进行了严格的交底和管控。通过该项目的施工，为以后类似工程的施工积累了丰富的经验。
关键词：岩溶地质；大直径冲孔桩；经济性和便捷性；施工技术和管控
岩溶指的是主要成分为石灰岩的可溶性岩石，在地下水的溶蚀之下，发生了岩层、物质流失沉积，慢慢形成了溶洞或溶隙等地质地貌。溶洞或溶隙对工程桩基施工和成桩质量有重大影响，因此，在岩溶区域工程施工过程中，需要对溶洞或溶隙进行重点处理。
1、工程概况：
中盈国贸中心项目位于广东省佛山市大沥镇，项目规划用地面积为37575m2，总建筑面积325465m2，拟建建筑包括一期3栋27层商务用房（高度152.6m）和二期1栋39层酒店（高度160m）及商业裙房，其中地下室为三层结构，承台面标高为-10.95m。拟采用冲击成孔灌注桩，桩径为800、1200、1400、1600、2400、2600mm共6种规格，其中南一座核心筒共16根灌注桩均为2400mm和2600mm桩径。根据超前钻地勘报告显示，二期619个勘探孔中有235个钻孔揭露有溶洞，大部分溶洞以单个形式存在，局部以成片贯通形式存在，其中南一座核心筒及周边溶洞就以成片贯通形式存在。
南一座核心筒桩位平面图
2、场地地层：
与本项目地基稳定性关系比较密切的地层为大朗山组和桂洲组，本场区勘察深度范围内，依其结构、性质特征、成因、时代和风化程度，将场地内岩土层从上至下分为4个工程地质层，地基土主要有：填土层（Qml）、冲积层（Qal）、残积层（Qel）、第三纪基岩（E）。其中第三纪基岩（E）从上至下又分为溶洞层、强风化层、中风化层、微风化层，根据场地工程地质条件及拟建建筑物的规模和性质，设计选择以连续完整微风化层基岩作为桩端持力层。
根据地勘报告显示，场地内溶洞局部存在漏水现象，部分溶洞砂石充填，其中有18个钻探孔揭露为双层发育，层厚度0.20～12.20m，层顶埋深10.10～31.70m，平均5.17m，属于大型溶洞。根据钻孔柱状图，施工区域的溶洞有无充填、半充填、全充填等不同状态，填充物多为软塑流塑状粘性土夹泥沙、砂石。其中钻探孔SK168 因溶洞坍塌引发地面塌陷，导致无法继续钻进勘探。
3、溶洞对桩基施工的影响：
本项目溶洞分布表现为单孔体积大、分布范围广、局部集中等特点，对溶洞发育情况的模拟结果计算出溶洞体积达到26000m3，南一座核心筒区域及周边成片溶洞占地面积更是达到约3200m2，对桩基施工造成重大不利影响：
3.1桩基冲孔过程中，如遇到溶洞严重漏水，会导致泥浆液面迅速下降，低于钢护筒底标高，从而造成严重塌孔、地面塌陷甚至埋钻的事故发生。
3.2 2400mm和2600mm的大直径桩锤重量超过8t，如遇到无填充或半填充溶洞，在击穿溶洞顶岩层时，因为惯性导致重锤自由下落，会造成卡钻甚至桩机失稳，对施工人员的生命安全造成伤害。
3.3成片贯通的溶洞区域内，不同桩机施工时会出现严重的塌孔和串孔现象，造成桩基施工安全和成桩质量的问题。
3.4溶洞区域采用回填处理后桩身夹渣量会显著增加，水下混凝土浇筑时也会出现漏浆的情况，对成桩质量造成影响。
3.5水下混凝土浇筑时，如果因为溶洞回填后侧壁强度不够，而混凝土产生的侧压力和冲击力比泥浆产生的侧压力大，会导致溶洞护壁坍塌，混凝土流失而造成断桩等质量问题。
4、溶洞处理方案比选：
经过查阅大量文献，并且咨询很多有经验的专家后，归纳对溶洞的处理主要有以下几种方法：
4.1压力注浆预固结处理
压力注浆预固结处理方法一般适用于全填充的溶洞及高度不大于1.5m的无填充或半填充溶洞。压力注浆的目的主要是为了加固工程桩周边溶洞范围内的填充物，形成承载力较大的垂直帷幕，防止冲孔桩在施工过程中发生泥浆流失及塌孔的情况，保证了施工过程的安全性，也能保证水下混凝土的施工质量。一般情况下水泥浆配合比为1：1，其中水泥可采用42.5R的普通硅酸盐水泥，注浆压力随注浆深度调整，一般控制在0.5~1MPa。如水泥浆注入率持续较大时，可适当加入水玻璃加速凝固。压力注浆相当于在桩基施工前增加了一道工序，且水泥浆达到强度需要一定的时间，工期会适当延长。对于成片溶洞区域，水泥浆用量会明显增加，且注浆方量无法预估，成本并不可控。
4.2全程钢护筒跟进处理
全程钢护筒跟进处理方法一般适用于溶洞高度大于5m的大溶洞及高度大于1.5m的无填充或半填充溶洞。全程钢护筒的目的主要是为了防止桩孔在冲孔及混凝土浇筑过程中漏浆或坍塌，保证成桩质量。常规采用双护筒，外护筒内径比桩径大20cm，全程内护筒内径为设计桩径，壁厚根据直径及长度不同一般为8~18mm，每4m一节进行焊接接长，并控制好护筒垂直度。施工时先将外护筒振动下沉至岩面，再开始冲孔。在穿过溶洞顶板时要反复提升冲锤，使孔洞圆滑垂直，以便内护筒顺利通过顶板，直至穿过溶洞范围至基岩。因为全程内护筒在混凝土浇筑完成后不能拔出，且对机械要求较高，故造价相对较高，一般桥梁、高速公路工程应用较多。
4.3片石加黄泥填充处理
片石加黄泥填充是较常规的溶洞处理方法，一般适用于单个及规模较小的溶洞，或作为其他溶洞处理方法的补充措施。片石加黄泥填充的目的主要是冲挤密实桩孔周边的溶洞区域，形成较强的坝体，为后续桩基施工创造条件。一般片石比例占70%，片石宜采用强度较大的花岗岩，粒径以20~60cm为宜，黄泥采用袋装，方便沉入孔底，与片石充分溶合，减小材料损耗。采用正常成孔方法施工，当桩锤击穿溶洞时，反复投入片石和黄泥，填充高度为溶洞顶板以上约5米，利用重锤冲击将片石和黄泥挤入溶洞区域，达到增强护壁的效果。如片石和黄泥反复填充后泥浆液面仍有下降，可掺入适量水泥和方木，增加混合料的粘聚力和强度。
考虑到本项目场地内设备及工期的情况，从经济性和便捷性的角度出发，选择片石加黄泥填充的方法对溶洞进行处理。
5、溶洞处理的施工技术和管控措施：
对于单个及规模较小的溶洞，可按常规成孔后填充片石和黄泥，针对南一座核心筒及周边成片溶洞，为了保证核心筒的大直径灌注桩的成桩质量，需采取以下措施：
5.1做好充分的施工前准备
对每根桩基位置的溶洞情况进行标记，对施工班组及操作手进行技术和安全交底，现场准备足够的片石和黄泥材料，设置好泥浆池并配好泥浆，控制泥浆比重在1.1~1.15之间，泥浆粘稠度在20s左右，检查钢护筒长度及壁厚，确保没有变形，对所有施工机械进行检查和保养。
5.2合理布置施工顺序
从核心筒外围往中心跳仓施工，这样可以降低外围桩基施工的风险，有效减小溶洞区的空腔体积，并且已完成的工程桩可以形成较强的坝体，避免冲孔过程中串孔和塌孔的问题。
5.3加强施工技术和管控
桩机就位后，安排专人指挥对机底枕木填实，保证冲孔桩机的稳定性，避免偏钻。常规钢护筒就位，确保护筒中心与灌注桩中心一致。冲孔至溶洞顶50cm时，采用小冲程冲孔，每次重锤提起高度控制在1m左右，在击穿溶洞顶时能及时拉住铁链，避免重锤自由下落造成事故发生。如遇护筒内泥浆液面下降，迅速用大功率泥浆泵补浆补水，并提起重锤，反复按比例投入片石黄泥进行大冲程冲击，直至桩基周边溶洞填实。冲孔完成后进行二次清孔，检查沉渣厚度满足规范要求后方可进行混凝土浇筑。溶洞区只要有一根桩开始清孔浇筑混凝土，其他桩机须停止冲孔，避免因为串孔扰动造成正在浇筑的桩出现缩径或断桩的问题。
5.4安全及应急措施
溶洞区桩基施工过程中，周边5m范围需用警戒线分隔，并安排安全员负责此范围内的安全监视，禁止非施工人员进入。在桩机冲孔过程中，需密切监视孔内情况以及桩机的位置及倾斜情况，一旦发现严重塌孔或者桩机位置变化较大甚至桩机出现明显倾斜，马上停止冲孔，同时疏散施工人员。待项目部联合业主、监理、设计及勘察等五方单位召开专项会议讨论解决措施后，方可继续进行桩基施工。
6、实际施工效果
本项目对南一座核心筒的灌注桩按上述方法及措施进行溶洞处理施工，未发生泥浆液面迅速下降导致塌孔卡钻的情况，也未出现地面明显塌陷的情况，打桩过程中，桩基也未出现较大晃动或失稳的情况。大直径桩的充盈系数均在1.17~1.31之间，未发生混凝土明显流失的情况，二次情况的泥浆比重在1.10~1.12之间，说明沉渣量控制在合理范围。溶洞处理的时间相对较短，整体工期较快。片石和黄泥的回填量经过监理和业主的现场确认，成本可控且无分歧。
7、结论
本工程的溶洞采用片石加黄泥的处理方式，经济性和便捷性较高，施工工期较快，大直径的冲孔桩通过加强施工技术和管控措施，可以有效降低施工风险，提高工程桩基施工质量，取得比较好的施工效果。
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论文作者:郭杰锋
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第21期
论文发表时间:2019/5/10
标签：溶洞论文; 冲孔论文; 桩基论文; 黄泥论文; 泥浆论文; 岩溶论文; 情况论文; 《建筑细部》2018年第21期论文;