吉好地建筑设计武汉有限公司长沙分公司 湖南长沙 422111
摘要：针对冲孔灌注桩施工过程中遇到很多溶洞的情况，根据不同溶洞，分别采取了挤石造壁法、静压化学灌浆法及套内护筒法等方法进行处理，取得较好效果，保证了桩的质量；针对冲孔灌注桩施工过程中遇到的掉钻、卡钻及塌孔事故，分别采取不同处理措施，保证了钻孔质量及施工工期。
关键词：冲孔灌注桩，溶洞，卡钻，塌孔。
1 工程概况
（1）湖南铁道职业技术学院新校区项目二期一标段主要为学生宿舍4#~6#，总桩数为172根，有效桩长为10m～25m；采用的桩径为700mm、800mm、900mm、1200mm共4种，单桩承载力特征值分别为2800KN、3700KN、4700KN、8400KN，桩身混凝土强度等级为C35；持力层为中风化灰岩，桩端嵌入倾斜岩石全断面的深度不小于1.0m；钢筋笼纵筋接头均为焊接，桩体主筋砼保护层不小于60mm。
（2）根据工程详细勘察报告及超钻勘察报告，岩溶主要发育于岩层浅部，岩溶发育程度随深度增加逐渐减弱；岩溶的形态主要为溶洞、溶蚀沟槽，其均被褐红色软塑状含碎石粘土全充填，表明岩溶形态为早期地下水溶蚀遗迹。超前钻遇溶洞（溶槽、溶沟）孔为122个，占比约71%，溶洞（溶槽、溶沟）高度在0.6m-14.4m，层底深度在8.9m-32.3m。
2 施工部署
施工前应对施工做一个整体部署，准备好相关设备及材料，施工部署主要包括：施工准备及桩位测量、埋设井口外护筒、打桩机就位冲孔、泥浆池（造浆及沉淀池）的设置、泥浆制备、水下灌注混凝土。
3 溶洞处理方案
根据场地超前钻资料，选择溶洞部位进行试钻，冲孔至溶洞所处位置标高时，会产生严重漏浆、穿孔现象，漏浆及穿孔是岩溶地区施工难点和质量控制的重点。
3.1施工控制措施
（1）对于漏浆量小的桩位，待泥浆面稳定后，停止浆液循环设备。采用干燥块状黏性较好的粘性土掺200～400mm片石回填，投料顺序为粘性土、片石循环投料，配比为粘性土：片石为1：1，每回填完约2m高度采用桩机锤进行压实，采用PC200反铲挖掘机回填至溶洞上口位置上2.0m标高时，静止约2～4小时后进行冲孔，冲孔时应低锤快击，落距控制在1m左右，直至完成至设计孔底标高。若不能满足要求重新回填、复压、冲孔至满足施工质量要求为止。
（2）对于漏浆量大的桩位，待泥浆面稳定后，停止浆液循环设备。采用干燥块状黏性较好的粘性土掺200～400mm片石、水泥回填，投料顺序为水泥、粘性土、片石，配比为粘性土：片石为1：1，水泥用量每立方掺200kg，每回填完约2m高度采用采用桩机锤进行压实，回填至溶洞上口位置上2.0m标高时，静止约2～4小时后进行冲孔，冲孔时应低锤快击，直至完成至设计孔底标高。若不能满足要求重新回填、复压、冲孔至满足施工质量要求为止。
（3）在成孔过程中，如果遇到夹层溶洞时，采取复打复填，抛石，黄泥块，水泥等方式进行施工。
（4）在遇到溶沟，溶缝导致泥浆漏浆时，采取碎石，小片石，参入适量水泥进行回填冲击，把裂缝裂沟直至形成可靠的护壁，阻止浆体流失，再进行下部施工。
（5）对于冲孔施工过程中泥浆面突然下沉的桩位，可能出现空溶洞，按第（2）条施工，若仍无法满足要求，采用C20素混凝土+7天早强填筑，回填48小时（强度约70%）时再重新进行冲孔。
（6）遇有特殊情况时，现场施工管理人员应及时通知项目经理及项目技术负责人，同时汇报监理和相关单位，第一时间制定措施，并按措施落实防止产生塌孔等意外，控制损失。
3.2施工准备
（1）根据超前钻资料，确定溶洞的埋深、大小、所处地质、溶洞内充填物类型、溶洞走向和地下水系情况，根据地质情况制定相应的处理措施。
（2）由于岩溶地区水平溶洞、溶沟和溶槽众多，有的桩孔间相连，而且有的排架之间也有贯通。到底先冲哪个孔，需在详细的地质资料基础上，审慎选择。一般先冲溶洞较小或孤立不连的孔，再冲溶沟、溶槽走向下端的孔，待成孔后就可减少或者堵住其它地下水活动的通道，免于泥浆和砼的流失。冲孔顺序：上下游对称，并考虑孔与孔之间的相互影响。
（3）在冲孔作业前应制定相应的溶洞处理措施，并根据措施在施工现场备好所需的材料。
3.3溶洞顶部穿越措施及其判定特征
（1）机械冲孔，操作人员要根据各桩位的超前钻资料，掌握岩溶位置及岩层的分布规律，冲进时应根据岩层的变化，采用不同的冲程和频率。并及时排渣，注意观察护筒水位的变化情况，采用泥浆护壁冲进时，应检查冲孔泥浆的各项指标，防止井壁坍孔，泥浆流失。接近溶洞顶板时，应逐渐改为小冲程、低频率冲进。
（2）当溶洞顶部被击穿时，泥浆面会急剧下降，此为判定是否打到溶洞的主要判定特征。此时应在事先准备好泥浆泵，利用泥浆泵对孔内进行补浆，防止泥浆面下降导致孔壁坍塌。
（3）当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下轻提慢放，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的。岩溶处理如采用挤石造壁则尽可能的将顶面穿孔扩大，待回填完成后再对此部分进行成孔，避免冲锤被卡。
（4）击穿溶洞后，应采用测绳测出溶洞底面高度，结合溶洞顶面高度推算出溶洞内空高度，并对冲渣进行取样，做好相关记录。此部分工作应平行进行，尽量减少完成此部分工作的时间。
3.4岩溶处理方法：挤石造壁法
本方法适合于地下潜水或岩溶裂隙水压不大的溶洞。从经济上考虑时，如溶洞过大，回填方量较大，施工过程中难以保证将溶洞填满确保不漏浆，则不宜采用此方法。
（1）孔位周围应事先准备足够的片石、碎石（A20～80cm，强度≥MU50）、粘土、袋装水泥（普通硅酸盐水泥，P•O42.5R）。冲孔作业在冲进距溶洞顶部0.3～1m时（视冲孔机械冲进速度确定），安排一台装载机到位备用，配合处理的工人带上工具在现场待命。
（2）当发现孔内泥浆面急剧下降时，则应立即补浆，提起钻头，待测量工作完成后，装载机立即向孔内回填片石和碎石，片石、碎石回填级配良好，每回填至一定数量往孔内投入袋装水泥（普通硅酸盐水泥，P•O42.5R），再回填，回填过程中应对回填层顶面高度进行测量，回填至高出溶洞顶面1m即可。
（3）回填工作完成后，即恢复冲孔作业。
（4）常见问题及处理措施：
1）溶洞顶面没有完全击穿，回填的片石和碎石可能堵住孔口。在回填一定数量的片石和碎石后，测量确定回填层已高出溶洞顶面时重新冲进，重新回填，直至溶洞内被填满。
2）当回填完成后，冲孔机械冲进至溶洞内时，仍有漏浆现象。
应重新回填、重新冲孔，回填可加大袋装水泥的用量。
3）当回填后形成的孔壁无法堵住地下水时，可直接回填混凝土。
3.5岩溶处理方法：静压化学灌浆法
本方法适用于溶洞内有填充物填满、流沙、空洞或水洞，在冲孔桩施工前先进行预处理，采用固结填充物和流沙，在桩体周围形成防水帷幕，另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪能力形成挡土墙，防止塌孔。
（1）溶洞中回填物如为砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾；溶洞中回填物如为粘土、亚粘土等土体，浆液通过劈裂、挤密作用加固土体；对无填充或半填充溶洞，浆液是通过充填作用填满溶洞。
（2）采用的化学浆应在几十秒内瞬间凝固，应控制浆液灌注在一定范围内且不流失，控制漏浆，提高材料的利用率，可采用水玻璃水泥浆。
（3）根据浆液的扩散半径在采用此方法的孔位四周均匀布置布4个灌浆孔，以使注浆后在桩四周形成防水帷幕，孔径80mm，孔深要求达到需处理的溶洞底部。
（4）采用双液灌浆系统进行全孔注浆，要求少量多次、反复灌浆。
（5）此方法可与桩基施工形成流水作业，可保证工期。
3.6溶洞处理方法：套内护筒法
对于较深、较大、地下潜水或岩溶裂隙水较大溶洞，当采用其他方法无法堵住漏浆或成本较大时，可采用此方法。
（1）需将溶洞顶面完全穿过，使溶洞顶面岩层成孔垂直光滑，保证护筒能顺利下到溶洞底。
（2）若溶洞以下再无溶洞或与下一个溶洞间隔较小时，同一直径护筒跟进至溶洞底板；若同一根冲孔桩遇溶洞间隔较远时，则用同一直径的护筒首尾相连焊接，护筒外围加焊钢筋确保接口牢固、严密，长度较长时，分段吊装，分段焊接。
（3）最内层护筒的长度应从需处理的最后一个溶洞底面以下1.0m直接伸至地面。
（4）如溶洞底面为斜岩面，护筒底部可能只有一点或几点接触岩面，其余绝大部分悬空，张开面形成空洞。施工时必须先用小片石和碎石或者素砼采用挤石造壁的方法将空洞堵住，否则会造成护筒歪斜、钻头掉致洞外卡钻等事故。冲孔机械冲进时用钻头反复低冲程打密方法，在空洞处形成泥浆壁。打密过程中，一面挤石造壁，一面小行程切削高出的倾斜岩面，直至全断面进入岩层为止，钢护筒随之下沉，跳进就位，更换钻头正常钻进。
（5）由于孔低沉渣较厚，护筒可能无法沉至岩面，此时可采用正循环清孔配合护筒下沉。
4 事故处理措施
4.1 掉钻事故处理
（1）随时准备好打捞锚钩，一旦掉钻要及时打捞；
（2）如用锚钩打捞有困难时，设法检查情况，用冲抓锥来抓取掉落的钻头；
（3）如采用上述办法仍无法将钻头打捞上来，应与设计单位协商，有两种方案：
1）若钻头在已经到达设计岩层掉落的，直接灌注混凝土，采用后注浆加固；
2）若钻头在未到达设计岩层掉落的，在原桩位旁边增补两根桩。
4.2 卡钻事故处理
（1）首先要查明情况。如卡钻位置的标高和卡钻原因，是不是钻孔不圆、探头石、落石、溶洞塌孔、钻头倾倒、钻头卡住后有无沉渣堵住等。
（2）要防止强提、强扭和操作不当使钢丝绳疲劳断裂掉钻。
（3）查明卡钻原因后，采取相应的措施。一般处理方法有：
1）如果是孔不圆、探头石、落石等原因卡锤，可采取晃动大绳使钻头松动使钻头上下活动，最后再将钻头提起；
2）若卡钻后较长时间内仍无法将钻头提起，则需要用扩孔器将卡钻以上部分孔扩大后将钻头提起；
3）若是溶洞被突然击穿导致钻头被岩石掩埋，则另用一钻头将掩埋部分岩石击碎后将被卡钻头提起；
4）若是在斜坡岩上钻头倾倒被岩石卡住，则用爆破的方法将斜坡岩炸碎从而将钻头提起。
4.3 塌孔事故处理
（1）对孔内轻微塌孔，可抛填粘土坯及碎石，冲砸造壁填补。
（2）对孔内严重坍孔，可采取以下处理方法：
1）分次回填粘土坯、块石及袋装水泥至坍方标高以上0.3~0.5m，循环反复冲砸达到重新固壁；
2）采用干硬性水泥砂浆回填，施工方法同上。
5 结语
通过采取上述溶洞处理方案及事故处理措施，有效解决本项目在岩溶地区冲孔灌注桩施工过程中遇的困难，施工较顺利，取得了比较好的效果；经抽芯、低应变及静载检测，承载力满足设计要求，全部172根桩均为Ⅰ、Ⅱ类桩，其中Ⅰ类桩数量达到95%以上。经过对湖南铁道职业技术学院新校区冲孔桩基的施工，为公司今后在岩溶地区进行冲孔灌注桩基础设计施工积累了经验。
参考文献：
（1）《溶岩地质冲击钻孔灌注桩施工工艺》；
（2）谭仲毅，陈昌松《岩溶地区高层建筑基础设计及溶洞处理技术》；
（3）《岩溶地区冲孔桩成孔施工处理技术》；
（4）郭志伟《冲孔灌注桩在高层建筑深基础中的应用》；
（5）黄勇，冉隆位《冲孔灌注桩技术在高层建筑深基础中的应用》；
（6）周伟新《岩溶地区化学灌浆加固处理与下卧层强度验算》；
（7）刘亚涛《水下混凝土钻孔灌注桩施工质量控制研究》；
（8）范文斌《岩溶地区钻（冲）孔灌注桩施工的难点及其技术对策》。