摘要：现代化建筑设计中房屋设计内容越来越宽泛，新工艺与新技术的应用使各类异常施工情况被有效处理，钻孔灌注桩具有承载力高和适用性强的特点，可以用于岩溶地区或其他复杂地区施工。本文以钻孔灌注桩作为研究对象，分析施工时常见的异常情况，采用综合处理技术降低施工难度，解决偏孔、塌孔以及卡钻等问题，保障施工质量。
关键词：岩溶地区；钻孔灌注桩；综合处理技术
引言：我国地域辽阔，一些地区发育过程中有较多的岩溶地层，这类地层和其他不良地质共同组成了复杂地层，容易对建筑基础造成稳定性的影响。采用钻孔灌注桩施工工艺，将其用于岩溶地区能够取得良好的施工效果。
1.钻孔灌注桩施工的异常情况分析
探究在岩溶地区进行钻孔灌注桩施工时，容易出现的异常情况。具体如下：
（1）钻孔不进尺。一方面，黏土层与圆砾层有塌孔，导致钻进时无法进尺；另一方面，岩层内有高强度情况出现，进尺缓慢，冲击钻钻孔时无法进尺主要是与卡钻现象有关。此时施工人员需要经过现场勘查后，结合地质资料确定引发坍塌的原因，如果表面粗粒石层没有填充物，可以将钢护筒深度从3m增加到9m，使其穿过圆砾层。
（2）漏浆、塌孔、卡钻问题。岩溶区本身就容易塌陷，钻孔灌注桩施工时需要用到加长的钢护筒，但孔壁泥浆渗透情况依然存在。施工人员需要在泥浆池底部与周边铺设防水雨布，并在泥浆内掺入2％的水泥，以此解决孔壁渗漏问题。
（3）塌孔问题。一旦在施工时发生塌孔现象，这将可能导致整个工程施工面全部坍塌。钻机如果出现倾倒现象，钢护筒也会沉降倾斜。多数塌孔问题主要在圆砾层和粉质粘土层出现，该土层在地表之下且埋深不同，钢护筒埋置3m却没有穿过圆砾层，且地下水位较高，与地面距离2m左右，所以施工时如果遇到溶洞，孔中水位快速下降，施工人员来不及处理，最终引发塌孔事故。要求施工人员除了加长护筒深度到9m以上，还要对容易塌陷的地区及时回填。
（4）钢护筒下沉。由于钢护筒沉没时没有到达持力层，导致灌注桩钢护筒下沉，混凝土无法灌注到标高位置。建议采用比原护筒直径大10cm的钢护筒，将其套在原护筒上，将其中的水抽到原护筒顶部以下再进行焊接。
（5）断桩问题。钻孔灌注桩施工时的断桩主要有两种情况，一种是经过混凝土浇筑后，采用超声波检测发现断桩，此时应采取加桩重新钻孔定位的方法处理问题。另一种情况是混凝土灌注时出现长时间中断，此时也按断桩处理[1]。
2.岩溶地区钻孔灌注桩施工工艺
2.1施工工艺
2.1.1冲击灌注桩
冲击灌注桩就是使用冲击钻机上卷扬机带动钻头，依靠冲击锤自动下落的动能将土层与岩层结构破坏，使土形成泥，岩石破碎为岩渣，在带有护臂作用的泥浆将泥土与岩渣带出孔内，最终成孔。在岩溶地区中，冲击钻机使用十分广泛，它适合用在填土层、淤泥土层、黏土层等土层中。岩溶地区地质情况复杂，可采用该方法进行施工。不仅如此，冲击钻机拆装方便，成孔速度快，可以自主造浆，施工时不会受到地下水的影响，有着较大的冲击力。桩基施工前需要做好相应的准备工作，根据地质剖面图勘察溶洞的类型，对隐患问题提前设置应急方案。钻孔灌注桩施工应按照“先钻长桩后钻短桩”、“先钻外围桩后钻中间桩”的方法避免土体发生位移[2]。
2.1.2回转灌注桩
回转钻就是利用高压将泥浆通过钻机空心钻杆从底部射出，底部钻头回转，将图层搅为钻渣，再被泥浆悬浮，泥浆上升时钻渣溢出孔外，经过沉淀池净化后可循环利用。优化设计多级合金超前压轮钻头倾角，按照岩层特性和岩土力学理论，为了提升钻进效率，要求钻头倾角需要满足以下条件：
公式当中，θ指的是多级合金超前压轮钻孔倾角。岩土材料与钻孔间的滑动摩擦系数取值0.2-1.0，钻孔倾角取值45°-60°，但实际上倾角可能偏大。以往的回转钻机成孔快，可清理孔内杂质，保护内壁，但穿过溶洞时容易偏孔，漏浆之后会埋钻。为了对钻孔加以改进，使用多级合金超前牙轮钻头，钻头长2m，是桩径1.5倍左右。回转灌注桩施工工艺具有良好的优越性，依靠牙轮的滚动能够减轻钻进阻力，实现多级破碎和切割岩石，保障进尺顺利。应用多级合金段上半部修正孔壁，使其被切割为台阶，减少孔偏。将孔内循环泥浆作为冲洗液，防止牙轮运转时因温度过高而发生破坏，利用泥浆冲洗破碎面，带走破碎的岩石颗粒。
2.1.3旋挖灌注桩
旋挖钻机是利用长钻杆带动钻头对岩溶地质旋转剪切，使土体装入钻头，在提升钻杆时将钻头提出孔外卸土，将钻头沉入孔底并进行旋转剪切，从而达到成孔的效果。按照旋挖钻头是否使用泥浆护壁，常见的作业方法有以下两种：（1）旋挖钻机干法作业。施工工艺上无需泥浆护壁，可直接取土，施工时减少泥浆排放，钻渣取出后可以直接送出，有效节省施工时间，降低施工成本。该作业方法噪音低，降低环境污染，成孔质量优良，适合用于粉质黏土或强风化砂岩地质下的岩溶区域。桩基施工时如果岩面不平可能会出现偏孔问题，使用C15混凝土进行回填整平后继续施工。钻孔后用平底钻头清洗孔洞。（2）旋挖钻机湿法作业。针对岩溶地质条件，应选择直筒式钻头，提升钻筒高度，要求钻头具有导向结构。在使用螺旋钻头时，应适当增加钻齿直径，避免卡钻。按照溶洞的相关查勘资料，在距离溶洞顶部500mm的位置钻进，直到穿越溶洞顶板。进入洞穴后使用轻压钻孔完成操作，防止因斜孔而卡钻。
2.2主要施工方法
2.2.1埋设护筒
要求护筒的直径超过桩身直径20cm左右，确保钢筋笼的放置与钻孔偏差及时调整。埋设护筒时应测量护筒垂直度，保证其埋置过程不会有过大偏差，要求护筒埋设高度超过地面20cm左右。
2.2.2钻孔
一方面，钻机就位。使用自动化控制系统调整钻机垂直度，钻头中心和护筒的十字中心对正，桩机钻孔施工。一边钻孔一边保持钻杆垂直度，记录钻杆钻进深度和地质特征，方便对钻孔施工的有效控制。另一方面，在岩溶地区的钻进。采用一桩一勘的方式，按照勘测报告了解溶洞所在区域，钻进施工到该区域上方2m左右处缓慢钻孔，在桩位周围准备黏土与碎石。钻进时如果钻机阻力变小，反复钻进几次后进入溶洞区域，以1:1比例回填黏土、碎石、水泥，碾压钻进的位置，保证周围溶洞填充完成。通过注水检查后发现结果超出溶洞顶面1m，可以使用浮球测量水深，2小时后如果水位没有变化，用水泵抽回即可继续钻孔作业。表1为钻孔灌注桩施工时用到的主要设备与相关材料[3]。
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2.2.3吊放钢筋笼
将加工好的钢筋笼放在距离桩位较近的地方，准备吊装。下方钢筋笼使用汽车吊进行，保持钢筋笼和孔的中心一致，严格控制钢筋笼的标高，底面高程偏差为±5cm；顶面高程偏差为±2cm。在钢筋笼的底部向上50cm处设置加强箍和十字交叉钢筋，防止混凝土浇筑施工时钢筋笼上浮。施工后检查桩的深度，遇到塌孔问题时应提出钢筋笼并清孔。
2.2.4浇筑混凝土
底口混凝土浇筑。钻孔、吊装钢筋笼后浇筑混凝土，浇筑时间保持在2小时以内。放置钢筋笼后安放孔口板与导管，导管底部放置在钢筋笼十字交叉位置。顶部漏斗中混凝土量应满足导管埋深1m，随后开始连续浇筑，使导管埋深在2-6m。当导管底口距离与钢筋笼底口距离超过2m时，可恢复混凝土的正常浇筑速度。
溶洞位置浇筑混凝土。缓慢浇筑混凝土在原溶洞底口往下1m至上方2m处，避免孔洞不密实而增加混凝土量，浇筑高度超过溶洞2m后可以正常浇筑。浇筑时观察混凝土的顶面高度，确保超灌高度不低于70cm。混凝土终凝后拔出护筒，在桩顶位置安装防护盖板。每根钻孔灌注桩所用到的混凝土量计算公式为：。r和R分别指的是钻孔灌注桩和导管半径；h是导管距离桩底的高度；A是灌注桩的截面积。
3.岩溶地区穿越溶洞施工技术
3.1冲击钻孔穿越技术
当高度低于1.0m时，如果小溶洞内有很多填充物，建议在穿越溶洞之前抛投黏土和碎石，反复应用小冲击力试着将回填物挤入溶洞，避免穿越溶洞后发生漏浆问题。一般情况，回填到溶洞顶部的1m处即可。当高度在1-3m时，对于大溶洞，不仅要抛填黏土，还要加入袋装水泥，使用冲击钻机进行钻孔，再将填充物填入溶洞，不断冲钻保证正常钻进。由于填充物中掺入了水泥，其强度可达到标准，施工后可以让孔壁能力增强，防止孔内坍塌，避免混凝土浇筑后因压力过大而出现断桩问题。当高度在3-6m时，对于大溶洞需要先填土黏土和碎石，再用袋装水泥混合填入，如果钻孔时出现泄漏现象，应立即补浆处理，向孔内填入碎石和黏土。如果效果依然不明显，且混凝土流失，断桩严重，混凝土超灌，建议向孔内关注C15混凝土，灌注到溶洞顶部2m左右的位置，当混凝土达到强度后继续钻进。当高度超过6m时，针对这种超大溶洞，钻孔灌注桩施工时可能会带来严重的泄露问题，一旦漏浆时没有及时填充浆料，将有可能出现大范围坍塌事故。因此，针对这类超大溶洞施工，在采取钻孔灌注桩施工方法的同时，还要融合钢护筒跟进施工。
3.2回转钻孔穿越技术
穿越溶洞的顶板之前，应科学使用钻机设备，保障钻头稳定操作，避免钻头碰到孔壁，合理控制泥浆的比重，将土层和岩层分别保持在1.2和1.35左右，钻头在穿破溶洞顶部时应控制好进尺的尺寸，提前投放黏土，防止偏孔。保持钻头平稳，适时终孔。对小规模溶洞直接回填粘土即可，对大规模溶洞可采用回填土和钢护筒跟进相结合的施工方法。面对深层溶洞，建议采取多层钢护筒跟进的办法，当桩径是1m的，用1.3m钻头钻孔，穿破溶洞后埋入1.3m钢护筒，使钢护筒深入溶洞的底部，随后再埋入一个1.2m钢护筒，用1m钻头钻到设计标高，护筒间用沙石回填即可。
3.3旋挖钻孔穿越技术
3.3.1干法穿越
钻孔灌注桩施工前，应按照图纸要求，对深度在0.5m-3m的溶洞采取静压化学灌浆法，当溶洞加固体拥有一定强度后继续开钻施工。如果发现裂隙，可采用正常成孔施工方法，钻穿溶洞或者通过裂隙位置时填充混凝土，保持一定间隔再钻入洞内。使用C15混凝土进行回填，在混凝土内加入早强剂可以提升混凝土强度，节省施工时间，回填高度应当穿过溶洞与裂隙位置50cm左右。溶洞发育时会有较多大型溶洞桩，钻孔灌注桩施工时可以使用毛石多层嵌套管，以钻柱为基础，按照埋钢套管的数量确定钻孔直径。内外护筒内径会有15cm的差距，那么内护筒内径和设计桩的桩径之间允许有0.15m的误差。
3.3.2湿法穿越
溶洞高度低于1m时，钻头钻穿顶板立即提升钻头，保持泥浆水位，避免钻头被填充物掩埋，防止出现埋钻现象，对有漏浆的桩孔投入粘土块，回填到溶洞顶部1m处，下钻头反复挤压，保持孔壁密实。溶洞高度为1-3m时，采用回填法，向有填充物的溶洞孔内抛投碎石或水泥浆，经过反复挤压达到填充效果。溶洞高度超过3m时，用旋挖钻机钻到一定深度，在距离溶洞顶部1m处使用钢管振动下沉到钻孔底部，指导钻孔穿过洞穴顶部，再将钢管沉入洞穴底部即可。
总结：总而言之，在岩溶地区展开钻孔灌注桩施工作业时，不仅施工难度大，且有着较多的不可控因素，要求施工单位做好充分的施工准备工作，在了解岩溶地质情况的基础上采取针对性措施解决施工问题。明确钻孔灌注桩的主要施工工艺与施工方法，科学采用穿越溶洞施工技术完成施工任务，从而提高施工效益。
参考文献：
[1]马剑萍.钻孔灌注桩在岩溶地层施工中的工艺探讨[J].市政技术,2020,38(03):254-257.
[2]徐建.某工程岩溶区域桩基问题的处理方案[J].有色冶金设计与研究,2019,40(05):51-53.
[3]李虎,王鹏书.岩溶地区钻孔灌注桩施工技术的研究[J].江苏建筑,2019(04):80-82.
[4]高永民,侯丽君,杨小年.磨万铁路岩溶地区钻孔灌注桩施工技术[J].四川水力发电,2019,38(04):46-48+71.
作者简介：伍柏权(1971.11-)，男，工程师。