广州市花都区推广建筑工程公司 广东广州 510800
1 前言
花都中轴线安置区石岗一期工程地位于花都区天贵北路以东地块，平步大道以南，石岗小学东南区域.占地面积约7.5万m2，新建11栋住宅楼，总建筑面积约25.24万m2；本工程主体结构为钢筋混凝土框剪结构，桩基础子分部采用冲孔灌注桩。根据勘测报告显示，在场区241个钻孔中，87个孔揭露102个溶洞，溶洞约占总孔数的36%，故场地岩溶较发育，洞身高度0.30～12.10m，平均高度1.92m；洞顶埋深10.90～26.10m，平均埋深17.70m；洞顶高程-11.17～3.58m，平均高程-3.23m。大部分溶洞呈串珠状发育，洞内半充填流塑状粉质粘土至全充填软塑状粉质粘土，少量为空洞，个别溶洞洞径较大，且部分溶洞洞顶厚度太薄，为不稳定的岩溶洞隙。场地区域内溶洞广泛分布，分布于整个场地，尤其是在场西面，岩溶剧烈发育，无填充，半填充或全填充状态，串珠状溶洞发育。最大洞高达24.8m，夹少量中风化岩块。除此之外场地区域内零星土洞分布，主要分布于场地西北，个别钻孔发育土洞，无填充，半填充或全填充状态，其填充物主要为流塑、软塑黏性土。
2 溶洞处理施工工艺
2.1 溶洞处理方案
根据地质勘察资料，本工程冲孔桩施工中存在的溶洞有全填充式、半填充式和无填充式三种形式。根据溶洞情况，冲孔施工过程溶洞处理方法有：抛填片石黄泥处理溶洞桩基；采用预处理压浆、灌注混凝土填充方法以达到安全、质量可控、实际操作可行和成本最佳的预期目的。对于大型溶洞，在桩基施工中必须进行抛填片石黄泥、水泥加片石、钢护筒法等过程处理是对预处理的一个应急处理方法。
2.2 溶洞处理前的准备
2.2.1 人员组织
开工前专门组织技术人员制定有关溶洞处理的措施，成立溶洞处理应急小组。施工现场必须派2名技术人员分两班在工地24小时轮流值班，发现问题及时上报处理。同时组织桩基施工的钻机机长了解溶洞处理的知识，以便对溶洞处理心中有数。
2.2.2 材料准备
根据冲孔桩施工过程中遇到溶洞情况，通过分析掌握数据，现场需准备足够的粘土、回填的片石，以便能在出现溶洞时及时处理。溶洞处理主要材料进场如下表。
2.2.3 机械配备
根据现场施工情况要提前准备好充足设备，以免施工中因设备发生故障或损坏时无替换的设备而导致停工待机状态。机械设备如下表。
2.3 溶洞处理施工工艺
施工前根据超前钻勘察报告，查明溶洞分布情况并结合现场具体面岩及操作状况，根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，对溶洞采用不同的处理方法。有填充物、无填充物情况的溶洞，主要的处理方法用：片石加黄泥、片石加低标号灌注混凝土填充法、钢护筒法等。
根据工程实际情况，冲孔桩溶洞冲孔施工中处理。处理方法有：抛填法、灌注混凝土填充法。溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度，防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。
2.3.1 抛填法施工工艺
采用片石加黄泥（比例按照1:1）抛填方法进行溶洞填充。抛填法施工工艺主要用于以下的冲孔遇到溶洞的情况：
1） 当工程桩成孔施工遇到斜岩面时，冲锤每次冲击都向一个方向倾倒且倾倒突然，结合超前钻相邻孔资料判定。当岩面斜坡比较大时，且影响正常成孔，采用抛片石填法进行处理。具体施工工艺：由护筒口抛入距岩面2米的片石后，锤击片石，慢慢平稳进入岩层，观察斜面岩是否填平，以冲锤是否还向同一个方向倾倒，可能反复几次，直到填平后方可正常成孔施工。
2）冲孔至溶洞范围时，孔内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔。孔内泥浆流失缓慢时，及时补浆无明显上升的。可采用片石加粘土（按1：1体积比）回填，回填一层片石一层黄泥、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部2m。孔内泥浆流失加速时，泥浆流失使孔壁坍塌的，用片石加粘土（按1：1体积比）回填，回填一层片石一层黄泥、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至坍塌顶部2m。溶洞回填完成后。再向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然渗透片石缝隙内，然后采用钻头冲击，使片石和粘土混合成为一体挤入溶洞内，形成泥石护壁。反复填充冲击成孔始终在一个标高漏浆的，可在最后填充冲孔离漏浆标高1米左右抛填黄泥片石加固护壁的方法，防止漏浆。
2.3.2 抛填片石、黄泥及水泥法施工工艺
经过二次填充黄泥片石的溶洞在复冲后还漏浆的，可在黄泥片石中加入水泥，比例为：水泥:片石:粘土，0.75t:1m³:3m³。加入水泥的作用让水泥与泥浆融合现成水泥浆，利用水泥浆流动性渗透到溶洞的填充物里，凝固片石使护壁的强度提高，避免桩孔二次成孔对护壁的破坏。填充水泥片石粘土的施工步骤：发现桩孔再次漏浆后马上抛入预计填充量的水泥，再抛入1立方的粘土，观察孔内泥浆面不再下降后，边补充泥浆边用冲锤冲击水泥，使水泥与泥浆混合成水泥浆液，再抛入比例的片石粘土。待水泥浆液终凝后（约8小时）再冲击成孔。如果加入水泥片石粘土处理后的孔经过5次也漏浆的，再选用混凝土填充法。
2.3.3 灌注混凝土填充法施工工艺
1成孔用混凝土加片石填充法
根据超前钻资料与现场成孔情况，洞高在2m以上，无填充或半填充且漏水的溶洞，成孔困难的；经过反复几次抛填水泥黄泥片石还漏浆无法形成护壁的溶洞。先按正常成孔进入溶洞，至到漏浆后才采用灌注C15混凝土填充法处理。直接从孔口灌注C15混凝土加片石。片石、低标号混凝土按1:4比例填充，现场实测混凝土面高度高于土洞溶洞顶1米左右，基本可判定土洞溶洞已填充满，12小时后，待混凝土终凝后，再继续冲击成孔。穿过溶洞，接触岩面时如果再漏浆的，可能是遇斜岩面或是岩面成沟壑状，混凝土无法充分填充，可填充2米高片石黄泥处理。填充到不漏浆，能顺利成孔。
根据桩孔溶洞情况，确定溶洞的位置及范围，大概计算出混凝土的用量，埋藏深度超过15米采用水下混凝土浇灌的方法，首先下放导管到溶洞的位置进行浇灌。埋藏深度在15米以内直接从孔口灌注C15混凝土，根据混凝土的停浆面确定是否填充完溶洞。24小时后，待水泥的强度达到2.5MPa后，再继续冲击成孔。
2）灌注工程桩混凝土填充法
根据超前钻资料与现场成孔情况，对工程桩入溶洞，不漏水能顺利成孔的，但是溶洞存在空腔的，在灌注工程桩混凝土时连同工程桩一起灌注填充法处理。随时测量灌注混凝土面标高，严禁混凝土导管拔空，每次拆混凝土导管必须保证埋管深度，至混凝土灌注到工程桩设计标高。
3 溶洞处理应急措施
3.1 施工中遇到溶洞应急措施
在施工中可能遇到未知的溶洞，当冲锤穿破溶洞顶板，孔内的泥浆速度流失，造成砂层段孔壁内外压力失稳而溜坍，严重时可引起地面塌陷。
1） 在现场应准备足够的小片石或狗头石（直径10-20cm）和粘土，粘土要做成泥球（φ15-20cm），同时组织足够的水源。在施工过程中配备一台ZL50C型装载机，司机随时候命。根据冲孔进尺和冲绳拌动的情况，结合孔桩所处的地质描述图、判断出孔底位置是否是进入灰岩，在1-1.5m范围内变换为小冲程，逐渐将以防止卡锤。
2）在入岩后要有专人观测护筒内泥浆面的变化，根据冲孔的进尺情况，如果进尺由慢突然变快，或泥浆面突然下降，这时说明击穿了未知溶洞，当遇到溶洞漏浆时，迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水。应迅速补水和改变冲程以防止斜孔和卡锤。如果此时出现斜孔，则采用片石对斜孔部位全部回填，重新冲击成孔。
3）在溶洞内钻进时，根据填充物的不同，要采取不同的钻进方法。当充填物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入粘土、片石混合物（比例1：1），冲砸固壁；当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使冲孔顺利穿过溶洞。
4）对于遇到特大型溶洞或半充填的溶洞，且溶洞上方有较厚的沙层时，先向孔内回灌浓泥浆，同时抛填块石和粘土，采用小冲程冲砸固壁，直至漏浆现象消失。
5）如果出现一下冲破溶土洞顶板，泥浆突然间流失，引起整个孔坍塌严重，则迅速提起冲锤，要求人员马上离开钻机，待不再坍塌后，对整个孔进行回填处理，先进行预处理后，重新成孔。
3.2 过串珠状溶洞应急处理措施
1）根据现场成孔深度和超前地质冲孔的资料相对比，以及结合钻杆钻进速度判断出孔桩接近溶洞顶部岩层时，提起冲锤、钻杆，移开回转钻机，采用冲击钻机冲孔。用冲击钻冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意事项与常规相同。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的。
2）在施工现场准备足够的粘土和块石，同时制备大量的泥浆。根据超前钻探得的串珠状溶洞顶标高反算出地面至第一个溶洞顶的深度，根据此溶洞与钻进深度相比较可知是否到达溶洞顶部，装载机和小推车就位，密切注意泥浆面变化，一旦穿通溶洞后，提起冲锤，向孔内回灌泥浆，向孔内回填片石和粘土，如果不发生塌陷，则用冲锤冲击孔洞内孤石和突石，对洞底部斜岩面进行冲平，以保证钢护筒顺利下放。
3）过第二个溶洞按过第一个溶洞的方法过进行。
4 质量及安全保证措施
4.1 质量保证措施
1）施工组织管理措施
（1）邀请设计、监理、勘测、质监站等单位参加技术攻关研讨会，制订切实可行的施工方案。
（2）对施工人员进行技术培训，制定相应的规章制度，使施工人员有章可循，强化组织指挥，建立必要的奖惩制度。
（3）组织技术革新、质量管理和科技攻关组。
2）施工技术措施
溶洞地质同一般地质相比较，其特点表现在它的非均质性和非密实性，反映在钻孔施工中的形式为：A．空隙漏浆造成塌孔；B．难以形成符合设计桩径的标准圆孔；C．水下砼灌注流失无法估量，容易造成断桩。
（1）漏浆、坍孔的技术对策
① 要求司钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度和钻头负荷是否正常。
② 长护筒跟进。
③ 进行散抛填。将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物，视漏浆程度反复抛填冲击。
（2）偏孔的技术对策
① 溶沟、溶槽、岩面起伏不平。在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时，钻孔速度会明显降低，主绳摆动大，遇此情况应马上提出钻头，抛入坚硬片石、碎石和块状黄土，以小冲程冲击，待冲到原位后第二次抛入相同配备的混合物以大冲程冲击，反复进行，直到不偏孔为止。
② 溶洞侧壁侵入孔径。以加入大块片石为主，并适当降低泥浆比重，回填后以小冲程钻进，钻头平稳后再加大冲程造孔。
（3）卡钻的技术对策
① 司钻人员随时观察钻机负荷和主绳摆动情况，发现卡钻征兆及时提起钻头进行抛填处理。
②在距溶洞顶板以上30-50cm处改变钻孔冲程和冲击次数，采用慢打轻击，进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥。
③改变钻头形式。在原十字形钻头上焊圈，把十字形连接起来，使之减慢钻进速度，一次成孔并圆顺。
（4）掉钻的技术对策
① 钻头龙门与钻体区段间加工成圆弧过渡，防止断面尺寸突变，形成薄弱部位引起应力集中而断裂。
② 在钻孔过程中要经常检查钻具、钢丝绳、钻头直径磨损程度，发现超限应及时更换。
（5）桩底嵌入岩层深度的保证措施
① 钻头应用优质45号铸钢制造，几何形状要能避免铸造时产生热拉应力和使用时应力集中现象，现场补焊以履带板、钢轨头做补焊材料，用铸钢焊条堆焊，施焊部位先预热，由技术娴熟的电焊工施焊，确保补焊质量。
② 钻孔各阶段应采用不同的泥浆比重及粘度。
③ 清孔前将水泥、锯末、烧碱、黄土混合物抛入孔内冲击60分钟，使泥浆比重达到1.6以上，这对减少更换钻头、补焊次数，提高成孔速度为有利
4.2 安全保证措施
（1）冲孔桩施工时，应查明溶洞分布范围和类型，确定处理方案；技术人员及冲孔作业人员应充分掌握地质情况，每个施工段的地质资料都发给相关人员，让其充分了解施工作业点地质情况，做到施工时心中有数；施工中如遇到溶洞，发生坍孔，则操作司先提起冲锤，人离开钻机，挖掘机迅速铲起片石和粘土填孔，同时集中水泵往孔内大量补水，以防止斜孔和卡锤。待处理完成后，再进行重新冲孔作业。
（2）冲孔过程中，非相关人员距离钻机不得太近，防止机械伤人、挖掘机处理地面塌陷时，现场应有警戒人员，无关人员不得进入挖掘机旋转范围内。
（3）钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、少松，防止击穿岩壳卡住钻头，认真观察桩机拉绳的摆幅。
（4）钢筋笼吊装过程中必须注意对接完毕后，检查作业人员的脚是否缩回，防止钢筋笼下放时将脚刮伤甚至将人带入孔中的事故发生；吊装前应检查钢筋笼中是否有余料未清除，吊装过程中无关人员禁止进入警戒区内。
（5）吊车提升拆除导管过程中，各现场人员必须注意吊钩位置，以免将头砸伤。导管安装须注意：导管对接必须注意手的位置，防止手被导管夹伤。
（6）砼浇注过程中，砼搅拌运输车倒车时，指挥员必须站在司机能够看到的固定位置，防止指挥员走动过程中栽倒而发生机械伤人事故。倒车过程中，车后不得有人。
（7）钢护筒接长安设时，操作人员不得在吊锤下作业。
（8）施工时的注浆应做好以下安全检查工作：泵体内不得留有残渣和铁屑，各类密封套完整良好，无泄漏现象；安全阀中的安全销要进行试压检验，必须确保在规定达到最高压力时，能断销卸压，决不可安装未经试压检验的或自制的安全销；指定专人管理，压力表定期检修，保证正常使用。
5 结论
在石岗安置区1320个冲孔桩施工过程中，有450个冲孔桩施工中遇到溶洞，针对溶洞的洞高和洞内的填充物情况，采用不同的溶洞处理方法。有264个冲孔遇到溶洞时采用片石加黄泥（比例按照1:1）抛填方法，182个冲孔遇到溶洞采用抛填片石、黄泥及水泥法，4个冲孔过程中遇到溶洞采用灌注混凝土填充法，都取得了良好的效果，桩孔成孔满足设计和规范要求，经溶洞处理的桩孔没有返工造成的人力物力的浪费，取得了良好的经济效益。
论文作者:温锡郭
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/17
标签：溶洞论文; 冲孔论文; 泥浆论文; 粘土论文; 混凝土论文; 黄泥论文; 钻头论文; 《基层建设》2016年第34期论文;