1肇庆新区投资发展有限公司 广东省 肇庆市 530022；
2中国建筑第八工程局有限公司 广东省 肇庆市 530022
摘要：通过总结肇庆市某酒店工程冲孔灌注桩施工的经验及教训，详细介绍岩溶强烈发育地区冲孔灌注桩施工的常见问题，分析问题产生的原因，并阐明相应的控制措施，为其他同类工程提供参考价值。
关键词：岩溶；冲孔灌注桩；常见问题；控制措施
一、引言
广东省地处我国南方，地下水系发达，岩溶分布较广，其中以肇庆地区岩溶较为发育[1]，溶洞率高，溶洞分布十分复杂。在此不良地质条件下进行冲孔灌注桩施工，极可能出现漏浆、塌孔、串孔、卡锤、掉锤、地面塌陷等问题，给施工带来相当大的困难。本文结合肇庆某酒店工程实例，对岩溶高发育地区冲孔灌注桩施工中常见的问题进行分析，并总结一些经过实践检验且行之有效的控制措施，希望能给其他岩溶发育地区工程建设提供有益参考。
二、工程概述
肇庆市某酒店工程占地面积约49600m2，建筑面积约76800m2，建筑高度63m，结构形式为框架剪力墙结构，基础采用冲孔灌注桩+PHC管桩。冲孔灌注桩共107根，有φ1200mm、φ1600mm、φ2000mm三种桩径，桩端全截面入岩深度不小于1m，桩下完整岩层厚度不小于5m且不小于3倍桩径。
经超前锤探揭示，本工程施工区域内岩溶强烈发育，溶洞见洞率59.1%，线岩溶率20.2%。溶洞层顶埋深17.9～44.4m，洞高0.10～15.1m，平均洞高为2.01m，部分为串珠状溶洞。溶洞以半填充为主，部分为全填充及无填充，充填物主要为软塑状的粘性土、砂土、卵石。
三、施工常见问题及分析
由于本工程施工场区内岩溶强烈发育，冲孔灌注桩桩长普遍较深，最大桩长达48m。在桩基施工过程中，时常发生漏浆、塌孔、卡锤、掉锤、串孔、地面塌陷等问题。
3.1漏浆
漏浆是灌注桩冲孔过程中，护壁的泥浆发生渗漏且速度超过泥浆补充的速度，导致孔内泥浆面下降的现象。有的桩位漏浆表现为泥浆面徐徐下降、逐渐消耗，有的桩位漏浆为突发性的，孔内泥浆瞬间漏至孔底。
在本工程中，由于岩层节理裂隙发育，溶洞分布较广，部分溶洞顶板较薄，冲击成孔时，泥浆沿着岩层裂隙不断流失，或在溶洞顶板破碎时突然大量流失，泥浆对孔壁的侧压力急剧减小，孔壁受力失去平衡而坍塌，有的桩在冲孔过程中发生漏浆多达17次，采取很多措施仍收效不大，影响桩基施工质量及进度。
3.2塌孔
塌孔是冲击成孔过程中，孔壁土石塌陷，填堵锤孔的现象。引起塌孔的原因较多，如锤头冲击过快、泥浆比重不足外、桩孔周围地面承受较大压力，或者漏浆速度过快。
本工程场地内地面以下存在较厚的淤泥层，最厚达12m，其余多为粉质粘土层、细沙层，然后是微风化岩层。一旦塌孔要重新回填、补浆，然后复冲。严重时锤头被埋，很难直接拉起，需要将锤头上方的土层想办法清理掉，才能确保锤头拉起，继续冲孔，整个过程非常耗时，延误工期。
3.3卡锤
卡锤是指冲击成孔过程中，锤头落下后在锤孔内无法提起的情况。导致卡锤的原因有多种，在本工程中，最常见的是由于基层岩面起伏倾斜，锤头在冲击斜岩面时倾斜顶住孔壁而发生卡锤，或者是溶洞顶板破碎时，岩石碎块落入下部溶洞中挤压锤头而发生卡锤。
卡锤是冲孔灌注桩施工时遇到的比较棘手的问题之一，若处理不好，将会严重影响桩基施工进度。但在岩溶发育地区，尤其是串珠状溶洞分布较广的地质条件下，卡锤问题时有发生[2]，应予以重视。
3.4掉锤
掉锤是指冲击成孔过程中，因钢丝绳断裂或者卡环松脱导致锤头落入锤孔内的情况。除因操作人员未进行经常性检查之外[3]，锤头脱落多是由于锤头冲穿溶洞顶板进入无填充或半填充的溶洞时，未采取有效预防措施，在制动刹把的瞬间，锤头仍惯性下行，引起钢丝绳受力过大而被拉断从而导致锤头脱落，或是在提锤困难时，强行用力将钢丝绳拉断，造成锤头脱落。
在本工程中，由于部分溶洞顶板较薄，锤头冲穿溶洞时冲程较大，导致卡环松脱或者钢丝绳断裂，进而发生掉锤的问题偶有出现。
3.5埋锤
埋锤即冲孔时锤头埋入锤孔中。引发埋锤的原因有两个：一是塌孔时提锤不及时导致锤头被埋，二是锤头冲穿溶洞顶板时，溶洞坍塌，锤头被掩埋。无论哪种原因，埋锤基本都发生在塌孔之后。
3.6混凝土流失
混凝土流失是指在灌注桩浇筑混凝土时，孔内水头突然急剧下降，导管底口露出混凝土面的现象。混凝土流失一般在桩下有溶洞时才会发生，其产生的原因是由于混凝土的比重较大，当混凝土灌注至一定高度时，孔内压力增大，破坏了溶洞的泥浆护壁，混凝土发生泄漏。
混凝土流失会导致桩身混凝土严重离析。本工程中抽芯检查发现，成型的桩体基本仅剩粗骨料，混凝土浆料分布在溶洞部位。
3.7地面塌陷
地面塌陷是指冲击成孔过程中，锤孔内发生漏浆和塌孔，或者桩周地面承受较大荷载，进而导致桩位周围地面整体显著下沉的现象。结合本工程地质条件分析，引起地面塌陷的原因主要是：桩下有溶洞分布，且溶洞较大，桩周微风化基岩以上，淤泥和淤泥质土层较厚，无中、微风化岩层和砾石层等中强度土层过渡，当溶洞顶板被冲穿时，锤孔内发生漏浆，泥浆面急剧下降，孔壁受力失衡发生塌孔，且由于孔壁土质软弱，塌孔范围进一步扩大，从而导致地面整体下陷。
地面塌陷往往发生时间较短，可能引起桩机等施工机械失衡倾覆，进而引发安全事故，较于其他几种问题，其危害性更大。
四、控制措施
针对上述问题，结合其成因，本工程在桩基施工时采取了一系列措施。这些措施经过实践检验均行之有效。
4.1锤孔前的地质勘察
在锤孔之前，通过一定的技术手段，对桩位周边的地质条件进行详细勘察，尤其是探明溶洞的分布、大小及填充情况，对预防及处理上述问题极为重要。本工程中主要采用了超前锤和声波探测技术。
超前锤孔一般布置在桩位上，根据桩径大小调整锤孔数量，但须保证至少一桩一孔。当超前锤揭示地下有大型溶洞或串珠状溶洞时，还应在桩外偏向溶洞一侧增加锤孔。为保证桩下基岩有足够的承载力，超前锤需进入岩层内足够深度。本工程中，要求超前锤需入连续的微风化岩7m。
声波探测技术是通过分析声波在岩体中的传播情况，来研究岩体的物理性质和构造特征的技术[4]，可与超前锤相结合。一般在超前锤孔取样之后，利用声波探测仪，在超前锤孔内先后发出、接收声波，并根据声波传播特征，对锤孔周边地质情况作进一步分析。
本工程实践中，超前锤和声波探测技术有效结合，基本可完整地揭露地下溶洞的分布情况。
4.2填充材料准备
根据锤孔前勘察探明的溶洞大小、埋深及填充等情况，在孔口附近储备一定数量的填充材料，并保证施工机械随时待命。本工程中使用的填充材料包括片石、粘土、水泥。粘土含砂率要低，保证能形成优质的泥浆，片石粒径在20～30cm之间，便于填充。
当锤头冲穿溶洞顶板时，一旦出现漏浆，应迅速补水、补浆，并抛填片石和粘土，利用锤头冲击将片石和粘土挤入溶洞和岩溶裂隙中。若遇有大斜岩、半边岩或抛填片石和粘土效果不明显时，可增加水泥作掺和料。
遇见溶洞时，及时进行填充，可避免大量漏浆，减少塌孔，但此方法一般适用于高度小于3m的小型溶洞。
4.3控制泥浆比重
泥浆比重是护壁泥浆的一个重要技术参数，其取值大小直接影响着泥浆的作用效果。泥浆比重过大，失水量大，孔壁易剥落、崩解，且大大损耗锤头冲击能量；泥浆比重过小，孔内侧压力减小，易发生塌孔、混凝土流失。因此，施工过程中，应始终严格控制泥浆比重。
泥浆比重取值受地下水位、土质、施工工艺等多种因素影响。根据本工程的实践经验，结合相关规范的要求，在不同土层中选用的泥浆比重如表4.3-1所示。
4.4合理选择锤头冲程
锤头冲击能量的大小由冲程决定。成孔过程中，若冲程过大，易引发塌孔，或是冲穿溶洞顶板时惯性太大，导致卡锤、掉锤甚至是埋锤；若冲程过小，冲击能量不足，岩层破碎效果不佳，会导致进尺缓慢。因此，要根据桩位下地质情况，选择合理的锤头冲程。
在桩位岩溶发育的条件下，当锤头接近岩溶顶板时，改用小冲程慢速反复冲击。小冲程慢速冲击，既可消除“探头石”，避免卡锤，又可避免惯性太大导致的掉锤、埋锤，还能减小溶洞的瞬间破碎程度，给补浆、抛填片石粘土预留足够的时间，避免突发性大量漏浆和塌孔。
4.5全护筒跟进
当桩下溶洞面积较大或者出现串珠状溶洞时，采用上述几种措施也难以避免漏浆和塌孔，且反复的漏浆、塌孔、抛填、复冲，工程进度十分缓慢。而在本工程中，除岩溶之外，岩层以上软弱土层较厚，塌孔时还极可能发生地面塌陷。在此种情况下，一般采用全护筒跟进施工。
全护筒包括单护筒和多护筒，其中单层护筒适用于仅有一层且溶洞高度小于3m的情况，多护筒适用于有两个及以上高度不小于3m溶洞的情况。护筒长度L=（h+H）（h为超前锤确定的溶洞高度，H为溶洞顶到地面加30cm的高度）。单层护筒内径比设计桩径大20cm；多层护筒最内层护筒内径比设计桩径大20cm，其外层护筒内径比内层护筒外径大10cm，依次类推。
钢护筒采用振动锤振动下沉，边冲击锤进，边焊接加长下沉。为避免护筒受内外水头差挤压变形，底节钢护筒一般作加强处理。本工程中，采用全护筒跟进施工后，减少了抛填复冲的次数，减少了混凝土超灌量，同时有效地避免了严重塌孔和地面塌陷。
五、结语
冲孔灌注桩因其工艺成熟、经济效果良好、适用于各种复杂地质条件而应用广泛。在岩溶强烈发育地区，冲孔灌注桩施工不可避免发生漏浆、塌孔、卡锤、掉锤、埋锤、地面塌陷等问题，且这些问题一般不是孤立发生的，往往是先发生一种，由于处理不及时，又引发其他问题。因此，在实践中要克服侥幸心理，坚持“预防为主，防治结合”的方针，因地制宜，针对出现的各种突发情况，积极采取具有针对性的控制措施，保证成桩质量，确保施工工期，提高经济效益。
参考文献
[1]余素萍.广东省岩溶地区冲孔桩常见问题及处理措施[J].华东公路，2004（3）：50-52.
[2]李世清，王江.溶洞地区锤孔灌注桩施工措施[J].现代隧道技术，2004：584-589.
[3]余子桃.某强岩溶发育地区冲孔灌注桩施工事故分析及处理[J].西部探矿工程，2005（6）：57-59.
[4]何发亮，李苍松，粟健，刘建军.声波探测技术的新发展及其应用[J].中国铁道科学，1999，20（4）：83-87.
论文作者:林旭强1,胡志源2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/10
标签：溶洞论文; 锤头论文; 冲孔论文; 岩溶论文; 泥浆论文; 顶板论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2017年第23期论文;