巖溶發(fā)育區(qū)旋挖成樁施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

王英坡，張萌萌

（中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040）

在喀斯特地貌地區(qū)，巖溶發(fā)育程度差別較大，在巖溶中等發(fā)育地區(qū)，采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工雖然面臨很多難點(diǎn)，但結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施后，還是能夠完成灌注樁的施工，并能發(fā)揮旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，速度快、工藝成熟、設(shè)備多，質(zhì)量可控的同時(shí)，節(jié)約工期和造價(jià)。

1 巖溶介紹

喀斯特（KARST）即巖溶，是水對(duì)可溶性巖石（碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等）進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔的地質(zhì)作用，以及由這些作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象的總稱。由喀斯特作用所造成地貌，稱喀斯特地貌（巖溶地貌）。巖溶地貌多種多樣，樁基礎(chǔ)施工中遇到的情況主要有溶洞、暗河、峰林地形、石筍殘丘等。

喀斯特地貌可劃分許多不同的類型。按出露條件分為：裸露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特[1]。

溶溝和石筍是由于地表水沿巖石表面流動(dòng)，由溶蝕、侵蝕形成的許多凹槽稱為溶溝。溶溝之間的突出部分叫石筍，石筍的形態(tài)表現(xiàn)多種多樣，有山脊式、棋盤式和石林式。或裸露于地面，或隱伏于地下。石筍之間溶溝底部的紅粘土，一般含水量大，土質(zhì)較軟[1]。

溶洞、暗河：是以巖溶水的溶蝕作用為主，兼有潛蝕和機(jī)械塌陷作用造成的近于水平方向延伸的洞穴成為溶洞。若溶洞中有經(jīng)常性水流，而流量又較大是，則稱為暗河[1]。

在埋藏型喀斯特施工區(qū)域，溶洞等巖溶地貌埋藏在地下，溶洞內(nèi)往往伴有粘土狀的填充物，同時(shí)，在巖石中多存在溶蝕裂縫，而且縱橫交錯(cuò)，分部不均勻，部分與溶洞相貫通，這也為巖溶地區(qū)的施工造成嚴(yán)重的影響，容易導(dǎo)致樁基礎(chǔ)施工時(shí)泥漿突然消失，進(jìn)而造成孔壁坍塌。溶溝底部的紅粘土，一般含水量大，土質(zhì)較軟，也容易造成塌孔、縮徑的成樁難點(diǎn)[2]。

在巖溶地區(qū)進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，一定要充分了解地下巖溶和地下水情況，采取有針對(duì)性的措施，既能克服困難，保證工程工期和質(zhì)量，又能控制成本，選擇最優(yōu)方案完成基礎(chǔ)樁施工。針對(duì)埋藏型喀斯特地貌，且地下連續(xù)水位較低的情況，我方提出基礎(chǔ)樁成孔采用干作業(yè)施工，同時(shí)針對(duì)坍塌、溶洞等情況，采取應(yīng)對(duì)措施，保證成孔質(zhì)量，從而最大限度的簡(jiǎn)化施工工藝，提高效率，節(jié)約資源。

2 工程實(shí)例

某樁基礎(chǔ)工程位于昆明市、喀斯特地層區(qū)域，本工程的樁基礎(chǔ)以風(fēng)化灰?guī)r層作為樁端持力層，樁端進(jìn)入下部中風(fēng)化灰?guī)r持力層不小于2.0d，本工程共計(jì)旋挖成孔灌注樁1219根，樁徑分別800～1200mm，樁長(zhǎng)20.0～28.0m。

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1.1 地下水

勘察期間所有勘探孔均未見明顯的初見地下水位，僅個(gè)別勘探孔中量測(cè)到臨時(shí)的地下水位，不能形成穩(wěn)定水位。場(chǎng)區(qū)深部地下水類型主要為巖溶裂隙水，巖溶裂隙水為徑流補(bǔ)給，沿灰?guī)r裂隙向低處排泄，鉆探深度范圍內(nèi)未揭露。

2.1.2地層土質(zhì)分布

①層素填土：以可塑—硬塑狀態(tài)的粘性土為主，偶夾風(fēng)化碎石。

②層粘土：具有孔隙比大、液塑限高的特點(diǎn)，屬紅粘土。硬塑狀態(tài)為主，局部可塑狀態(tài)，中壓縮性為主，局部高壓縮性。

②1層粘土：具有孔隙比大、液塑限高的特點(diǎn)，屬紅粘土?？伤軤顟B(tài)為主，局部軟塑狀態(tài)。高壓縮性。②2層孤石：巖性為中風(fēng)化灰?guī)r。②4層土洞：為空洞，無充填物。

③層中風(fēng)化灰?guī)r：為場(chǎng)地物理力學(xué)性質(zhì)最好的地基巖土層，但其起伏變化很大，給樁長(zhǎng)的確定帶來一定困難。

③1層全風(fēng)化泥灰?guī)r。③2層溶洞（隙）、③5層為空洞，會(huì)對(duì)基礎(chǔ)的選擇及穩(wěn)定性造成影響。

地層柱狀圖如圖1所示。

圖1 地層柱狀圖

2.2 施工方案

根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件，基巖面以上部粘土自穩(wěn)性好，僅土層與基巖面接觸部位，因溶洞、局部滯水層等原因?qū)е碌牡貙臃€(wěn)定性差。經(jīng)綜合分析，決定采用旋挖鉆機(jī)干成孔施工方案。采用擠擴(kuò)護(hù)壁、填充等方法處理局部坍塌。

旋挖干作業(yè)成孔法優(yōu)勢(shì)：

在巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工需解決的主要問題就是泥漿護(hù)壁的漏漿問題，而干成孔作業(yè)不用考慮該問題，同時(shí)，遇到溶洞、軟土縮徑等情況時(shí)，更方便采取措施，如可以直接灌注砼、回填等。

場(chǎng)地范圍施工用水不足，避免了大量用水的情況。同時(shí)不產(chǎn)生泥漿，環(huán)保特點(diǎn)突出。

成孔速度快。工序少，效率高，施工條件好，能有效地保證工程的進(jìn)度。

行走移位方便。鉆機(jī)移動(dòng)方便，同時(shí)場(chǎng)地干燥，方便配套設(shè)備和工序的組織和配合。

質(zhì)量有保證，旋挖鉆機(jī)是比較成熟的樁基礎(chǔ)施工設(shè)備，在樁孔對(duì)位、垂直度控制等方面技術(shù)成熟、先進(jìn)，更容易保證工程質(zhì)量。干成孔還有助于控制孔底沉渣、減少對(duì)土體性質(zhì)的影響等效果。干成孔作業(yè)避免了泥漿滲漏，同時(shí)也避免了泥漿迅速滲漏引起的孔壁坍塌。

所以，在具備條件的情況下，干成孔優(yōu)勢(shì)明顯。

2.3 施工重難點(diǎn)及控制措施

施工區(qū)屬于喀斯特地貌地區(qū)，在巖溶中等發(fā)育地區(qū)，存在溶洞、土洞、石筍等不良地質(zhì)。地下巖層起伏大，且容易出現(xiàn)斷層或者出現(xiàn)石柱、孤石、石筍等。遇到石筍時(shí)，基礎(chǔ)樁孔徑范圍內(nèi)出現(xiàn)一側(cè)巖層一側(cè)土層；還會(huì)出現(xiàn)孤石、溶洞等土質(zhì)軟硬不同、鉆頭受力不均等現(xiàn)象，導(dǎo)致孔樁傾斜或偏位。樁的垂直度是工程質(zhì)量保證的重點(diǎn)；當(dāng)開挖到溶洞處時(shí)，極易造成塌孔，給工程施工造成較大困難；在上部強(qiáng)/全風(fēng)化層和基巖接觸面附近，風(fēng)化土層含水量高，容易出現(xiàn)塌孔和縮徑現(xiàn)象。但通過采取針對(duì)性措施，最終用旋挖鉆機(jī)完成了施工，在節(jié)約工期和節(jié)省造價(jià)上效果突出，且施工質(zhì)量明顯提高。

施工前，先進(jìn)行了試樁施工，試樁過程中遇到了塌孔、垂直度偏差較大、軟塑性土縮徑及塌孔等問題。結(jié)合水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況，可歸納為2種情況，即：

（1）因基巖面傾斜（或遇孤石）而導(dǎo)致樁孔傾斜現(xiàn)象。

（2）因地下溶洞、地下水、軟塑性粘土等問題造成樁孔縮徑及坍塌現(xiàn)象。

2.3.1 原因分析

（1）鉆孔傾斜。由于孤石或巖石層陡坡造成，存在2種情況：

基巖起伏大，地層軟硬不均勻，導(dǎo)致鉆孔垂直度偏差過大，此時(shí)遇到的地層變化一般為孤石或巖層坡度不是很陡時(shí)。

地層變化劇烈，通過調(diào)整鉆進(jìn)壓力和速度仍然難以控制垂直度。此時(shí)巖層坡度很陡，如遇到石筍，坡面坡度超過70°，且該段較厚。

（2）因地下溶洞、地下水等問題造成樁孔縮徑及坍塌現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，場(chǎng)地下②層為粘土，在基巖和土層的接觸面部位，該地層含水量高，表現(xiàn)為可塑至流塑狀態(tài)。地下溶洞為粘土填充，該填充土松散，由于溶洞的透水和導(dǎo)水性，導(dǎo)致該部位容易積水和塌孔。同時(shí)，鉆探大量用水在地層變化處或溶洞部位匯集，加劇了塌孔和縮徑的發(fā)生。

2.3.2 處理方案

處理成樁過程中的孔斜、縮徑以及坍塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，主要采取事前預(yù)防和事后處理兩種處理措施，而事前預(yù)防為是最重要、最有效的措施。事前預(yù)防是在成孔前要認(rèn)真分析研究勘察報(bào)告、特別是一樁一勘所揭露的地層資料，對(duì)于在成孔過程中可能遇到的孤石、傾斜較大的基巖面、地下溶洞以及地下水對(duì)成孔的影響提前做出預(yù)判，并有針對(duì)性地提出預(yù)防措施，對(duì)施工班組做出技術(shù)交底，成孔作業(yè)人員能根據(jù)地下情況的變化，及時(shí)采取措施，避免此類現(xiàn)象進(jìn)一步發(fā)展。下面對(duì)上述情況的處理措施進(jìn)行針對(duì)性介紹。

（1）因基巖面傾斜（或遇孤石）而導(dǎo)致樁孔傾斜現(xiàn)象。出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要是由于旋挖鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中遇軟硬不均的地層而導(dǎo)致的鉆頭偏移而形成的。處理該現(xiàn)象的方案有以下兩種：

①在鉆進(jìn)巖面傾斜（或遇孤石）段時(shí)要減少鉆進(jìn)壓力，采取慢鉆輕壓的鉆進(jìn)工藝，并采用嵌巖筒鉆，穿過孤石后，或穿過巖層傾斜面進(jìn)入均勻地層后，再恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

②若發(fā)現(xiàn)鉆孔在該層段出現(xiàn)傾斜時(shí)，應(yīng)采用混凝土回填后再重新鉆進(jìn)成孔，尤其針對(duì)巖面較陡，地層不均勻段較長(zhǎng)時(shí)，難以控制垂直度的情況。

該方法針對(duì)難以控制垂直度，或已經(jīng)產(chǎn)生偏差，當(dāng)穿過孤石或基巖斜面進(jìn)入均勻地層后，將產(chǎn)生傾斜的部位用C25素混凝土填充，等填充料強(qiáng)度達(dá)到75%左右再進(jìn)行鉆進(jìn)，此時(shí)混凝土強(qiáng)度接近強(qiáng)風(fēng)化巖石強(qiáng)度，容易控制垂直度。

（2）因地下溶洞、地下水等問題造成樁孔縮徑及坍塌現(xiàn)象?？碧綀?bào)告顯示，該場(chǎng)地成樁深度范圍內(nèi)未見地下水，但在基巖面附近或溶洞部位，由于其導(dǎo)水和匯水的作用，使該部位出現(xiàn)局部匯水，其中粘性土變軟造成了樁孔的縮徑及坍塌現(xiàn)象處理該現(xiàn)象的方案有以下兩種。

①粘土回填并擠密。局部遇流塑性粘土或土洞中軟粘土縮徑或塌孔時(shí)，可用塑性粘土進(jìn)行回填，并用螺旋鉆頭進(jìn)行擠密，使得該部位土層穩(wěn)定性增強(qiáng)，該方法適合局部出現(xiàn)流塑性粘土，成本低，功效高。

②用砼回填。若一樁一勘資料顯示地層存在溶洞時(shí)采用混凝土回填處理，硬性材料為C15（C35）混凝土。

溶洞無水時(shí)混凝土可采用C15商品混凝土，回填至高出最頂層溶洞上口1m為止，等填充混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后（一般達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%），重新施工。

適用條件：主要用于穿過較大的溶洞，溶洞無填充或填充較差?；靥罨炷烈诖虼┩炼春筮M(jìn)行。

溶洞中有水無法成孔時(shí)、有水塌孔時(shí)，采用C30混凝土進(jìn)行回填，每次處理深度不小于1m；待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)75%時(shí)進(jìn)行鉆孔，如此反復(fù)直至打穿溶洞成孔。

③注漿處理。對(duì)溶洞直徑大坍塌的情況，將樁位回填，等周邊樁位施工完成后，對(duì)溶洞部位采用高壓旋噴處理，處理后重新施工。

上述方法都是針對(duì)出現(xiàn)問題的情況，在成樁過程中，加快樁基成孔、下籠和灌注進(jìn)度是確保工程進(jìn)度、成樁質(zhì)量，降低樁基事故的最有效措施。施工中一定要合理安排，減少樁孔放置時(shí)間，從而降低坍塌等事故的發(fā)生。

2.4 效果分析

該工程施工過程中，約15%的鉆孔出現(xiàn)了上述問題，主要采用第①種方法解決，約占總數(shù)的12%，另外3根樁采用第③種方法處理。上述方案和處理措施，針對(duì)場(chǎng)地特點(diǎn)，注意對(duì)應(yīng)解決，效果明顯，使得其它85%的樁位采用最簡(jiǎn)單高效的工藝完成了施工，其它樁位分類處理，最大限度地降低了巖溶帶來的不利影響，順利地完成了基礎(chǔ)樁的施工，具體歸納如下：

首先根據(jù)地下水情況，采用旋挖干成孔作業(yè)，避免了溶洞裂隙漏漿情況的發(fā)生，且有助于保證樁身質(zhì)量。

針對(duì)石筍等不均勻地層，采用慢速鉆進(jìn)，對(duì)發(fā)現(xiàn)孔傾斜的，采用C30砼回填后重新鉆進(jìn)，從而保證了樁的垂直度。

針對(duì)溶溝、石筍根部軟塑性粘土和溶洞內(nèi)容易坍塌的充填土，分別采用預(yù)處理，干粘土回填擠密等方法，增強(qiáng)了土體的穩(wěn)定性，保證了成孔。

3 結(jié)論

上述方法有效地解決了場(chǎng)地內(nèi)巖溶問題造成的樁垂直度問題、塌孔和縮徑問題，同時(shí)采用旋挖干成孔的工藝，適合場(chǎng)地水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，避免了漏漿問題，保證了工程質(zhì)量和進(jìn)度，成功完成了該工程施工中。