岩溶地层冲孔灌注桩施工实践

李扬坚

李扬坚

福建岩土工程勘察研究院有限公司福建省福州市350108

摘要：通过试桩施工，选择了成孔钻进工艺，制定了钻进技术措施与事故防治措施，顺利地完成了该岩溶地层项目的冲孔灌注桩施工任务，为类似岩溶地层冲孔灌注桩施工积累了经验。

关键词：岩溶地层；冲孔灌注桩；钻进工艺；事故防治措施

龙岩某医院病房大楼地下1层、地上15层，原基础方案为人工挖孔灌注桩，共57根。场地地处剥蚀残丘与山间盆地过渡地带，下伏基岩为石炭系下统林地组石英砂岩及二叠系下统栖霞组灰岩，场地东段属覆盖型岩溶发育区。根据勘察报告，岩土层自上而下为：①素填土；②粉质粘土；③含碎石粉质粘土；④石英砂岩块石夹泥（场地西段）；⑤中风化石英砂岩（场地西段）；⑥中风化灰岩（场地东段）。经降水已完成大口径人工挖孔灌注桩39根（位于场地中、西段），因降水抽吸作用，岩溶及裂隙逐渐贯通，地下水位迅速上升，在48#桩孔内用440m3/h的深井泵连续抽水7天，地下水却始终保持在-8.5m左右（与场地岩溶水承压水位一致），降水失败，人工挖孔灌注桩变更为冲（钻）孔灌注桩。

一、钻进工艺选择

业主考虑冲击钻进（振动）对邻近旧病房大楼内病人的影响，建议采用回转钻进。应业主要求，我单位(原福建勘察基础工程公司)组织了一台YG-15型桩孔进场试桩施工，在52#桩（桩径1500mm，紧邻旧病房大楼，桩中心与外墙相距仅2.5m）施工过程中，钻进至-36.4m时钻遇灰岩，钻具跳动剧烈，孔内阻力大，钻进效率低，提钻后发现牙轮钻头的牙轮掌脱落3个，同时与勘察资料相比，灰岩面提高了8.1m，设计单位要求在桩内进行超前孔钻探以验证地层。在施工第3个超前孔时钻遇空溶洞，引起孔内泥浆全部漏失，加之连降暴雨，旧病房大楼下盲沟泄漏与钻孔贯通，继而孔壁失稳造成严重塌孔，导致旧病房大楼基础塌陷，地梁开裂。在这种情况下，业主决定紧急搬迁，拆除旧病房大楼。

根据52#桩内3个超前孔的钻探资料，灰岩面高低相差2.25m，且溶洞发育（揭露有5个溶洞），溶洞呈全充填-半充填状态。分析认为回转钻进工艺对于这种不完整、不均匀的岩溶地层不适用，其钻进效率低，容易卡钻（蹩车），且提钻速度慢（Φ219钻杆采用法兰盘连接），极易因桩孔坍塌造成埋钻事故，层顶岩面倾斜地层桩孔垂直度不易控制；相反，冲击钻进工艺对裂隙、岩溶发育的岩层碎岩效果较好，同时桩孔垂直度容易控制，且泥浆密度较大有利于维持平衡钻进，发生漏失现象时提出冲锤速度快，处理也比较及时；旧病房大楼已拆除，病人已转移，为选用冲孔灌注桩创造了施工条件。

针对以上情况，现场办公会议决定：选择冲击钻进工艺，并辅以桩底后注浆工艺，以降低沉渣对桩端承载力的影响。

二、钻进技术措施与事故防治措施

1、采用正循环冲击钻进、泥浆护壁成孔工艺，配套的1500mm铸钢冲锤质量约6t，采用3PNL泥浆泵正循环方式进行排渣。根据本项目岩层硬脆和桩径大的特点，将冲锤冲刃钢轨长度设置为100mm左右，呈梳齿状交错分布，其间距为60-90mm，这样可以减少冲锤底刃与孔底的接触面积，提高冲锤对孔底单位面积的冲击力，改善碎岩条件，提高钻进效率。同时施工中应经常对冲锤冲刃和提引系统进行检查，发现裂纹或损坏，及时进行补强或更换，避免崩刃和掉锤事故的发生。

2、保证桩孔垂直。在开孔前，技术人员根据超前钻资料向机台操作人员进行灰岩面位置、倾斜情况和溶洞情况交底，引起操作人员的重视。开孔时冲锤行程1.0-2.0m，冲击频率10-15次/min；进入岩层后冲锤行程控制在3.0-4.0m，冲击频率为5-8次/min。在冲击过程中，如发现钢丝绳偏摆严重，说明孔底岩层面不平或软硬不均，应停止冲击，提起冲锤，投入块石（微风化花岗岩或石英砂岩），填石高度应高出孔深0.8m以上为宜，以人工创造孔内均质截面，防止桩孔倾斜。填石后冲锤行程采用0.8-1.5m，泥浆密度控制在1.3-1.4g/cm2，进行修整桩孔，若一次达不到纠偏效果，则反复多次直至桩孔垂直度满足规范要求。

3、桩孔漏浆防治措施

在冲击过程中，当冲遇灰岩时，机台有专人观察孔口液面情况，发现异常现象立即报告。施工现场应备有粘土、碎石及储浆罐（储浆箱或储浆池，并配套泥浆泵）。发现泥浆漏失，立即回灌浓泥浆，尽量保持孔内的液柱高度（当发现泥浆漏失过快时，应先将冲锤提离孔口，确保不发生埋钻事故），当液柱高度不易维持时，向孔内投入粘土、碎石及袋装水泥，低程轻锤将其挤入裂隙中以堵塞裂隙通道或溶洞，从而形成人造孔壁达到堵漏的目的。当冲遇大溶洞（洞高大于1m）时，向孔内投入袋装水泥+袋装粘土及块石+碎石，袋装水泥+袋装粘土与块石+碎石的比例约为1：1，回填量约为洞高的2-3倍高度，低程高频冲至原孔深，提出冲锤再回填1-2m的粘土后补浆至孔口，待机约24h(待水泥凝固后)再低程冲至原孔深后换正常参数钻进。由于本项目采取了超前钻探注浆工艺，施工中发生泥浆漏失现象较少，总共只发生8起，采取了上述措施后基本上都得到了解决。只有在55#桩施工时因大量漏浆而孔壁坍塌并与54#桩（尚未成孔，为人工挖孔段）串孔，我们采取下钢护筒护壁方式予以解决；54#桩回填碎石+粘土+少量水泥至孔口，放置一段时间让其固结后再施工。

4、砼灌注注意事项

严格按照配合比下料，保证砼的和易性及坍落度要求（粗骨料粒径选用2-3cm、坍落度为20-22cm），并加大砼的初灌量，在灌注过程中要加密对桩内砼面的测定，加大灌浆导管的埋置深度，防止砼面上升一定高度后人工造壁段孔壁压力增大，把砼挤入裂隙或溶洞中，引起砼面下降而导致断桩事故的发生。

三、结束语

通过以上技术措施和事故防治措施，我们顺利地完成了该岩溶地层的冲孔灌注桩施工任务，经静载、高低应变检测，均为Ⅰ类桩，为今后类似项目提供了施工经验。对于不完整、不均匀的岩溶地层桩基工程，回转钻进工艺钻进效率低，容易发生卡钻、塌孔等事故，应优先选用冲击钻进工艺。

作者简介：李扬坚（1967-09），男，汉族，籍贯：福建省宁德市，当前职务：副总工程师兼设计部主任，当前职称：高级工程师，学历：本科，研究方向：钻探工程、地基与基础工程