蔡万昌 王东尧 王婷婷 杨长
（中建四局贵州投资建设有限公司贵阳分公司，贵州贵阳 550000）
【摘要】：岩溶地区由于地质条件的复杂性和不确定性,致使桩基设计和施工存在着很大的挑战,国内和国外在岩溶地区桩基础的研究主要是集中在桩底洞穴顶板稳定性等,当桩孔侧向存在溶洞桩基础施工研究较少。贵州地处岩溶地区多发的山区，端承桩是在这一地区高层建筑物首选的基础形式，持力层的岩层大多是为中风化石灰岩，在桩孔开挖尤其是干作业成孔机械开挖时往往侧向的溶洞难以发现，或者难以处理，会导致在桩基础浇筑的时候导致混凝土大量的流失，导致经济损失和工程质量得不到保障的要求。本文结合实际工程对桩孔侧向存在溶洞桩基础施工工艺，根据施工技术研究成果，对岩溶地区端承桩干作业成孔侧向溶洞桩基础的设计与施工工艺进行了深入的分析与评价。
【关键词】：干作业成孔 端承桩 岩溶地区 施工工艺
1、工程概况
改革开放的进一步发展，我国的经济水平逐步提高，从而促进了建筑业的快速发展，国家西部大开发政策出台，更促进了建筑产业在西南地区的发展。由于西南地区分布着众多的岩溶地貌，目前对岩溶地区桩基的研究主要集中在岩溶地区桩基的形式和岩溶地区桩基的承载特性上，对在侧向溶洞的处理研究较少。
本文结合贵州一房建项目建设工程具体实践，在工程中采用干作业机械旋挖成孔施工工艺，满足地基承载力的情况下采用钢筋笼+铁皮的方式，处理桩孔侧向存在小溶洞的施工工艺对岩溶地区端承桩的应用提供借鉴。
1.1工程概述
本工程为框架剪力墙结构，底部设2-3层地下室，基础部分采用干作业机械旋挖灌注桩基础，为端承桩，桩直径设计为1000-1500mm，平均桩长4.5米，以中风化石灰岩为持力层。
1.2工程地貌状况
拟建地区场地，大致地形为西高东低，东面有一带状沿河低地，基本形成北、西、南三面有山合围出中、东部凹槽谷地，地形复杂，落差较大，有三座大小不等山峰，土少石多，植被脆弱有少量原生小树林。
1.3工程水文状况
据地表地质调查及钻探探查，拟建场地地下水类型主要地下水为基岩裂隙水。基岩裂隙水：赋存于节理、构造裂隙、风化裂隙和张裂隙发育的断裂破碎带。石灰岩为含水层，其发育的节理裂隙为地下水流动提供了较有利的渗流条件。拟建场区附近无大型河流，无补给水源，仅受大气降水补给。根据钻探简易的水位观侧，钻探结束24小时后，现场人员观测，钻孔多为干孔，个别钻孔孔底含少量钻探积水，非地下水。钻探深度范围内未揭露地下水，地下水位位于持力层以下。
1.4工程地质状况
拟建场地基岩以石灰岩为主，为碳酸盐可溶岩类，极易溶蚀，受地质构造应力的强烈作用，场地岩溶发育在中等到强发育程度，场地内无活动性断层通过，区域稳定性及地质构造环境良好；场地无液化土层存在，无其他影响地基稳定性的不良地质现象，场地类别为Ⅱ类；场区抗震设防烈度为6度，设计地震为第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，周期为0.35s。
2、岩溶地区基础持力层选择
拟建场地地表岩土特征自上而下分述如下：
杂填土：由碎石及粘土、砖块、垃圾等组成，松散，分布于场地大部分地段。
红粘土：褐黄色，在场地中可塑状态、软塑状，红粘土分布场地大部份地段，局部地段缺失红粘土。
基岩：可分为强风化（手可拿碎）、中风化；从取芯的情况看，岩心较破碎，呈块状、砂状，少量为短柱状、长柱状，岩层为中厚层，岩性较硬，且水平方向差异不大。岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。
根据工程岩土工程勘察报告及地区工程经验，取用岩土力学参数如下:
杂填土：γ=18.0kN/m3，ck=8kPa，φk=8°，frbk=20kPa。
红粘土：γ=17.5kN/m3, ck=28kPa, φk=7°，frbk=60kpa。
强风化石灰岩：γ=22kN/m3，ck=50kPpa ，φk=20°，fa=300kpa,frbk=270kPa。
中风化石灰岩：γ=27.1kN/m3，ck=300kPpa ，φk=35°，fa=4000kpa,frbk=1200kPa。
土层部分，硬塑红粘土分布于整个场地，根据地基承载力特征值，该层地基土均匀性差，且拟建主楼单柱荷载较高，不宜作为地基持力层使用；强风化石灰岩：呈破碎状，小范围分布，岩层厚度差异较大，岩体破碎，节理裂隙发育，岩层稳定性较差，为软岩，承载力低，不宜作持力层；中风化石灰岩：根据室内试验，拟建场地中风化石灰岩属较硬岩，承载力较高，岩体地基稳定，中风化地基岩体压缩性极低，可视为不可压缩体考虑，均匀性好，地基稳定性好，为场地最佳地基持力层。
3、岩溶地区基础类型的选择
拟建项目施工场地经过现场整平后，大致可分为三种类型:全开挖区、半开挖半回填区和全回填区。在完全开挖区，开挖后的地表为中风化岩层。在详细勘探阶段，地质勘查部门采用一柱一钻的方法，对底板岩层溶洞和裂缝情况进行勘探。
根据拟建工程建筑基础设计总说明，对开挖区域，若柱下地层中无溶洞和满足地基承载力采用独立柱基；若柱下地层中有溶洞或者裂槽，则根据溶洞的大小和裂槽的发育情况，决定是采取处理措施还是采用桩基础；在回填区域则采用干作业旋挖机械成孔桩基础。
本工程采用桩基础形式为端承桩，端承桩桩身承担的竖向荷载主要由岩层阻力承受，通过桩身侧表面与土层的摩阻力传递给周围的土层的荷载很小。施工时以控制贯入度为主，桩尖进入持力层深度，并满足桩身混凝土强度、上覆土层的性质、岩石性质、嵌岩深度、孔壁的粗糙程度、施工工艺、桩底沉渣、软弱下卧层等影响因素，在成孔时最适宜采用旋挖干作业成孔。
旋挖钻机成孔是利用柴油机为机械提供动力带动钻头旋转钻进取土的一种灌注桩成孔施工工艺，旋挖机采用履带底盘承载行走，履带受力面积大，对场地适应性强，分干作业和湿作业两种。
在本工程中采用机械旋挖干作业成孔施工。因泥浆护壁钻进工艺在施工过程中需要应用到泥浆，并产生大量的泥浆、废渣、造成场内环境污染，同时不利于现场文明施工管理，旋挖干作业成孔工艺，不需要泥浆护壁，尤其适合与城市建设基础施工，主要体现的优点为，施工效率高，成孔质量好，环境污染小，采用旋挖机进行干作业成孔施工，可以确保工程质量。旋挖钻机对不同场地及地质条件适应能力强，在干、湿环境，素土、岩石或淤泥等土质均能施工。
4、成孔后发现侧壁存在小范围溶洞
拟建工程地区施工的特点，岩溶对该地区的工程地质条件的连续性有了不同程度的破坏，给旋挖干作业成孔灌注桩在岩溶地区施工增加了一定的困难。根据地勘报告，整个场地岩溶地层中的溶洞等基本上都是沿着水平方向发育，该地区的地貌条件受该地区的水文条件的影响较大，一般而言，碳酸盐岩石的这种可溶性岩石的分布范围比较广，另外的硫酸盐岩以及卤素岩的分布范围较小，而且这种可溶性岩石的发育状态通常也不是很典型，形成的岩体比较小，其中的矿物成分存在较多的碳酸镁，因此不易形成较大的溶洞。
据本次勘察结果，建筑区起伏不大，无滑坡、泥石流、崩塌等不良地质作用，场地无断裂通过，各岩土层分布较稳定。根据已完成钻探情况，拟建场地岩溶中等发育，发现溶洞发育最大洞高8.2m，其余溶洞洞高均不大于6m，在成孔过程中遇到的溶洞洞高不大于3m。
在成孔过程中所遇到的桩孔侧部存在溶洞的部分有代表性的溶洞见表1：
表1 拟建工程中部分溶洞表
5、混凝土浇筑时遇到溶洞的处理方法
在成孔后根据溶洞的大小及位置选择合适的处理方法，一般处理方法包括：利用混凝土进行溶洞填埋或利用钢护筒进行围挡浇筑。
5.1利用混凝土进行溶洞填埋
在成孔，清孔后，安装混凝土浇筑导管浇筑低标号C20混凝土，至溶洞顶1米处终止混凝土的浇筑，12小时后待混凝土凝固后再进行二次成孔，使溶洞中形成新的有一定强度稳定性的孔壁，确保桩身混凝土的灌注成功。
5.2利用钢护筒进行围挡浇筑
桩基施工溶洞处理的另一常见措施是钢护筒的跟进，其中钢护筒一般直接在工厂订做，护筒壁厚12～15mm，护筒直径根据桩径、孔深选取。钢护筒需要机械成筒，双面焊进行连接，必须满足所有焊缝连续饱满，同时钢护筒的整体刚度需要满足要求。多层护筒跟进时，由于钢护筒长度较长，护筒的制作、加工及拼接的精度、准确性要求较高，尤其是施工现场的拼接质量控制。为此在护筒拼接前必须逐段对各护筒进行筒径、长度的检查，做好标识，并设置导向钢板，以保证其顺直度，逐段拼接，施放护筒，直至其不能自行下落，然后采用机械施打至预定深度。钢护筒埋设满足要求后，清孔浇筑桩身混凝土。
两种处理方式经济效果不明显，造成材料浪费，成本增加，达不到降本增效的目的。拟建工程所采用的钢筋笼+铁皮的施工工艺要是针对上部传统工艺进行改进，降低了成本、缩短了施工工期，实用效果良好。
随着经济的不断发展，高新技术的发明及普及，取代了原有的传统工艺。因贵州省处于喀斯特地貌，地质结构复杂，因此在桩基施工过程中，常常会出现地勘孔地下周边地质与地质不符的情况、导致在桩基施工过程中桩侧壁经常会出现大小不等的溶洞，如果使用砼填筑会出现以下几点缺点：①无法估量砼用量，造成砼浪费；②成本会增加很多，造成不必要的经济损失；③会造成工期增加，材料浪费，无形中增加成本。
6、镀锌铁皮处理
图1 钢筋笼+铁皮大样图
拟建工程中39#楼-10#孔桩，在桩基施工过程中侧壁出现溶洞，现场勘察后决定，对溶洞采取措施，达到降本增效的效果，使用的钢筋笼+铁皮的施工工艺。步骤如下：
①准备0.8mm铁皮，在出现溶洞的孔桩查看溶洞位置，制作好钢筋笼，在制作好的钢筋笼上大概标出溶洞位置。
②对该位置进行保护层加工，利用钢筋废料加工成保护层焊接于加劲箍或主筋位置处。
③利用铁丝将铁皮绑扎在溶洞相应位置的钢筋笼、固定。
④利用吊车进行钢筋笼吊装，在下钢筋笼的时候，注意不要与周边相碰撞。
⑤浇筑及周边维护
本施工工艺主要针对端承桩侧壁溶洞处理，地勘钻孔时无法勘测到钻孔周边地下状况，桩基施工过程中侧壁出现溶洞，（有的溶洞大小无法估量）若采取混凝土填塞，因无法估量溶洞大小，无法确定混凝土用量，会造成不必要的经济损失，故本发明主要针对该种情况，对端承桩侧壁溶洞进行处理，工艺简单，经济效果明显。
7、结论
本施工工艺与传统的施工工艺进行对比分析，主要能从工期以及成本上节约，能保证桩底沉渣满足要求，不影响桩的质量。减少混凝土的用量以及钢材的浪费，相对于采用钢护筒施工，制作方便，减少人力以及机械的投入，不需要进行焊接，节约工期70%左右。本工法与传统的施工工艺进行对比分析，施工更加方便，能够显著降低施工材料消耗，减少施工工期，从而降低施工成本，得到业主和监理单位的一致好评，并取得良好的社会效益。今后，在国内相似的工程项目有着广阔的推广应用和发展前景。
参考文献
[1] 邢书博. 岩溶地区深桩基施工技术探讨与研究[J]. 科学中国人, 2015(11X).
[2] 乔春林. 北沿江高速公路裕溪河矮塔斜拉桥桩基岩溶处理[J]. 工程技术:文摘版, 2016(8):00315-00316.
[3] 王勋, 曹玉露, 邵伟. 岩溶区多层串珠型溶洞桩基成孔综合处置施工技术探讨[J]. 科技风, 2017(20).
[4] 迟立梅. 浅谈桩基串珠式洞处理施工技术[J]. 科协论坛, 2012(4):8-9．
[5]贾定祎，汤继新，王炜钢构工具式挖孔桩护壁的设计与应用[J].建筑技术.第3期.231-132
[6]黄瑞豹，刘瑞盛，杨骏池.钻孔桩基础施工时遇到溶洞的技术探讨.[J]广东交通职业技术学院学报.第4期.2002.12.14-18.
[7]张艳奇. 岩溶地区桩基础工程施工技术研究[D] 硕士论文.昆明理工大学.2011.04
[8]李光耀，李卫民. 贵州不同地区红土地质化作用的差异性对红粘土基本性质影响分析.[J] 工程勘察 2010年增刊第1期.127-132