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摘要：冲击式成孔灌注桩，由于对岩石的破碎力强、成孔快等原因，而被广泛应用于坚硬岩土层中的桩基础工程。但在某些岩土层中，往往存在着岩溶带，如在冲桩成孔过程中，遇地下溶洞，容易发生桩孔漏浆、塌孔、卡锤、埋锤、甚至无法成孔等事故。本文论述在岩溶发育地段施工冲孔灌注桩，根据溶洞情况(溶洞大小、有无充填物)，采用溶洞预处理+钢套筒的施工技术。
关键词：冲孔灌注桩溶洞地基加固钢护筒
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
广州市逸彩新世界第一小区江边组团（T1-T3单元）位于广州市芳村珠江桥西桥双桥路东侧，珠江河以南地段。工程建筑总面积43279 m3，含3幢地上20层，地下2层的建筑物。施工场地地下水位较高（在原土面下1米），受珠江潮汐影响大。根据地质勘探资料反映，场地内有活动性断裂构造通过，溶洞比较发育且具有很大连通性，分布范围广，南通珠江，北通芳村大道。溶洞顶面砂层较厚（10~16m），溶洞顶板岩层较薄（0.3~1.2m)，溶洞所处深度不同，最浅的0.2～2.2m，最深的达到4～6.9m。
二、地理、地质概况
据钻探揭露，场地地层由第四系覆盖层主要为杂填土、冲积而成的淤泥质土、粉质粘土、砂层以及风化残积而成的粉质粘土，下伏基岩为三叠系沉积岩。根据钻探资料分析该地层所遇溶洞、裂隙层较多，且溶洞发育地带多处在微风化灰岩下，而微风化灰岩面以上为砾砂、粉细砂以及粉砂，且粉砂砾砂层厚度大，中风化岩层以下有大量溶洞，溶洞比较发育且具有连通性，岩层溶蚀裂隙多，杂土层及砂土层中含水丰富。
溶洞可分为全充填溶洞和半充填溶洞，全充填溶洞中的充填物大多為流塑～软塑状粘性土，常含砂或粉性粘土，局部见半边溶蚀灰岩。半充填溶洞下部充填流塑状粘性土，上部则无充填物，为充水的空间。
地下水主要为冲积区内的第四系空隙承压水（局部有上层滞水）及深部基岩裂隙水。基岩中局部裂隙、岩溶发育，裂隙、岩溶水较丰富。
三、土、溶洞的预处理施工
1、工艺流程
2、注浆施工
（1）排气孔施工
结合本工程溶洞发育为南北朝向，排气孔按南北方向以桩中心呈对称布置，共设置2个排气孔，以增大遇到溶洞且为同一个溶洞的可能性，同时可充分探明溶洞分布、洞内充填情况。在同一桩径内，如地质超前钻资料显示有溶洞，但排气孔成孔中并未反映有溶洞的，则相应增加排气孔数量，直至找出该溶洞为止。
根据该孔的成孔记录中各层溶洞的位置、深度，在溶洞高度范围内的部分，对PVC管两侧面开不小于管径的小孔、间距为300～500mm呈梅花形布置。在溶洞注浆时，使溶洞内的空气或地下水能顺利排出，防止溶洞空间压力过大而导致注浆失败。
（2）填充孔施工
靠近溶洞顶面标高较浅的排气孔一侧设置填充孔（距离为300～500），使填充孔能位于同一个溶洞的最高点，同时亦可减少排气孔在灌注混凝土时被同时堵塞的情况出现，能有效的确保混凝土能较好地充填洞内空间。
对于串珠状溶洞的填充孔采用下双套管方式成孔，先采用Φ150钻头钻至第一层溶洞内，再预埋φ150钢套管至第一层溶洞顶部，换用φ130钻头穿透下一层溶洞顶部岩层，然后下φ130钢套管至最底层溶洞。防止在锤击套管时土层受到挤压导致阻塞套管，使混凝土泵送不到溶洞内。
（3）灌注混凝土
针对多层溶洞的情况，采用由下往上逐层提管灌注的方式进行混凝土灌注，即灌注完最底层溶洞后，提升灌注管（φ130钢管）至上一层溶洞进行灌注，依次并逐层往上灌直至灌完顶层溶洞。为防止灌浆时管道受压后反弹，必要时用挖土机对φ130灌注管施加压力，以增加φ130灌注管在灌注混凝土时的抗抬升能力，避免因φ130灌注管的抬升造成堵孔现象；
采用C20碎石混凝土加速凝剂为灌注材料，使浆体在溶洞内加快凝固，即使浆体在溶洞内流失但无法冲走细石，亦能达到填充溶洞的效果。灌注混凝土过程，应根据泵送压力的变化来确定混凝土来料，根据以往施工经验，当输送泵泵送压力值持续上升达到25～30Mpa时，即表明溶洞内已充填满混凝土，此时可结束混凝土灌注施工。
四、套管钢护筒
为防止溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响，带走部分填充的砂浆，使已填充的溶洞存在着一些细小空洞，针对此问题对冲孔桩进行添加钢护筒的施工措施。
（1）、钢护筒的制作安装
钢护筒的直径：钢护筒内径=桩径＋200mm。桩径为1.40m～1.60m选用壁厚为14mm的钢板，桩径为1.80m选用壁厚为16mm的钢板，桩径为2.00～2.50m选用壁厚为20mm的钢板。
对地质资料显示有溶洞的工程桩，先用该桩直径的桩锤成孔至溶洞顶，并采用高密度护壁泥浆，然后移开桩机，采用90kW振动锤和50t吊机配合打设钢护筒。钢护筒采用分节吊装焊接，分节高度为8.0~10.0m，孔口对焊，振打入桩孔内。
（２）施工要求
埋设钢护筒后，为加固钢护筒下部的土层，防止再次塌方。应在桩锤一边冲孔的同时，一边加入3：7的片石+红泥，直至达到设计要求的终孔深度为止，在冲进过程中的片石和红泥受到挤压，使桩周形成孔壁，以加固钢护筒下部与溶洞顶面岩层的孔壁防止塌孔。而且这种施工方法也可在溶洞内部形成有效的片石护壁，减少因桩锤穿透溶洞顶面后，泥浆流失量及浇筑桩芯混凝土时的用量。
五、实施情况
通过溶洞预处理+钢护筒冲孔桩施工方法，大大缩短了冲孔的施工时间，同时，当遇到溶洞时孔内浆液流失，但由于添加了钢护筒，使砂层的侧压力作用于钢护筒上，避免了孔内失去平衡造成塌方，减少了施工现场坍塌事故的发生。
六、结语
尽管地下情况千变万化，但只要我们认真分析，采取有效的对策、措施和严格的现场质量管理，使整个桩基在施工过程中减少了塌方的事故、节约了工程开支。同时，通过本工程的实践，我们认为：采取注浆加固是对付溶洞最有效、最经济、最合理的施工技术措施，但由于溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响，带走部分填充的混凝土，使溶洞内仍然存在空洞。因此在冲孔桩施工中因添加了钢护筒，使砂层的侧压力作用于钢护筒上，令塌方事故减少，保证了工程桩施工过程中人员、机械设备等安全。
参考文献：
1.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）。
2.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）。
关键词：冲孔灌注桩溶洞地基加固钢护筒
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
广州市逸彩新世界第一小区江边组团（T1-T3单元）位于广州市芳村珠江桥西桥双桥路东侧，珠江河以南地段。工程建筑总面积43279 m3，含3幢地上20层，地下2层的建筑物。施工场地地下水位较高（在原土面下1米），受珠江潮汐影响大。根据地质勘探资料反映，场地内有活动性断裂构造通过，溶洞比较发育且具有很大连通性，分布范围广，南通珠江，北通芳村大道。溶洞顶面砂层较厚（10~16m），溶洞顶板岩层较薄（0.3~1.2m)，溶洞所处深度不同，最浅的0.2～2.2m，最深的达到4～6.9m。
二、地理、地质概况
据钻探揭露，场地地层由第四系覆盖层主要为杂填土、冲积而成的淤泥质土、粉质粘土、砂层以及风化残积而成的粉质粘土，下伏基岩为三叠系沉积岩。根据钻探资料分析该地层所遇溶洞、裂隙层较多，且溶洞发育地带多处在微风化灰岩下，而微风化灰岩面以上为砾砂、粉细砂以及粉砂，且粉砂砾砂层厚度大，中风化岩层以下有大量溶洞，溶洞比较发育且具有连通性，岩层溶蚀裂隙多，杂土层及砂土层中含水丰富。
溶洞可分为全充填溶洞和半充填溶洞，全充填溶洞中的充填物大多為流塑～软塑状粘性土，常含砂或粉性粘土，局部见半边溶蚀灰岩。半充填溶洞下部充填流塑状粘性土，上部则无充填物，为充水的空间。
地下水主要为冲积区内的第四系空隙承压水（局部有上层滞水）及深部基岩裂隙水。基岩中局部裂隙、岩溶发育，裂隙、岩溶水较丰富。
三、土、溶洞的预处理施工
1、工艺流程
2、注浆施工
（1）排气孔施工
结合本工程溶洞发育为南北朝向，排气孔按南北方向以桩中心呈对称布置，共设置2个排气孔，以增大遇到溶洞且为同一个溶洞的可能性，同时可充分探明溶洞分布、洞内充填情况。在同一桩径内，如地质超前钻资料显示有溶洞，但排气孔成孔中并未反映有溶洞的，则相应增加排气孔数量，直至找出该溶洞为止。
根据该孔的成孔记录中各层溶洞的位置、深度，在溶洞高度范围内的部分，对PVC管两侧面开不小于管径的小孔、间距为300～500mm呈梅花形布置。在溶洞注浆时，使溶洞内的空气或地下水能顺利排出，防止溶洞空间压力过大而导致注浆失败。
（2）填充孔施工
靠近溶洞顶面标高较浅的排气孔一侧设置填充孔（距离为300～500），使填充孔能位于同一个溶洞的最高点，同时亦可减少排气孔在灌注混凝土时被同时堵塞的情况出现，能有效的确保混凝土能较好地充填洞内空间。
对于串珠状溶洞的填充孔采用下双套管方式成孔，先采用Φ150钻头钻至第一层溶洞内，再预埋φ150钢套管至第一层溶洞顶部，换用φ130钻头穿透下一层溶洞顶部岩层，然后下φ130钢套管至最底层溶洞。防止在锤击套管时土层受到挤压导致阻塞套管，使混凝土泵送不到溶洞内。
（3）灌注混凝土
针对多层溶洞的情况，采用由下往上逐层提管灌注的方式进行混凝土灌注，即灌注完最底层溶洞后，提升灌注管（φ130钢管）至上一层溶洞进行灌注，依次并逐层往上灌直至灌完顶层溶洞。为防止灌浆时管道受压后反弹，必要时用挖土机对φ130灌注管施加压力，以增加φ130灌注管在灌注混凝土时的抗抬升能力，避免因φ130灌注管的抬升造成堵孔现象；
采用C20碎石混凝土加速凝剂为灌注材料，使浆体在溶洞内加快凝固，即使浆体在溶洞内流失但无法冲走细石，亦能达到填充溶洞的效果。灌注混凝土过程，应根据泵送压力的变化来确定混凝土来料，根据以往施工经验，当输送泵泵送压力值持续上升达到25～30Mpa时，即表明溶洞内已充填满混凝土，此时可结束混凝土灌注施工。
四、套管钢护筒
为防止溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响，带走部分填充的砂浆，使已填充的溶洞存在着一些细小空洞，针对此问题对冲孔桩进行添加钢护筒的施工措施。
（1）、钢护筒的制作安装
钢护筒的直径：钢护筒内径=桩径＋200mm。桩径为1.40m～1.60m选用壁厚为14mm的钢板，桩径为1.80m选用壁厚为16mm的钢板，桩径为2.00～2.50m选用壁厚为20mm的钢板。
对地质资料显示有溶洞的工程桩，先用该桩直径的桩锤成孔至溶洞顶，并采用高密度护壁泥浆，然后移开桩机，采用90kW振动锤和50t吊机配合打设钢护筒。钢护筒采用分节吊装焊接，分节高度为8.0~10.0m，孔口对焊，振打入桩孔内。
（２）施工要求
埋设钢护筒后，为加固钢护筒下部的土层，防止再次塌方。应在桩锤一边冲孔的同时，一边加入3：7的片石+红泥，直至达到设计要求的终孔深度为止，在冲进过程中的片石和红泥受到挤压，使桩周形成孔壁，以加固钢护筒下部与溶洞顶面岩层的孔壁防止塌孔。而且这种施工方法也可在溶洞内部形成有效的片石护壁，减少因桩锤穿透溶洞顶面后，泥浆流失量及浇筑桩芯混凝土时的用量。
五、实施情况
通过溶洞预处理+钢护筒冲孔桩施工方法，大大缩短了冲孔的施工时间，同时，当遇到溶洞时孔内浆液流失，但由于添加了钢护筒，使砂层的侧压力作用于钢护筒上，避免了孔内失去平衡造成塌方，减少了施工现场坍塌事故的发生。
六、结语
尽管地下情况千变万化，但只要我们认真分析，采取有效的对策、措施和严格的现场质量管理，使整个桩基在施工过程中减少了塌方的事故、节约了工程开支。同时，通过本工程的实践，我们认为：采取注浆加固是对付溶洞最有效、最经济、最合理的施工技术措施，但由于溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响，带走部分填充的混凝土，使溶洞内仍然存在空洞。因此在冲孔桩施工中因添加了钢护筒，使砂层的侧压力作用于钢护筒上，令塌方事故减少，保证了工程桩施工过程中人员、机械设备等安全。
参考文献：
1.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）。
2.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）。