广州轨道交通建设监理有限公司 广东省广州市白云区石井街道凰岗停车场 广州市白云区 510430
摘要：桩基作为地下隐蔽工程，是质量控制的重中之重，溶岩地貌特征造成工程地质条件的不连续性，加大了桩基施工质量控制的难度，结合凰岗停车场工程实例，阐述溶岩地区桩基施工技术要点；简要总结过程管控的相关经验及办法。
关键词：溶岩；桩基
1工程概况
1.1工程概况
凰岗停车场位于广州市白云区广清高速公路、海口涌和深涌包围的区域，面积约为133874㎡，长约780m，宽约220m，盖体长约628m，宽度约210m，呈长方形状，工程总造价约为18亿。
1.2工程地质条件及水文特征
凰岗停车场地处广花盆地岩溶地质结构集中分布区域，延流溪河流域，北东向广从断裂带，北西向广三断裂带。主要地貌为珠江三角洲海陆交互相沉积平原地貌，基岩为石炭系地层，地形总体较平坦，根据区域地质资料及已有勘察资料，场地分布的地层主要为新生界第四系（Q）地层、石炭系（C）地层。土层主要为第四系全新统（Q4）和上更新统（Q3），其下缺失中更新统（Q2）和下更新统（Q1）；全新统由人工填土（Q4ml）、海陆交互相（Q4mc）砂层、土层、淤泥、淤泥质土层及上更新统主要为（Q3+4al+pl）冲积—洪积砂层、土层、淤泥、淤泥质土层（Q3+4al）及残积土层。下部基岩主要为石炭系下统大塘阶石磴子段（C1ds）。
根据勘察揭露岩溶类型主要为覆盖型岩溶，发育特点复杂，与岩性、地形地貌、地质构造、岩层产状、地下水活动规律等诸多因素有关，其形态各异，可表现为溶沟、溶槽、溶隙、溶洞等，规模大小很难确定，在揭露的溶洞见洞率约为49%，洞体中最大高度为27.80m，最小仅0.2m，同时在岩面附近由于溶蚀作用，造成岩面起伏变化很大。岩溶的分布在纵横向上变化很大，规律性差，呈无序状，局部揭露呈串珠状，钻探揭露洞体高度反映出岩溶整体形态特征和规模大小。根据本次钻探结果显示，场地内溶土洞在平面上零星发育，连通性较差，由于钻孔揭示地质情况的局限性，不排除各溶洞相互连通。在垂直方向上，溶洞多发育于岩层浅表，且以单层溶洞为主，个别呈串珠状；
勘察揭露岩溶土洞近半数呈全充填或半充填状态，充填物主要为流塑、软塑状黏性土，局部为可塑状粉质黏土或充填粉细砂，钻探中表现为漏水，地层软弱，钻具自重下沉现象，大部分钻孔揭露岩溶无充填物为空洞，在钻探中出现掉钻现象，严重漏水；勘探深度内的溶蚀现象以表层竖向溶蚀发育为主，局部发育溶蚀深槽，下部溶蚀发育较弱，但规律性较差，基本上呈无序状，很不稳定，这也体现岩溶发育的基本特点。
2在溶岩地区钻孔灌注桩施工技术要求及优劣势
2.1溶岩地质桩基施工影响
岩溶地质条件是桩基础设计与施工中比较严重的地质病害，溶洞是钻孔桩施工过程中的一大难题，过程不可预见性大，施工难度、技术要求高，桩基承载能力为桩周土的摩阻力与桩端支承力之和。在溶岩地区，由于溶洞的存在，对桩基承载能力产生重大影响，如溶洞位于桩周则影响其摩阻力；如位于桩底，可能因上部荷载造成溶洞顶板击穿，造成桩基承载力损失，而引发结构破坏；同时，施工过程中因溶岩地质条件复杂，经常会造成卡钻、漏浆、钻孔偏斜、塌孔等质量事故，严重时可能造成钻机倾覆等风险。
岩溶地区溶洞发育复杂且含有丰富的地下潜水，所以建筑物的基础一般选取桩基础，而在岩溶地区进行桩基础施工时，施工机械的选择、成孔和成桩工艺是一个难点，施工过程中会出现不可避免的各种困难，难以保证桩基成孔和成桩的质量和承载力，所以在岩溶地区采用桩基施工是整个建筑施工过程中决定性的一环；桩基施工之前，须事先对场地区域岩溶情况进行勘探，充分掌握场区溶洞的发育规律、基本形态、规模大小以及空间分布等具体情况，并采取相应的管控措施，进而保证桩基施工的质量。
针对本工程建筑物桩基础多采用旋挖钻及冲击钻钻孔灌注桩的成孔方式。
2.2桩基设计要求
本工程采用钻孔灌注桩，桩径为1m、1.2m、1.4m、1.6m，根据不同桩径分别按2孔、3孔、4孔对每根桩进行详勘或超前钻补勘，桩长根据地质情况确定，桩端持力层为入中/微风化岩1米，勘探深度要求：（1）钻孔灌注桩桩底以下、溶洞顶以上完整基岩厚度不足5m的，加长桩长，穿越该溶洞，始终保证桩底以下有5m厚且≥3倍桩径厚度的完整基岩，穿越的溶洞须进行注浆处理。（2）钻孔灌注桩桩底以下、溶洞顶以上完整基岩厚度超过5m且≥3倍桩径厚度的，原则上不处理。
2.3各钻孔灌注桩方法的优缺点
2.3.1旋挖钻钻孔灌注桩
优点：（1）施工速度快，钻头回转破碎岩土，直接装入钻斗内提升运至地面，无需将岩土搅碎靠泥浆返出孔外，平均每分钟进尺50cm左右；（2）施工精度高，施工过程中深度、垂直度等均可靠机械电脑控制；（3）噪声小、有利于环保，施工过程无冲击带来的震动噪声，泥浆的主要作用在于增加孔壁的稳定性，土层较好区域甚至可用清水替代，大大减少了泥浆的排放，减少对环境的污染且节省了泥浆外运成本；（4）移动方便、自动化程度高、易于管理，旋挖机其本身靠履带可以自行移动，无需其他机械配合，目前旋挖机基本都采用柴油发动机，对施工临电需要不高，减少了电缆的拖运布设和防护，降低了目前施工现场常发的施工临电安全风险，同时钻孔施工过程基本全靠机械自身完成，可大大减少配合机械和人员，易于现场管理；（5）适用地层广泛。施工过程中可通过相应的技术控制以及钻头的多样性，旋挖机可以适用各种地层。
缺点：（1）前期投入比较大，目前市场上旋挖机价格较高，一次性投入相比冲击钻相差比较大；（2）机械自重较大，对施工场地要求高，旋挖机工作状态下一般要求地基承载力在100kpa左右如果在填土地区，没有进行硬化或压实度较好的情况下，容易下陷造成安全风险，且机械来回挪移较为困难，场地文明施工也较差；（3）护壁性能较差，旋挖机主要靠切挖土钻进，在软弱土层易造成塌孔、缩径等，需特别注意钻进速度，进尺深度不宜过大；（4）需要机械配合作业，钻孔过程的弃土、成孔后的钢筋笼吊装及砼浇筑都需要弃土机械的配合。
2.3.2冲击钻机成孔的优缺点
优点：（1）用冲击方法破碎岩土尤其是破碎有裂隙的坚硬土和大的卵砾石所消耗的功率小，破碎效果好；同时，冲击土层时的冲挤作用形成的孔壁较为坚固；（2）在含有较大卵砾石层、漂砾石层中施工成孔效率较高；（3）设备简单，操作方便，钻进参数容易掌握，设备移动方便，机械故障少；（4）钻进时孔内泥浆循环的作用，使得悬浮钻渣循环至地面排除，并保持了孔壁稳定，泥浆用量少；（5）冲击过程中，只有提升钻具时才需要动力，钻头自由下落冲击是不消耗动力的，能耗小。和回转钻相比，当设备功率相同时，冲击钻能施工较大直径的桩孔；（6）在流砂层中亦能钻进，其冲进效率次于回转钻机。
缺点：（1）利用钻杆或钢丝绳牵引冲击头进行冲击钻进时，大部分作业时间消耗在提放钻头和掏渣土上，钻进速度较低。随桩孔加深，掏渣时间和孔底清渣时间相对较长；（2）容易出现桩孔不圆的情况，扩孔率较高；（3）遇地层不均匀时容易出现斜孔、卡锤和掉钻等事故；（4）由于冲击锤头能量的限制，孔深和孔径均比回转钻机施工适应性小。
3溶岩地区钻孔灌注桩施工重难点及保障措施
3.1施工前应急准备措施
根据勘探情况，在施工之前，研究地质情况决定施工顺序安排，一般由深到浅、由多到少、由大道小的原则确定，有利于及时封闭溶洞，阻断其连通性；对作业人员进行详细的技术交底，内容主要包括溶洞的分部规律、溶洞大小及充填情况，以及需采取的措施，使作业人员做到心中有数，对可能发生的问题进行合理预测和有效控制将损失降到最小；安排选择合理的钻机、施工方案和经验丰富、熟练的钻机操作人员是质量把控的重要因素
在施工现场附近需备好应急所需的黏土、片石、水泥等物资以及一台钻孔注浆一体机，以便在漏浆严重和坍塌时及时进行应急处理。
3.2施工过程中易发问题及预防措施
（1）钻孔过程中漏浆。溶洞内水泥浆填充不够密实，地下水位比较高，在钻进过程中溶洞顶板被击穿后造成漏浆，导致塌孔或地面塌陷。
采取措施：随便观察浆面变化，若浆面下降应及时做好补充，同时停止钻进，补填片石、水泥、黏土等，只有泥浆漏失现象全部消失后才可继续钻进。如漏浆现象仍未消失需填充一定强度的水泥浆或混凝土，待达到一定强度后再继续钻进，穿过溶洞。
（2）钻孔偏斜、弯孔。溶洞岩面起伏变化比较大，加上施工人员为加快进度，加大冲击速度，导致钻进过程中容易发生桩孔偏斜、垂直度偏差较大等质量事故，如遇不规则溶洞时，易延溶洞发育位置形成弯孔，有时会产生卡锤事故。
采取措施：1）对于此类地层，除高压线条件不允许外，尽可能采用对土体扰动小的旋挖钻，将护筒长度增加至6~8米，增加泥浆的比重和粘度，泥浆比重控制在1.3~1.5；2）采用冲孔时，不断投入黏土块、水泥等增加护壁效果；3）冲击过程中，如发现钢丝绳偏摆严重或旋挖钻钻杆抖动严重，说明孔底不平或软硬不均，此时应停止钻进，控制旋挖压力，轻放慢打，冲击桩应投入片石或混凝土，低垂密击，防止造成斜孔；4）成孔后采用探笼以及声波法检查成孔质量。
（3）覆盖层为砂层、塌孔。根据详勘资料揭示，本工程位于溶岩发育地区且上方覆盖约为5~10米不等的砂层，钻进达到溶洞或当溶洞顶板被击穿后，泥浆向溶洞或裂隙处渗漏，破坏了上部的护壁，尤其本工程地区覆盖层为砂层，极易造成孔壁垮塌，严重时可能造成钻机倾覆，危及人身安全。
采取措施：如遇大溶洞且发育明显，并有明显裂隙情况下，可加密溶洞注浆情况检测并采用全护筒跟进至岩层顶面，防止因漏浆量大而导致覆盖层塌孔。
（4）混凝土充盈系数过大。在溶洞发育强烈地区，特别是串珠状溶洞成孔中，灌注水下混凝土时，由于混凝土比重大，受混凝土侧压力作业，容易击穿双液浆加固的孔壁，造成混凝土大量流失，就溶洞大小可导致充盈系数达到3~4，甚至可能导致混凝土回落或导管未埋于混凝土内，造成断桩和桩长不足的风险；
采取措施：本工程施工过程中，通过详勘及补勘柱状图确定溶土洞位置，在钢筋笼制作过程中在溶洞位置加设铁皮，减少混凝土对孔壁的侧击力；加强混凝土浇筑高程测量，事先做好应急准备，如发现混凝土漏失，立即将导管下插，并连续进行混凝土灌注，避免断桩事故的发生。
（5）卡钻。在钻进过程中，卡钻是诸多故障中经常出现的一种。导致卡钻的原因如下：1）钻头在钻孔作业中严重磨损，其中以砂层对钻头产生的磨损程度最高，而在补焊后若下钻过猛则很可能导致钻头在孔内卡死：2）在新钻头更换过程中也容易发生卡钻现象；3）桩孔内若存在探头石、十字槽以及缩孔等；4）过长的冲程；5）深护筒底口部位发生变形；6）在击穿溶洞顶板时过于迅猛，导致钻头进入溶洞时过于突然，导致孔型不圆顺，或因进入大空洞而造成卡钻现象。
采取措施：1）应定期对钻头进行检查，若发现钻头直径因磨损而导致减小幅度在1.5cm时应给予补焊处理，确保钻头直径成孔径比设计要求孔径略大；2）初次使用新钻头时首先应保持较小冲程，进过一段时间钻进后在逐渐转入正常钻进状态；3）在钻头即将穿透溶洞顶板之前应以小冲程钻进；4）在深护筒底部外缘设置刃脚。
4结语
在施工基础时，设备的选型非常重要，需根据现场条件、工期要求、地质情况及成本分析合理选择，本文结合针对岩溶地区的施工特点以及现场施工过程中存在的问题及处理措施，主要体现在施工过程中需对泥浆配制高度重视，对事故应做好提前预防，施工之前要做好防范措施，现场应急物资需配备充足能随时应对突发状况，现场需严格按要求及时做好施工记录和监督，发现问题及时处理，特别是钻孔偏斜、漏浆、地面下陷等现象时一定要引起高度重视。
参考文献：
[1]广东省《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJT15-136-2018）广东住房和城乡建设厅 2018年2月
[2]孙庆丰．钻孔灌注桩施工中常见问题及处理方法探讨[J]．交通科技，2003（6）：24-25
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