岩溶发育地区冲孔灌注桩施工中遇到的技术难题及处理措施
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【摘 要】随着社会的不断进步，建筑技术随之不断提高，桩基在建筑工程得到广泛运用。混凝土灌注桩成桩工艺多种多样，按其成孔方法不同，可分为钻孔灌注桩机械（含冲孔桩及大型旋挖钻）、沉管灌注桩、人工挖孔和挖孔扩底灌注桩等。桩基作为承受上部结构荷载的载体，起着承上启下的作用，其施工质量直接影响着结构的耐久性，特别在岩溶发育地区它更是一个工程项目的重中之重，施工工程中会遇到一系列技术难题。本文根据某一工程实例，介绍岩溶发育地区机械冲孔灌注桩施工遇到的技术难题以及具体处理措施，以供类似工程参考，少走弯路，节省造价。
【关键词】桩基；难题；处理措施
一、工程概况
某工程位于浙西地区，框剪结构，总建筑面积为20万平方，地下二层，地上32层，共有孔桩634根。设计采用冲孔灌注桩，桩径为700mm―1500mm不等，要求桩端以低风化石灰岩作为持力层。桩基施工前建设单位对每个桩都进行了原位钻探，经勘探下卧岩石为石灰岩，局部分布炭质页岩和砂岩，岩石面高低起伏巨大，最大高差超过30米。岩石溶蚀裂隙、溶沟等岩溶作用强烈发育，岩体表面形态各异，岩面石笋状石灰岩分布较广，溶蚀沟槽分布无规律。桩顶基础土质层大部分为卵石层、混合土层、石灰岩层，其中卵石层较厚，一般为3---7米，且含水丰富，透水性强，施工难度较大。
二、施工工程中遇到的技术难题
在施工过程中，本工程主要碰到下列难题：①在成桩过程中遇到锤子卡入石笋状斜岩或溶洞内；②冲孔过程中突遇溶洞，泥浆迅速流入溶洞而造成的塌孔及桩机下沉；③流沙；④浇捣过程中钢筋笼上浮、⑤终孔条件难判定等一系列技术难题。
鉴于桩基施工的重要性和特殊性（无法返工，必须一次性成型），建设方在施工时召集各方参建单位多次召开会议进行部署，明确了施工单位、勘探、监理、设计等各方的职责，并且对施工中遇到的问题召开专题性的会议进行针对性的解决，充分发挥各承建方的集体智慧，取得了良好的效果。
三、施工工程中遇到的技术难题处理措施
1、斜岩
从地质勘探报告可以看出，该区域地质状况相对比较复杂，岩体表面形态各异，岩面石笋状石灰岩分布较广，溶蚀沟槽分布无规律，严重的干扰了施工进度。冲孔过程中常遇到斜岩，锤头就会往一边跑偏，造成桩的垂直度偏差过大，桩位中心偏位。
处理措施：
这时应停止冲孔，开始返浆清孔，观察清出来的沉渣为哪种强度的石灰岩，然后根据孔内石灰岩的强度，在孔内回填强度接近的块状石灰岩，回填的石灰岩一般为直径40―60cm，太小起不到作用，太大了回填的块石会卡成一团，造成孔壁局部坍塌，增大充盈系数，不利于成本控制。冲程方式改成高频短距冲孔，冲孔高度为0.7m―1.0m，冲频为每分钟10―15次。等到斜岩修复后，看到钢丝绳晃动幅度偏差不大，表明锤头已正，此时可以改用正常频率冲孔。有些桩的斜岩角度过大，一次无法修复，可以按上述办法重复进行，直到纠正过来为止。
遇到个别实在难以纠正的桩，本工程采用在原桩位的基础上扩大桩径的方法，先用块石、黄土将原桩回填到护筒底，然后将原来桩径人为加大，一般加大2―3个级别，原1米的直径换成1.5的直径重新冲孔。拔起护筒重新往斜岩方向埋设，调整桩机中心线位置，此时应注意，直径加大后，新的桩外壁应与原桩外壁相内切，新的锤头应往斜岩方向偏移。冲孔成功后虽然新的桩位中心已偏移原设计桩位中心，但新的桩径将原来的全部包含在其中，所以整个桩身还是在原设计范围内，而且由于桩直径的加大，该桩的承载力也相应加大，经设计单位验算后可满足设计要求。
2、溶洞
溶洞是成桩过程中经常遇到的问题，小的溶洞一般不会对施工产生影响，而大的溶洞则比较危险，控制不好会造成因孔内迅速漏浆而造成塌孔，严重大面积的塌孔还会造成机毁人亡的局面。
处理措施：
冲孔前施工员应对桩机操作人员进行技术交底，交底溶洞在该桩的位置及溶洞的大小、有几层（本工程最多一个桩有7层溶洞），然后结合勘探报告分析周边的桩的溶洞分布情况，这样可以判断出哪块区域内的溶洞较多，溶洞的大小分布和走向，从而制定解决办法。冲孔到单层小溶洞上0.5―1.0米时，应改用小冲程施工，同时增大泥浆的比重，做好泥浆护壁工作。接好泥浆管准备随时从泥浆池返抽泥浆注入孔内。冲孔击穿溶洞顶夹层，从泥浆池返抽泥浆注入孔内，若泥桨池内的浆已返抽完还不够时，可以向孔内直接注入清水，保持孔内与地下水位的压力平衡，防止塌孔，等液位稳定以后，再向孔内加入黄土造浆，增大泥浆比重继续施工。遇到较大的溶洞时，可在冲孔的桩机旁边堆放一些备用的黄土、稻草、片石和整包水泥。挖机及施工员于孔边作准备，溶洞打穿时泥浆会流入溶洞内，此时应从泥浆池内返抽泥浆入孔内，若孔内泥浆液面还是在下降，返抽回的泥浆亦流入溶洞内，判断该溶洞较大，此时应提起锤头，用挖机将事先准备好的黄土、块石、稻草、水泥填入孔内，然后用锤头压入孔底，反复多次后，观察孔内液位下沉情况以判断是否堵住溶洞口。若此时孔内液位不再下降，我们也应暂停冲孔，等孔内的水泥、黄土、块石沉淀稳定之后再施工。
应付大型的溶洞（单个溶洞较深、或溶洞层数较多），我们在研究勘探报告后，进行专项施工，根据溶洞的大小和深度，事先准备与桩径相同大小的钢护筒（一般厚度为1cm），太薄了起不到作用，孔内的地下水位压力会将它压扁，导致后期锤头无法在钢护筒内自由冲孔，太厚了增加成本。护筒制作好后平放在场地内，一般三节连一段（每节1.5米）共4.5米，太长了用吊机不好起吊，容易卡在护壁上。根据勘探报告冲孔至溶洞层上面50cm时，即停止冲孔，吊起锤头，用吊机吊下钢护筒，钢护筒的总高度一定要超过溶洞层的高度，这样才能有效的起到钢护壁的效果。下完钢护筒后，然后短程低频冲孔平稳冲破溶洞夹层，提绳晃动锤头将护筒轻轻压溶洞层内堵住溶洞口，观察液位下沉情况以判断是否封堵成功。若液位下降不明显，此时可继续冲孔施工。多层溶洞施工时，可重复上述办法。
有些复杂地质可能勘探报告无法完全体现出溶洞的大小、深度和位置，施工时应用心观察，随时应对突变情况。若采取上述办法还无法堵住溶洞，孔内液面下降迅速， 孔内护壁因地下水位的压力而向孔内坍塌，钻机底座边的泥土也开始下陷，此时应果断撤离现场，防止安全事故发生。等下沉稳定之后重新组织施工。
3、流沙
施工时有施工员汇报，有根桩在20米深处冲了一天了，只进尺50cm，停下来吃饭后，再量桩长反而短了20cm，到场察看后，用测绳丈量感觉孔底有许多沉渣，观察孔口返浆出的沉渣中是大小均匀的细小砂粒， 而非一些平时的颗粒状沉渣，对比勘探报告，该桩在此处有一段1.2米的砾砂区，按平常1.2米厚的砾砂段很容易用清孔的方法将砂清出孔外，为何冲孔一天，反复清孔多次还是无法进尺。我们分析该桩原来地下的一个大型的溶洞，该溶洞内有实心的细砂质填充物，溶洞呈高低斜状分布，该桩将其中间部位打穿，至使溶洞内上部的细砂不断地往下部溶洞内缓慢流入，以至每回清孔时，清出很多细砂，冲孔时锤头击落在细砂层上，冲击时发出的是闷响的声音。针对上述情况，我们制作钢护筒下入孔底溶洞口处，吊起锤头绑上泥浆管，开动泥浆泵进行带浆操作，边冲孔边返浆，一小时过后进尺明显，顺利通过该区域冲孔成功。
4、浮笼
浇灌过程中个别桩会有浮笼现象发生，最高的上浮超过2.5米。造成孔底无钢筋笼，严重影响桩基质量。对此我们分析原因有三点：
1、桩底部笼的主筋设计太密，既不经济也造成施工因难。
2、砼的配合比太小，水下混凝土的流动性比普通混凝土要大，应调整水灰比，加大和易性。
3、钻机操作人员拆导管太迟。
处理措施
根据原因寻找对策。我们联系设计单位验算钢筋笼与桩长的关系，深桩与短桩区别对待。桩长超过9米的，钢筋笼分为主、副笼。桩身上部2/3长度为主笼，下部1/3为副笼，主笼钢筋主筋根数按原设计不变，副笼钢筋主筋根数减少一半，加强箍按原设计做法不变。这样就减少了混凝土在桩身底部与钢筋笼的摩擦，减少浮笼现象发生。调整水下混凝土的水灰比，在砼强度不变的前提下，适当增加粉煤灰的比例，以加大混凝土的流动性。下完笼后浇捣前将护筒口段钢筋笼主筋外翻，每根主筋与钢护筒焊接，靠钢护筒壁的摩擦力防止钢筋笼上浮。一车混凝土浇捣完后，及时用测绳测量孔内混凝土面的高度，对比每节导管的长度后，根据导管在混凝土内的埋深情况及时进行拆除（但至少要保证有两节导管或6米埋深），防止导管在混凝土内太短发生意外坍塌而造成断桩隐患。
5、终孔条件难判定
根据勘探报告冲孔到终孔深深度时，有个别桩发现返浆出来的沉渣中不全是颗粒状石灰岩，里面还夹杂着卵石颗粒，同时钻机进尺还是很快，每小时进尺有50cm以上。同时有小部分桩在终孔位置时落锤后钢丝绳反而晃动的厉害，会往一边跑偏，出现了明显的斜岩现象。能不能判定为终孔，比较难把握。
处理办法：
结合此状况我们分析，勘探钻机钻孔岩芯样直径为6cm，而我们的桩直径为1.5米，有可能勘探钻机未能完全反映出桩身底部的地质情况，结合本工程喀斯特地貌的特点，综合判断勘探报告与现场实际地质有误。遇到此种情况，我们首先用测绳感觉孔底的岩面情况，当孔底全截面低风化石灰岩时，测绳的感觉是清脆铛铛响，碰到是杂土或其他土质时发出的闷响，结合钢丝绳的剧烈晃动情况，我们判断虽已到勘探报告建议终孔位置，但锤头尚未进行全截面岩，仍然要以斜岩的情况对待。结合以上特点，本工程综合各方因素，最终明确一个终孔判定条件：
1、到达勘探报告终孔深度时，反浆捞出沉渣，与勘探时的岩芯样进行比对，判断是否是低风化石灰岩。
2、观察钢丝绳的晃动情况，进入全截面岩时，锤头位置端正，落锤正而稳，听到的锤击岩响声是铛铛响。
3、满足上述条件后，继续冲孔3小时，此时由监理方、施工方、建设方三方共同参与旁站，观察锤头的进尺情况，若3个小时的总进尺小于40cm，则判断为进入全截面石灰岩层达到终孔条件。
四、技术难题处理后的效果
经过各方参建单位的全力配合，施工单位的精心组织，克服了桩基施工工程中遇到的斜岩、溶洞流沙、浮笼、塌孔、终孔判定难等一系列技术难题。目前本项目桩基施工结束，通过超声波、低应变及取芯检测，所有桩身完整无缺陷，没有出现一根Ⅲ类以上桩，桩身完整性全部满足Ⅰ类、Ⅱ类桩条件。通过静载及自平衡法检测桩的沉降量为0.5―2cm，完全符合规范要求。
岩溶发育地区桩基施工难度大，只要用心去做，依靠建设各方的共同努力，攻坚克难，一定能确保工程质量，为社会提交一份完美的答卷。