建筑技术丨岩溶地区超高层项目钻孔灌注桩施工技术及质量控制研究

1 工程概况

大运枢纽物业开发项目南地块位于深圳市龙岗区龙飞大道及龙岗大道交会处，项目紧贴深圳地铁大运站，建筑面积约35万m²，地下4层，地上包含2栋150 m人才安居房，1栋250 m超高层办公写字楼及1栋220 m超高层办公写字楼。

本项目工程桩共计585根，桩径有7种类型，分别为1 m、1.2 m、1.4 m、1.6 m、2.2 m、2.6 m、2.8 m。

1.1 水文地质条件

根据场地勘察报告，场地内地层自上而下分别为素填土、淤泥质粘土及粉质粘土、溶洞（槽）堆积物、全风化砂岩、强风化砂岩、白云质结晶灰岩、白云质溶蚀灰岩、白云质碎屑灰岩。

根据其赋存介质的类型，场地地下水主要有孔隙水、构造裂腺水、岩溶水3种类型。孔隙水主要赋存于第四系松散地层中；构造裂腺水主要赋存于强风化、中等风化带及断裂构造裂隙中，略具承压性；岩溶水主要赋存于碳酸盐溶洞及溶（裂）隙中，具承压性，水量丰富。

1.2 岩溶情况

根据钻探揭露，本项目揭露可溶岩（灰岩）的钻孔有57个，其中有31个钻孔揭露到溶洞或溶隙，主要分布在场地中部，共发现溶洞（隙）78个（钻探发现78个，根据发育的规模和相连性统计后，按33个进行处理），见洞率为54.39 %；单孔线岩溶率2.06 %~68.39 %，根据DBJ/T15—136—2018《岩溶地区建筑地基基础技术规范》中表3.1.4，判断大运枢纽物业开发项目南地块岩溶发育等级为弱发育~强烈发育。

本项目岩溶为覆盖型岩溶，主要发育在灰岩地层，发育方向和强度受层面和裂隙控制，多沿陡立灰岩层面垂向呈溶隙形态发育，水平向连续性较差。场地溶洞规模大小不一，部分钻孔揭示的溶洞呈串珠状。根据溶洞的填充情况不同，溶洞可分为无填充、半填充、全填充3类。无填充为在地表水或地下水的作用下而形成的空洞，半填充的情况下填充物多为软塑状态的含粉质粘土砾砂及溶蚀的灰岩碎块，全填充的填充材料主要是含碎石的粉质粘土，当钻入洞穴时，冲洗液完全消失，表明溶洞与外界存在水力联系，或者溶洞之间是相互连通的。

2 岩溶对钻孔桩的风险影响

相对于一般地区，岩溶发育地带的钻孔灌注桩施工会存在更多的风险点，主要有以下几方面。

（1）岩溶发育地区钻孔极易发生塌孔、掉钻、卡钻等情况。如果是覆盖层岩溶密度不够且在钻孔前为进行溶洞探测，在钻孔中轻则出现泥浆溢流、塌孔，重则在钻孔过程中突然出现掉钻、钻机损坏，甚至出现周边地面出现塌陷、钻机倾覆等安全事故。

（2）岩溶水主要赋存于碳酸盐溶洞及溶（裂）隙中，水量丰富，具有承压性。在钻孔过程中钻透溶洞覆盖层极易出现基坑涌水等情况的发生。

（3）岩溶发育地区岩面高差会非常大，在钻孔时若正好位于岩面倾斜位置，极易出现斜孔情况。

3 岩溶地区预防措施

3.1 地质勘察

岩溶地区地质条件复杂，本项目通过钻探+物探相结合的方法。

钻探是为了查明场地下岩层的具体深度和岩层面标高的走向，岩溶发育的程度和空间分布、埋藏深度、岩溶水的动力和水动力特征征；为物探提供CT孔；开展溶洞填充物原位测试、取样试验和抽水试验。

物探主要是使用多道数字高分辨率地震仪通过钻探孔跨孔弹性波CT探测，通获取各传输点弹性波的传播时间和振幅，获取复杂数据通过计算和反演2个钻孔之间的波速图像，最终形成溶洞的成像图形。

3.2 桩基础设计

在岩溶地区进行桩基础设计，要着重考虑桩基础的承载能力是否能够完全发挥。考虑到岩溶的不可预见性，最稳妥的办法就是采用小桩径+群桩的设计较为合理，而采用单柱单桩或者将单桩的承载力设计的过大则不太合适。

因为岩溶地区桩基础在施工过程中容易出现各种不可预见的情况，从而使成桩的质量出现偏差，小桩径+群桩的设计一般单桩的承载力会较小，若在施工过程中因溶洞导致的桩基检测出现质量问题，补救也相对容易。

4 灌注桩施工应对措施

4.1 溶（土）洞预处理

预处理即是对地质勘察中发现的溶洞在桩基施工前进行处理。办法一般有换填法、注浆法、填充法。

（1）换填法。换填法适合用于溶（土）洞埋深较浅的区域，可以直接用挖掘机将溶（土）洞挖除后回填素土的方式解决。

（2）注浆法。注浆加固法适用于场地下部存在中、深层土洞。施工前建议先采用超前钻进一步探明溶(土)洞的边界、深度及影响范围（一般称探边孔）后再在溶洞内加以钻孔（一般称中心孔），钻孔深度建议钻至溶洞底标高以下不少于2 m。注浆一般采用袖阀管注浆的方式进行处理（图1），探边孔注浆料采用水泥浆+水玻璃的双液浆，其目的是使用水玻璃快速凝固的愿意进行溶洞封边，中心孔则可采用单液水泥浆的方式即可。

图1 袖阀管构造示意

（3）填充法。填充法适合对承载力要求较高且处理规模较大的溶(土)洞，填充材料主要有水泥砂浆、素混凝土、片石等，处理工艺流程如图2所示。

图2 填充法处理工艺流程

4.2 溶（土）洞过程处理

过程处理主要是针对勘察为探明的溶（土）洞，但是现场成桩过程中出现的情况，在钻孔桩施工过程中若存在溶（土）洞则相对应的会出现泥浆流失、掉钻、卡钻等情况。

在桩基成孔过程中若发现勘察为探明的溶洞，施工单位需第一时间通知五方责任主体单位进行现场判定。处理的方式如下。

（1）溶（土）洞高度小于1.5 m时的处理措施。此类溶洞较小，且溶洞多为半填充甚至全填充的情况。针对此类溶洞的特点，可以直接往桩孔内投入粘土，用钻机反复冲击搅拌挤壁成孔，此种办法可以使片石和粘土在溶洞内形成一道环壁，从而不影响钻机正常成孔。

（2）溶（土）洞高度在1.5~5 m时的处理措施。此类溶洞大小一般，在施工处理中一般采用往桩孔内持续补泥浆，同时抛以粘土、片石以及袋装水泥的混合物，用钻机搅拌使混合填充料填满溶洞，直至钻机可以正常成孔为止。

（3）溶（土）洞高度不大于5 m时的处理措施。此类溶洞属于大型溶洞，一般的办法已经不好解决，遇到此种溶洞较好的办法是往孔内安装导管，采用素混凝土进行水下回填，混凝土浇灌高度应高于溶洞，待混凝土终凝后方可重新成孔。

（4）若遇到超大型溶洞（溶洞高度10 m以上），采用灌注混凝土的办法，需要的量难以确定，需要的成本投入可能会较大，此类超大型的溶洞建议采用全套管全回转钻进的方式成孔。

主要是利用全回转钻机的施工原理将护筒压入地层；同时采用抓斗将孔内的渣土掏出，并始终保持护筒底超出开挖面；其优势在于护筒根据压入地下土（岩）层，同时还起到了护壁的作用，直接将避免因溶洞导致无法成孔的影响。

5 灌注桩质量问题处理措施

（1）桩位偏差。桩孔定位必须严格按照计算→复核→测量的程序进行，每道工序应由专人负责复核，并实行签字通过制度；在钻机开钻之前，由测量人员使用全站仪进行测量复核检查，且由技术负责人进行监督，测量护筒偏差须小于20 mm。

（2）偏孔。一旦出现偏孔，应利用翼片较多的扫孔钻头慢转，从偏斜处上方往下反复多次扫孔，或直接使用筒状钻头进行修正，并向孔内回填粘土，捣实后重新缓慢钻进。

（3）断桩、夹泥。应及时连续浇筑混凝土，若中途停顿，宜不超过30 min。清孔时孔内沉渣须清理干净。浇筑结束后应注意假灌现象，严禁距混凝土面4~6 m处将混凝土与浮浆混合，在有条件的情况下应尽量使用振动棒或利用导管自身反复捣插。

（4）孔壁坍塌。成孔后将钻头提高至距孔底10~20 cm，保持慢速空转，并且维持循环清孔时间不少于30 min。钢筋笼吊放时，为避免碰撞孔壁，应使钢筋笼的中心与桩中心保持一致。为了利用混凝土的巨大冲击力，达到清除孔底沉渣的目的，开始灌注混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为30~40 cm，并应保证足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下1.0 m以上。

6 结论

总之，在岩溶发育地区进行桩基础施工过程中，为了确保工程质量的有效控制，要从勘察、设计、施工多方面、多维度地对岩溶进行全面深入评估，才能制订出科学有效的施工方案，从而保证灌注桩的施工质量。