张配双1 谷彦霖2 李永贺2 易川东2 张忠浩2
1.南京市地铁交通设施保护办公室 江苏 南京 210019
2. 中国二局第三建筑工程有限公司华东分公司 江苏 南京 210019
前言：岩溶地区存在地层架空结构,破坏了岩层的完整性,由岩溶形成的不良地质作用将影响地基基础，极有可能会由于下卧溶洞或土洞坍塌而引起地面塌陷，施工中的大型机械倾覆；或岩溶地下水突涌，对地下连续墙、泥浆护壁成孔灌注桩以及基坑施工造成严重安全质量风险；或由于溶洞与断裂构造裂隙的影响，地下连续墙与基桩的泥浆护壁将难以保证，跑浆漏浆会导致地墙槽段或桩孔塌壁，以及水下混凝土灌注时难以到达设计标高。在长江漫滩地区，岩溶和断层存在使地质情况变得尤为复杂，不均匀地基沉降对工程建设来说是极为严重的风险因素。由此可见，施工勘察技术的应用和勘察成果质量的保证，尤为重要。
关键词：长江漫滩、构造裂隙、岩溶、一桩一孔
一、项目概述
本工程为NO.2014G34B地块，北临规划中的中央大道，东临规划中的中央北路（下部为地铁三号线盾构区间），该项目重要性等级为一级，场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度等级为二级，综合确定岩土工程勘察等级为甲级。地基基础设计等级为甲级。抗震设防类别为乙类。基坑侧壁支护结构安全等级为一级，重要性系数为1.10。建筑桩基设计等级为甲级。
二、勘察目的与任务
本次施工勘察，主要目的是通过钻探、原位测试和室内岩土试验等勘察手段对场地工程地质条件作出详细的分析与评价；探明基桩受力性能范围(即桩长及桩端以下5m范围)的地质剖面，所勘察桩范围内的溶洞位置、洞体大小、洞内填充情况和填充物性质，评价溶洞的稳定性等情况，为设计、施工提供工程地质资料和必要的设计参数。
三、勘探方案和技术措施
3.1勘探点布置及要求
本工程采用超前钻，要求进入桩端下完整基岩层不小于5m，并保证此5m范围内基岩完整无溶洞，破碎带等缺陷，若遇缺陷，应继续向下钻进，保证5m范围内基岩完整，直至满足条件为止。本次勘察钻孔溶洞发育区域按一桩一孔布置，其它区域暂按一柱一孔布置，若勘察期间发现新的溶洞分布，将及时加密钻孔至一桩一孔。
3.2勘察技术要求
1) 取样：根据监理要求采取岩石样品。
2) 测量：实测孔位和孔口高程。
3) 室内测试：主要为岩石样品，天然或饱和单轴抗压强度、块体密度、软化系数。
3.3勘察关键技术
（1）泥球护壁结合套管法：对于岩溶裂隙（或小溶洞）漏浆，在采用膨润土粉、黄土（泥）、水泥浆等护壁效果不明显的情况下，可向孔内回填湿粘土球，下入钻具在孔内上下活动挤压，将泥球挤进岩溶裂隙间或成为泥浆，转动钻具扫孔，让泥球挤压孔壁，达到填充裂隙、保护孔壁的目的。用做泥球的粘土，宜塑性较大、粘结性强（混合适量水泥提高泥皮强度），不易被冲洗液冲刷掉，可有效堵住岩溶裂隙，阻止漏浆，保证正常的钻探施工。
（2）多层套管护壁法：溶洞规模较大，尤其是空溶洞串（连续多个溶洞）、半充填或溶洞充填物呈流塑－软塑状态时，向孔内投泥球难于护壁，可采用跟管钻进。在钻探施工实践中，由于地层复杂多变，宜采用综合措施，即先小径超前钻进，大径扩孔，多次变径、下入多层套管的钻进方法。对于多层套管、变径钻进的方法，钻探施工前要分析已有的邻近场地的岩土工程资料，了解场地溶洞发育程度及在设计钻探深度内可能出现的溶洞个数，正确设计钻孔结构和套管程序，开孔口径要留有余地，将较大直径的厚壁套管击到灰岩面隔离上部覆盖层后，采用Ф75mm金刚石单动双管钻进，遇到溶洞后，提起钻具，取出岩芯，再用Ф146mm合金钻具扩孔钻进，直到溶洞底部或进入岩石一定深度，把Ф146mm岩芯管作为第二级套管，留在钻孔内，换小一径金刚石单动双管钻进；在具有多层溶洞的岩溶区中钻探，可能要采用Ф127mm至Ф73mm等多层的套管,逐级换径或跨级换径如Ф146mm管内放入Ф108mm管，这样便于钻机操作，防止钻具卡在套管内。
四、成果分析
本工程地质情况复杂，拟建场地南部位于震旦系灯影组白云质灰岩分布区，该岩层岩溶发育，可见岩石溶蚀现象。钻探至岩溶发育部位时普遍存在漏浆现象，需要使用大量的膨润土制备泥浆进行钻进。构造裂隙（溶洞）填充物内均充填满松散的基岩风化碎屑、碎块和泥质、砂质等，泥质成分主要为软~可塑状的粘性土。本次勘察B-2#楼部位、附属商业裙楼及西侧地下车库揭示岩溶发育，故以20号剖面线（不含20号剖面）以西计算钻孔见洞率及线岩溶率。结合勘察结果通过计算可得钻孔见洞隙率为24.78%，线岩溶率为10.53%，岩溶发育程度为中等发育。
本次勘察未见土洞及地面塌陷。土岩交界面处未见地下水频繁升降运动，地下水未对土层形成潜蚀作用，且勘察揭示的构造裂隙（溶洞）填充物内均充满充填物，不具备形成土洞的条件。
1、构造断裂
由于幕府山—焦山断裂（F5）横穿拟建场地，本次勘察部分钻孔的白云质灰岩岩芯表面肉眼可见挤压变形的斜层理，该区域内岩体曾遭受较强的应力作用而产生变形破坏，局部形成⑦a层破碎状中风化白云质灰岩。中更新世晚期（Q2）断裂活动期堆积形成的⑤层强风化灰岩，风化不均匀，岩体胶结较差。钻孔灌注桩穿越上述岩层时，由于岩体破碎，裂隙很发育，会产生坍塌掉块、卡钻等问题。
2、溶洞分布走向
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由上图岩溶与断裂分布图可知，本地块溶洞分布走向与构造断裂走向基本一致。考虑到溶洞的三大成因：①可溶性岩石的性质；②地质构造特征；③地下水的动力条件。本地块可溶性岩层为白云质灰岩，存在构造断裂，且毗邻长江，地下水系丰富，为溶洞的发育提供了良好条件。在勘察施工过程中，钻至基岩时部分钻孔出现漏浆现象。经详细勘探，本地块基岩裂隙水分布较广泛，含水岩组岩性为震旦系灯影组白云质灰岩。裂隙较发育，富水性较好。主要接受上部孔隙水和长江水体入渗补给，以径流为主要排泄方式。基岩裂隙水与上部孔隙水之间存在着一定的水力联系。
五、结论
根据本次勘察成果，桩基施工时应注意几点：
①成桩过程中浅部的填土层随循环液的流失可能造成的孔口坍塌，建议护筒可直接穿越填土层进入下部粘性土层；
②下部砾砂、破碎状岩层中有漏浆现象，白云质灰岩中岩溶发育部位漏浆现象较严重，建议钻孔接近易漏浆地层时，向护筒内投入适量造浆原料及时充填孔壁孔隙，制备足够数量的泥浆贮备，适当降低孔内水头，一旦出现漏浆，可向孔内注入水泥浆（加速凝剂），同时调整泥浆稠度；
③拟建场地位于桥东地区，北临长江，南靠上元门地铁站，应严格控制桩基施工过程中的泥浆排放，避免对周围环境造成不利影响；
④场区不同风化程度岩性之间承载能力、软化性质等均不相同，桩基设计应针对不同风化程度和不同岩性进行，如试桩位置选择应尽可能位于不同风化程度及岩性中，以便对桩基承载力有定量认识。
参考文献：
【1】张千山等，软土地区岩土工程勘察技术要点分析，《冶金丛刊》，2017；
【2】河海等，岩溶地区桥梁桩基勘察与施工处理技术要点，《建筑工程技术与设计》，
2018；