山区岩溶地质孔桩施工问题探讨
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[摘要]作者从亲身经历贵州省惠水至兴仁高速公路十五标段岩溶地质孔桩施工中遇到的问题为题材，针对不同问题的产生机理进行分析，提出具体处理方法。文章阐述的问题在岩溶地质桩基施工中容易发生，其处理方法可作借鉴。
[关键词]岩溶地质 人工挖孔 冲击钻孔 桩 施工 问题 探讨
[中图分类号] P642.252 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-2-299-2
1项目岩溶水文地质
惠水至兴仁高速公路十五标段位于珠江流域北盘江水系，属岩溶地貌区，即喀斯特地貌。沟谷展布与地质构造有很大程度的一致，地势总体为东低西高，属中低山，分溶蚀和侵蚀两种类型。路线经过的沟谷均为北盘江的支流，具有典型的岩溶山区性河流特点，地下暗河与地上河贯通，流量随季节变化明显。局部地段有泉水出露，水量大小不等。沿线碳酸盐广为分布，岩溶地貌发育，地表水以垂直下渗的形式直接补给。
山区岩溶地质孔桩施工，通常采用人工挖孔和冲击钻孔施工工艺。
3施工中存在的问题
（1）人工挖孔桩砼在灌注到一定高度后，桩身砼发生沉陷，桩基检测后，发现桩身砼产生空洞。（2）采用人工挖孔工艺施工的个别桩基，检测后，桩身砼夹杂砂层，即产生断桩。（3）人工挖孔中，在施工到一定深度后，地下水量大，挖孔受阻。（4）冲击钻孔施工中，发生卡钻、埋钻现象；发生孔内漏浆，泥浆循环排渣困难；遭遇多层溶洞等。
4问题成因
4.1浇筑桩身砼时发生砼沉陷，桩身砼产生空洞
产生此类问题的原因是桩孔边缘存在溶洞，溶洞与桩孔间的岩石厚度薄，挖孔施工中的爆破作业对其产生损伤，致使其抵御孔内砼侧压力能力降低或不足。在砼浇筑到一定高度后，砼的侧压力破坏了其间岩石的完整性，发生爆壁，进而砼流入溶洞，以致发生孔内砼沉陷，且砼流动性受桩基钢筋笼及灌注时间影响，不能像水一样，能全方位填充，如此，桩身砼产生空洞。
4.2产生断桩
人工挖孔桩工艺施工桩基砼一般采用串筒下料，人工振捣的浇筑方式。本项目个别桩基的桩孔在开挖时，出水量大，采取强排措施得以完成挖孔施工，现场人员临时改变浇筑工艺，桩身砼由原来的人工浇筑改为水下灌注。水下灌注时发生堵管，堵管原因分析：（1）近孔底处孔壁溶洞呈管状贯通，与附近采取冲击成孔工艺施工的桩孔也有连通；（2）桩孔内原本水深不够，灌注砼时，因水流失，水反压砼的压力不足，导管中砼受冲击惯性力作用；（3）首封砼用量不足，导管内进水。堵管后，水下灌注砼受阻，此时孔底水深在40cm上下，临时改变砼施工工艺，即采取人工浇筑。如此，产生断桩，断桩原因分析：（1）施工准备不足，对管网状溶洞认识不够；（2）对水下砼灌注工艺认识不深；（3）改变砼施工工艺后，其接缝面积水和流砂未处理干净。流砂成因：管状溶洞贯通，与附近冲击钻孔的桩孔有连通，冲击钻渣呈细砂状随地下水流入接缝处。
4.3孔底出水量大，挖孔受阻
本项目部分桩基位于低洼处，采用人工挖孔桩工艺施工，在挖孔到一定深度后，孔内出水量大，采取正常的强排措施不能满足人工挖孔施工要求。探其原因，桩孔底部遇到管网状溶蚀缝隙（小溶洞），水量大。
4.4钻孔中，发生卡钻、埋钻、孔内漏浆等
本项目的扁纯大桥部分桩基在人工挖孔到一定深度后，出现大量涌水，挖孔施工遇到困难。该桩基属于施工计划关键线路上的项目，为保工期，后续采用了冲击钻施工。冲击钻施工过程中，发生了卡钻、埋钻和孔内漏浆等问题，工效低。原因分析：（1）发生卡钻、埋钻的原因：对溶洞的产状认识不够，预控措施不到位，钻孔操作不当等；（2）遇到贯通的溶蚀缝隙或管网状溶洞，浆液渗漏，甚至直接流失。孔内漏浆，孔底有流动水，致使泥浆稠度不足，浮渣效果差，正循环排渣不具备条件，在浆面处设置泥浆泵助排，也没效果。
5处理措施或预防方法探讨
5.1浇筑桩身砼时发生沉陷，桩身空洞
5.1.1处理措施
采用桩芯凿井法到达缺陷部位。即根据桩基超声波检测报告，在桩基中间处，采用人工风镐开挖适当直径（示桩径定）的井道，到达缺陷部位，清理掉空洞周围的松散砼，测量爆壁口大小、形状，探明溶洞产状和大小。根据溶洞的产状和大小，确定填充方案或爆壁处封堵方案。溶洞规模小，采取直接灌注砼填充，填充满后，再浇筑井道微膨胀砼；溶洞规模大，水平产状，可采取浆砌片石进行封堵；竖向产状或浆砌片石困难时，采取钢模板封堵，模板加固通过在孔道中设置型钢，在型钢上设置拉杆来实现。
5.1.2预防方法
此类问题产生很偶然，产生问题后，处理比较麻烦。为预防此类问题发生，在挖孔过程中和验孔时必须严格、认真检查，对孔壁进行敲探，对易产生爆壁的迹象进行诊断，采取上述相应方法进行预先处理。
5.2产生断桩
5.2.1处理措施
（1）注浆法处理。地质钻机在桩横截面上钻2个以上直径
（2）桩芯凿井法处理。凿井到断桩部位，清理干净夹砂层，并将接缝清理干净，浇筑微膨胀砼。
5.2.2预防方法
挖孔完成后，验收桩孔时，技术人员必须对出水情况进行调查，摸清出水部位、流量、水中是否携带流砂等，分析出水口大小，砼施工时是否漏浆，是否需要封堵。封堵方案可行，即可采用人工浇筑；封堵方案不可行，必须采取孔底钢护筒措施，以避免砼流失或遭地下水冲洗，且要量测孔底沉渣厚度，避免产生缺陷桩。采用水下砼灌注工艺时，必须分析水下砼灌注的不同深度时孔内水的深度，分析首封砼的用量，从施工组织上确保首封砼灌注连续进行。首封成功，若孔内水深小，水压力不足，对砼密实不利，这种情况下，采取水泵抽干孔内水，改为人工浇筑。
5.3孔内出水量大，挖孔受阻
选择施工时机，即选择枯水期施工。桩孔开挖出管网状溶蚀缝隙，出水量大，水量受季节变化明显，本项目已暴露有类似问题的，不在关键线路的桩基施工，均选择在枯水期进行，在枯水期施工，地下水影响小。
5.4钻孔中的卡钻、埋钻和漏浆等
5.4.1处理措施
（1）放炮。放炮措施用于卡钻处理。即通过钻机的卷扬机动力使钻机尾端翘起，在钻头附近设置少量乳化炸药，在爆炸冲击力和钻机尾端重力共同作用下，使钻头（锤头）松动提起。在放炮之前，采用空气吸泥法对钻头上泥渣进行清理。该处理措施比较常规，有一定的效果，但在该项目的卡钻处理中，没起到作用。
（2）人工清障。地下水受季节变化明显，雨季过后，孔内水位下降，钻头显露。在这种条件下，人工清理钻头上的钻渣，清理钻头的周边，得以提起钻头。从卡钻现场看，卡钻属于钻头击穿溶洞后倾斜，进而被卡死。
（3）回填片石和黏土。回填片石和黏土是处理溶洞的方法之一，处理的溶洞应该为独立溶洞，未与外届形成连通。采取该措施处理过，基本没有效果，不能达到填封的目的。
（4）水下灌注砼。水下灌注砼是处理桩孔因溶洞而漏浆的方法之一，该法采用，完成了一根桩的施工，成本高，施工时间长。
5.4.2预防方法和其他处理措施
（1）通过地质钻探探明溶洞位置、产状等，针对不同的溶洞类型，采取相应的预防或处理措施。常规的桩基设计前的地质勘测只在桩芯处勘测一个点，对于岩溶地区来讲，这一点不能满足施工要求，在施工前应在桩周适当范围进行加密勘测（超前钻）。尽可能发现桩周潜在的溶洞，为施工做好引导与预控。
（2）冲击钻孔到临近溶洞时，要求低冲程、低放松锤头的方式操作钻机，并注意泥浆面的变化，避免卡钻或斜孔等。
（3）根据超前钻资料和周边桩孔施工情况，对桩位处有地下暗河或贯通溶洞的桩基，其施工最好采用钢护筒跟进法。即在冲击钻孔过程中，逐步打设钢护筒的方法。护筒跟进法有单层跟进法、两层跟进法和多层跟进法，单层护筒跟进要求开孔直径比护筒直径大5-10cm，多层护筒跟进，要求外护筒直径比内护筒的大10-20cm，最内侧护筒的直径必须满足桩径要求。钢护筒要有足够的刚度，采用振动锤打设。
（4）片石、黏土和水泥筑壁法
按比例采取抛填大块片石、粘土、整包水泥、速凝剂填充后，采用钻机冲孔，将抛填物挤入溶洞的处理方法。在抛填过程中，应注意分层进行，每次处理溶洞的深度约2m左右，层层推进、反复冲击，直至溶洞底部。抛填石头粒径要大，填充后，孔壁稳定性好。溶洞经多次处理且情况基本稳定后，再一次性回填抛填物至溶洞顶以上4m，重新冲击处理两次，直至无塌孔、吸钻、卡钻、埋钻、孔斜、缩孔现象及正常出渣为止。
（5）超前注浆法
该法是向有松散、流塑状填充物的溶洞中注入一定量的水泥浆，使填充物固结稳定后，进行桩基施工。
6结束语
山区岩溶地质桩基施工时，遇到溶洞的可能性非常大，无论是从人工挖孔工艺，还是冲击钻孔工艺来说，遇到溶洞后，施工难度增大。施工预控不到位，或处理措施不得力，会导致施工时间延长；管理上若有疏忽，施工人员责任心不强，直接影响工程质量，增加施工成本。所以，在该地质条件下的桩基施工前，要进行超前钻探，做好预控，提出科学的处理方案；加强对管理人员和作业人员的培训，增强溶洞对施工影响的认识，提高辨识和处理溶洞问题的能力；更要注意人工挖孔施工中，突遇溶洞的安全风险。