复杂岩溶地质条件下旋挖灌注桩施工方法

吴智 周烨 王照文 柯标志 符靖 章燕清

【摘要】结合湖南长沙大王山矿坑生态修复利用工程-五星级酒店工程桩基工程应用实际情况，具体介绍了在复杂岩溶地质条件下旋挖灌注桩的施工工艺及质量控制要点，并说明该技术具有较好的经济效益、实用性及优越性，是一种在建筑工程应用中值得推广的施工工艺。

【关键字】旋挖灌注桩；岩溶地质；施工工艺

1、前言

随着社会经济文化的发展，早在八十年代各大城市就掀起建造狂潮了，现今的建筑用地也越来越紧缺，在这种情况下，规划师只有向城市周边扩展规划以求解决用地紧缺的局势。因此，当下和今后的建筑用地的地质情况会呈现多样性即地质情况会越来越复杂。矿坑生态修复利用工程-五星级酒店工程桩基工程建设场地地质条件复杂为特殊岩土。其中特殊岩土包括人工填土、流塑-软塑淤泥质粉质黏土、残积粉质粘土及微发育岩溶。

为应对复杂地质情况下建筑物基础建造的经济性的前提下解决建造难题，本文作者在工程施工的过程中进行了大量的研究探索，安全、保质、按期完成了该工程的基础工程。在通过对矿坑生态修复利用工程-五星级酒店工程的基础工程的具体施工技术情况和进一步提炼形成了本篇论文，为今后类似工程施工提供借鉴。

2、工程概况

本工程位于长沙市岳麓区坪塘大道与清风南路交汇处的东南角，总建筑面积约6.3万m2，地下两层，地下室为框架-剪力墙结构，地上23层，主体结构为外钢框架内混凝土核心筒，建筑总高度约98m。

本工程桩基础形式：本工程桩基础共317根，其中ZH-1（φ1200）桩88根， ZH-2（φ1500）桩17根，ZH-3（φ900）桩157根， ZJ-1（φ1200）桩33根，ZJ-2（φ1600）桩22根。桩孔直径900mm～1600mm，桩基深约11m～41m。桩身砼为C40水下、C45水下，所有桩基底均要落在微风化灰岩上，持力层单轴抗压强度标准值fa=60MPa。

建造场地内地下溶洞、间断性裂隙多，局部溶洞最大深度超过30m，溶洞、裂隙填充物为软塑红粘土、砂砾石等，且局部存在空洞，经综合比较冲孔灌注桩与旋挖灌注桩的施工工艺特点以及相关专家的论证，决定该工程的基础工程采用新型旋挖灌注桩施工方法。

3、关键施工技术与工艺

3.1 施工准备

施工准备分为技术准备和现场准备。技术准备为编制桩基础施工技术专项方案，经公司审批后报监理及建设单位审批，并落实专家会审意见。桩基础图纸的会审及交底，根据设计图纸结合地勘资料做好桩孔施工记录，并采取相应处理措施。并对工程地质的可钻性分析：工程地质可钻性分为土壤可钻性分析及入岩可钻性分析两个方面。 现场准备为根据现场施工平面布置图落实现场临时道路、临水及临电、钢筋材料堆场及加工场。落实进场原材料取样送检，设备进场验收工作。在土质地基上铺设片石临时道路路基，再满铺路基箱作为施工临时便道。

3.2 测量放样

按照从整体到局部的原则，进行桩位的坐标放样，桩位放样按桩机规划行走路线及桩孔施工先后顺序进行依次放样。

每个桩孔用全站仪放样，桩位的中心点并打入钢筋（φ20（L=800mm））做好标记，再采用十字线打指示桩（4*φ20（L=800mm））四角定位，安装钢护筒，下护筒后经二次复核无误后方可进行钻孔

3.3 钢护筒施工

钢护筒在加工厂加工，采用卷材机卷板，尺寸要准确，要求平滑。钢护筒焊接接头形式必须符合设计要求及规范规定。并达到与母材等强度的要求。钢护筒对口拼装要在夹具等辅助工具帮助下进行，定位合格后应进行定位点焊。为减少变形和内应力，钢护筒对口焊接时宜对称施焊。焊接工作完成后，所有拼装辅助装置、残留的焊瘤和熔渣等均应除去。

3.4 钻机就位

在钻孔作业之前需要对钻杆进行调垂。在钻杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而钻杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的电动按钮或操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的钻杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使钻杆最终达到作业成孔的设定位置。

3.5 钻进成孔

钻孔时先将钻头着地，记录钻机钻头的原始位置，操作人员可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到弃土堆放位置，用挖掘机或装载机将钻渣装入运渣车运至场外废除，以减少对施工现场的污染。施工过程中通过钻机本身的三向垂直控制系统反复检查成孔的垂直度，确保成孔质量。地质情况记录按相应的地质的相关的表记录，交接班时应有交接记录。根据旋挖钻机钻孔的地质情况记录，绘制孔桩地质剖面图。达到预定钻孔深度后，提起钻杆，测量孔深及沉渣厚度。

3.6 泥浆循环作业

泥浆材料的选定及配合比：7～10%膨润土；0.5～1%工业用碱；0.1%羟甲基纤维素（CMC） ；拌和用水为自来水。测定泥浆材料性能的基础上，及时试配泥浆的最佳配合比。施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上。 浆池采用泥浆柜或现场砌筑泥浆池。在施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的最优钻进参数，为工程桩的施工提供依据。钻进过程中注意观察岩性变化，做好施工记录，确保桩端进入持力层满足设计要求。

3.7 塌孔及陡岩处理

踏孔处理一般采用回填法施工即逐层掏出溶洞、裂隙內的软土，若连续掏出4-5筒泥仍没有进尺，表明孔内塌孔，反复捞土，形成空腔，塌孔采用串筒向孔内浇筑同标号C40水下混凝土，由于水下灌注混凝土采用串筒浇筑，将溶洞内底部大量泥浆挤出，混凝土浇筑高度超出溶洞上部顶面1500mm以上，如由于溶洞太大导致泥浆量大，需根据现场实际情况增加混凝土浇筑高度，待48小时后混凝土达到一定强度后重新成孔。

钻孔中遇到半石半土情况时，应改进钻孔工艺，将钻头换成筒钻，用筒钻将岩体按设计桩径边缘线切割成缝槽，再换成盘钻将孔内的岩体钻掉。钻进时应减慢钻进速度，随时检查钻机的垂直度，保证不发生钻孔倾斜情况或及时发现及时纠正。

如出现钻孔过程中由于桩孔两侧强度差异较大出现桩孔偏移，则在偏孔后回填桩芯同标号（C40/ C45水下）混凝土，待混凝土达到一起一定强度后（C20强度以上）再采用筒钻开孔，确保该部分半石被切削，如半石高度较大，需采取分次浇灌混凝土及钻孔方式，直至半石完全被切削。

3.8 成孔检测

1） 成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁垂直度、沉淀厚度等进行检查。沉渣的检测。

2）沉淀厚度必须进行检查，检测前准备好检测工具，测绳、检孔工具等；

3）检孔工具：检孔器形似小型钢筋笼高3.0m，外径D按设计的孔径大小而定。检测孔器的制作采用粗钢筋（φ32、φ28），要求检孔器必须规则，具有一定的刚度，防止在使用过程中发生变形，同时减少周壁突出，防止在检孔过程中造成对孔壁破坏。

3.9 清孔

采用正反循环交替清孔排渣，先利用泥浆泵正循环往孔底压浆，泥浆向上翻动力冲起沉淀物，而后用砂石泵工作时吸入形成负压，由于不断的平衡吸渣使管内外形成压力差，产生液流，当流速达到额定数值时将孔底泥砂钻渣随液流到达地面。

3.10泥浆浓度、沉渣厚度检测

将检测器放下去，记录检测圆板上测绳的长度；在用钢丝测绳把检孔钢筋放下去、记录检孔钢筋加测绳的长度；两长度之间的差就是沉渣厚度。如孔底水量不大为泥浆糊状，可采用人工丢水泥后进行机械拌合，使底部沉渣形成水泥土，待底部形成一定强度后再采用抽渣筒进行处理。

3.11钢筋笼制作及安装

钢筋笼纵向钢筋的混凝土保护层厚度为50mm。钢筋笼外侧需设定位筋（定位筋为同截面4根凸型HRB400φ10（L=50CM）@2000，穿4cm厚混凝土垫块），以保障钢筋保护层厚度；为确保钢筋笼稳定性，每个加劲箍内设等边三角形HRB400φ20@2000钢筋内支撑焊接牢固，避免钢筋笼骨架变形。圆型加劲箍与每条纵向钢筋的交接点全部焊接牢固，避免钢筋笼在吊运中产生不可恢复的变形。

3.12 灌注水下砼

灌注桩统一采用水下混凝土浇筑，混凝土塌落度应控制在160mm～220mm，不得有离析现象。当导管埋深超过4m后应进行提管，提管采用汽车吊/履带吊，提出一节后将下部导管固定在孔口上，放松导管，检查固定是否牢固，拆除上節导管。灌注水下混凝土过程中，孔内混凝土面连续不断上升，导管埋深也在不断增加，需要定时测量混凝土上升情况，记下罐入的混凝土量，测定坍落度。由于场地内溶洞、裂隙较多，在冲击成孔时会出现部分塌孔现象，特别是溶洞、裂隙岩石壁至桩孔壁厚度较薄的土层，因相互间的粘附力较差，施工过程中受冲击和水的扰动易发生塌落，需在成孔过程中填充混凝土再次开孔形成稳定的护壁避免塌孔。

4、施工质量控制

测量人员根据设计图纸和甲方提供的导线点，坐标点来引放出轴线及桩位，完成后，应复检验收，并办理好签证手续，开孔前一定将轴线和桩位置复核准确，才能开孔。箍筋与纵筋必须焊接牢固，保证整个钢筋笼的整体性和刚性，起吊时，保证钢筋笼的垂直度，不能产生不可恢复的变形，保证钢筋笼的中心与桩位中心重合。对特殊过程的重要参数，质量特性逐一列出，制定连续控制计划，确定监控目标要求及检测手段，由施工员、质检员进行连续监视和控制并做好记录。

5 应用效果

在矿坑生态修复利用工程-五星级酒店工程桩基础施工中应用，采用旋挖灌注桩时遇到溶洞的处理技术措施是成功的，解决了旋挖灌注桩遇到溶洞时施工过程中大部分难题，减少了旋挖灌注桩施工的难度，相比传统的施工方法，节约了钢筋、混凝土等实体材料的投入，提高了施工功效，节约了工期，质量更可靠。

现以矿坑生态修复利用工程-五星级酒店工程施工为例进行效益分析：

正常条件下施工工期为96天，采用本工法施工可以缩短至86天，节约工期7天，固定成本节约8000元/天×10天=80000元。

通过应用溶洞处理施工技术交底，有效的指导现场施工，可节约、钢筋、混凝土等实体材料的投入，提高了施工功效，减少劳动力投入。

1）节约人工 120元/工日×86天×5人/天=51600元

2）节约材料

钢筋：8吨×4800元/吨=38400元

混凝土：120立方米×400元/立方米=48000元

结束语

该工程经过上述施工技术后，所施工的桩经检测试验，均符合相关要求，工程质量得到了保证，值得向同类工程推广应用。

参考文献：

[1]建筑施工手册（第四版）[M]，北京：中国建筑工业出版社，2003

[2]王家全等，岩溶地质旋挖灌注桩成孔工艺及其基桩质量控制研究[J].施工工艺，2014，43（19）

[3] 何佯达， 浅谈旋挖钻的优点及在特殊地层所发挥的优势[J].企业技术开发，2009，28

[4] 中国建筑科学研究院.JGJ 94-2008建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.