在粤北溶岩地质条件下钻孔灌注桩基施工技术探讨

詹清平

【摘要】本文结合粤北溶岩地区房建工程的实际施工经验，分析了桩基础施工时溶洞的特征，总结了在溶洞地质条件下桩基施工的常规成孔法，从而安全、经济、高效地完成桩基础施工。

【关键词】房建工程；桩基；溶洞

1. 工程概况

某楼盘位于广东省韶关市武江区境内，属于溶岩发育地区，功能为高级住宅小区，楼层27～31层。基础均采用冲孔桩基础，桩径有0.8m、1.0m、1.2m，地质勘察单位对该楼盘进行单桩勘探，地质勘探结果大部分桩属于溶洞桩，桩身设计长度为30～43.5m。地质资料显示从上至下为1、素填土，2、粉质粘土，3、残积粉质粘土，4、全风化粉砂质泥岩，5、微风化灰岩，6、微风化灰岩。部分溶洞为空洞、半填充、全填充。地下水不发育，所有溶洞均未发现地下水。土洞和灰岩溶洞（部分为空洞）极为发育，地基存在潜在的不稳定漏浆。

2.溶洞处理目的及处理方法

2.1溶洞处理的目的

溶洞处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度，防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及完成水下混凝土灌注。

2.2处理方法

由于溶洞埋藏较深，不能直接采用填充混凝土等一般方法处理，通常处理溶洞的方法是片石粘土筑壁法、灌浆法、双钢护筒跟进法等。

3.溶岩地区钻孔灌注桩施工工艺

3.1片石粘土筑壁法

在溶洞不是太大（一般2m～5m以内），存在漏水或半漏水，护筒水头高度不能保持时，可采用片石加粘土，（按1：3体积比）回填冲击使其形成泥石护壁，一次不行回填冲击两次，两次不行回填冲击三次，如此反复回填片石粘土，直至形成泥石护壁，不再漏浆为止。该方法优点是操作简单，原材料价格低廉，处理溶洞造价较低。缺点是该方法对单桩出现溶洞处理效果明显，对溶洞较大且贯通性溶洞则不易采用。

3.2灌浆法

在溶洞埋藏较深、溶洞较大且与其他溶洞相通，易采用灌注水泥浆、水泥砂浆的方法，该方法直接对溶洞进行填充，主要集中对溶洞较大桩位处进行地质加固，以保证钻孔时护壁泥浆不流失。该方法优点是对埋藏较深、溶洞较大且与其他溶洞相通，通过注浆可将溶洞直接填充，多用于溶洞集中处，避免在桩基施工时，需对逐根溶洞桩进行处理，可节约时间、加快进度、节省大量成本。采用该方法需对溶洞地质勘探准确。

3.3双钢护筒跟进法

1）工艺程序：施工准备 埋设护筒 移动桩机、定位 钻孔 回填片石、粘土溶洞处理 清孔、吸泥清渣。

2）施工要点：

① 外护筒直径应较设计桩径大20cm，内护筒直径应较设计桩径大5cm。

② 施工程序：根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长，先易后难，先外后内的原则确定各桩施工顺序。

③ 外护筒下至岩面以后，即开始对覆盖层和顶板进行冲钻，其钻孔方法与传统的冲击钻孔方法相同，但成孔的桩径比设计桩径大7cm，一遍内护筒顺利通过顶板。护筒跟进示意如图：

④ 当钢护筒打至第一层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，为使开孔坚实、竖直、圆顺和对继续钻孔起导向作用，应在钻孔前抛0.5-1.0m3的小片石和适量粘土，借钻头冲击力把粘土、石块挤向孔壁，以加固护筒刃脚。内护筒刃脚处理示意如下图：

如上图所示，利用冲击成孔时对孔壁会产生挤压的特点，在钢护筒刃脚范围内抛填块石、粘土，用2-4m冲程进行冲压，使其密实造壁，反复多次，直至孔底平整才可以向下冲进，处理同时可以冲平参差不齐的岩面。

3.4 施工工艺比选总结

在溶洞较大，洞内无填充物或有流塑状充填物，采取片石加粘土反复冲击仍无法形成泥石护壁时，可采用双钢护筒跟进方法，将其振动下沉至已钻成的孔内，用以隔断溶洞内流塑充填物或水的方法。该方法优点是对单根较大溶洞桩处理效果明显。缺点是需购买大量钢护筒，造价相当大，对相连通溶洞则不易采用。

根据本工程的地质情况，经过认真分析，经济比选，决定采用片石粘土筑壁法结合灌浆法来进行施工，溶洞夹层深度较大的可采取双钢护筒跟进法施工。

4.施工技术、质量控制

现对27栋4号桩施工进行分析，该桩护筒顶标高为58.452m，设计孔底标高27.002m，应钻深度31.45m.采用冲击钻成孔，钻头直径1. 0m，钻头质量4200Kg。

上部地质为素填土（黄褐色）、粉质粘土，微风化灰岩、溶洞（软塑状粘土全填充）、微风化灰岩、溶洞（软塑状粘土全填充）、微风化灰岩、中风化灰岩、溶洞（无填充）、中风化灰岩。厚度分别为3.5m、5.1m、5.5m、3.9m、0.8m、0.8m、3.2m、0.8m、3.1m、4.75m。钻进速度较快。下部地质为微风化灰岩（强风化、弱风化），厚度分别为5.5m，与勘探地质资料基本一样，再下面钻至第一层溶洞，泥浆迅速流走，水头高度急剧下降，造成漏浆，及时回填片石、粘土并用桩锤冲击造壁，并马上补水，防止水头高度继续下降，以免造成塌孔。为保证固壁良好，向孔内投放片石，以0.6m的小冲程钻进，并按比例投入粘土，溶洞内钻进时，泥浆比重为1.5。经以上方法反复操作，不再漏浆，顺利通过第一层溶洞。

第一层溶洞与第二层溶洞之间为4.8m的微风化灰岩，岩质较硬，进尺慢，在冲至离第二层溶洞约1m处，小冲程冲击，逐渐击穿顶板，进入第二层溶洞，与设计地质相符，同样出现漏浆现象，23.6米高的水头瞬间流走，溶洞高为3.1m，由于该层溶洞较大且与1-3号桩相连通，经反复向孔内投放片石与粘土均不见效，所以改用注入水泥浆来填充溶洞，该方法虽需大量水泥浆，但可一次性填充1-3号桩基溶洞，为以后其他桩基施工节省时间、加快进度。

最后一层地质为中风化灰岩，岩质较硬，在该层施工中，为保证第一层溶洞的稳定，泥浆比重均在1.5以上，泥浆未加水稀释，只保持循环，浓度较大。采用吸泥法清孔，利用钻机的泥浆泵持续吸渣5min～15min左右，将孔底钻渣清除干凈。当下完钢筋笼和导管后进行二次清孔，使清孔后孔内泥浆指标及孔底沉渣厚度符合设计及规范要求。

5. 桩成孔成效对比

经过数据统计分析，采用片石粘土筑壁法结合灌浆法，顺利完成溶洞桩基施工，历时5天，其中成孔耗时2天，溶洞处理3天，溶洞处理抛投片石平均每根桩需片石64m3，粘土192m3，水泥浆48m3。而若采用双钢护筒跟进法，历时6天，其中钢护筒施打耗时1天，成孔2天，溶洞处理3天，钢护筒施打7.38t，溶洞处理抛投片石平均每根桩需片石45m3，粘土135m3。实践证明，采用片石粘土筑壁法结合灌浆法比采用双钢护筒跟进法，节省了施工时间，加快了施工进度，同时节约大量费用。

结束语

[1]粤北溶岩地区溶洞桩基成孔施工方法，是经过实践经验总结出来的。

[2]地质勘探必须具备足够的深度，以保证提供准确的地质资料。为确保安全，建议采取一桩二钻探。

[3]已完成的所有溶洞桩基，经高应变动测法检测、抽芯检测与静载试验检测，均为Ⅰ类桩，优良率100%；证明桩基的成孔方法是成功的。