摘要：武汉某高层地处溶岩特发育地区，根据地层特点采用普通旋挖钻机、冲击钻机及特殊工艺全套管全回转钻机三种工艺有效解决溶岩地层简单、复杂、特复杂地层的成孔成桩问题。
关键词：岩溶 溶洞 旋挖钻机 冲击钻 全套管全回转钻机
岩溶地区普遍存在地质复杂、地下水丰富、岩溶发育等情况，以溶洞形势存在，溶洞大致分为空溶洞、有充填物溶洞，多层溶洞，大型溶洞，有充填物溶洞可分为全充填、半充填溶洞。岩溶地区施工难度大且易发生塌陷等安全事故，近年武汉岩溶地区施工因塌陷发生了多起人员伤亡事故，为确保钻孔桩施工过程中不发生坍塌现象或事故，以及在混凝土浇灌桩过程中不发生跑桩断桩等质量事故，保证工程质量，应针对地质柱状图溶洞特性，采取不同的施工工艺，避免发生安全质量事故。
1工程概况及地质条件
1.1设计概况
1、项目为一高层楼盘，设计采用φ1000钻孔灌注桩，共165根，桩身混凝土强度等级C40，桩型为端承桩，基桩桩端持力层为（6-2）中风化泥质粉砂岩、（7）灰岩，要求桩端全断面进入持力层深度不小于2m，设计桩长约33-90m，单桩承载力特征值7000KN。
2、项目主要工作量见下表：
主要工作量表 表1.2.1
1.2场地工程地质条件
拟建场地分布的地层主要有：人工填积（Qml）层、第四系湖塘相淤积（Ql）层、第四系全新统冲积（Q4al）层、第四系全新统冲积层（Q4al+pl）层、第四系上更新统冲积（Q3al+pl）层、白垩-第三系（K-E）及石炭系（C）灰岩。
具体地层情况见下表：
地层分布情况表 表1.2.2
1.3场地水文地质条件
场地内地下水主要为上层滞水和承压水两种类型。承压水根据埋藏条件又划分为孔隙承压水、基岩裂隙水和岩溶水。上层滞水主要赋存在人工填土层中，大气降水、地表水渗入是其主要的补给来源，大气蒸发为主要的排泄方式，无统一自由水面。孔隙承压水赋存于④、⑤2层中，水量大，与长江有直接的水力联系，丰水季节，长江水补给地下水，枯水季节，地下水补给长江。基岩裂隙水赋存于下部泥质粉砂岩及灰岩的裂隙中，富水性及导水性具各向异性，地下水径流是其主要的补给来源。总体看泥质粉砂岩富水性弱、灰岩裂隙水富水性较强。岩溶水赋存于下伏灰岩的溶洞和裂隙中，其含水性主要受控于岩溶裂隙和岩溶发育情况，该层水埋藏深，具有弱承压性。
2 本项目重点难点分析
难点1：据前期勘察显示局部岩溶尤为发育，钻进过程中冲洗液漏失严重。
难点2、根据前期勘察报告及岩溶专项勘察报告，场地内基岩有泥质粉砂岩、灰岩两种，灰岩区域岩溶裂隙尤为发育，洞高0.4-33.2m，见洞率约45%，线岩溶率为47.4%。溶洞充填物为流塑、软塑黏性土夹砂砾，底部夹灰岩碎块，多为全充填，部分为半充填或无充填。复杂的地层条件增加了桩基施工难度；
根据上述难点，常规桩孔施工至卵砾石层或溶洞时，可能会出现泥浆严重漏失现象，极易产生跨孔；以及跑桩现象（灌注混凝土后，因混凝土柱产生的压力击破与溶洞的壁而产生混凝地的流失）。
3 施工工艺及设备选择
根据勘察资料统计分析：桩端进入灰岩的桩127根，其中无溶洞或溶洞高0-1m、孔深37-56m的桩为75根，溶洞高小于25m、孔深50-80m的桩为45根，溶洞高大于26m、孔深81-90m的桩为7根。根据场地地层条件，结合施工技术可行、经济成本低的原则，本次工程桩施工孔深在56 m以内、无溶洞或溶洞高0-1m的桩采用旋挖钻机施工成孔工艺，孔深在50-80m以内、溶洞高小于25m桩采用冲击钻机施工成孔工艺，而7根桩孔深在80-90米之间，洞高大于25m，常规施工工艺很难确保钻孔的垂直度以及解决钻孔的漏浆、跨孔等问题，则采用全套管全回转钻机钻进成桩工艺，且施工后套管留在孔内。桩孔施工顺序：首先施工7-H轴以北非灰岩区域的工程桩，岩溶发育区采取隔桩施工，先施工溶洞较深，桩长较长的桩孔，而后施工其他钻孔。
3.1各施工工艺施工要点
3.1.1旋挖钻机施工成孔工艺，由于旋挖钻机施工的桩相对孔浅、无溶洞或溶洞小，施工无难度，采取常规旋挖钻机施工成孔工艺。
3.1.2冲击钻钻进施工成孔工艺
针对本工程的冲击钻钻进溶洞时的操作要点
对超前钻揭露溶洞高度大于1m的溶洞，采用抛投“片石+粘土”的方式进行充填处理。一方面对空洞进行有效充填，另外在边回填边锤击的过程中，对周边的溶洞充填物进行挤密，从而保证冲击成孔过程中不会出现大量漏浆，确保顺利成孔。
根据勘察报告，冲孔至离溶洞顶板1m左右时，加大泥浆比重，选用小冲程进尺，逐渐将顶板击穿，防止卡钻。在击穿顶板前，安排专人密切观察孔内泥浆面的变化，发现漏浆应马上提锤、补充泥浆，然后采用装载机及时将准备好的片石+粘土（片石:粘土=2.5:1）投入孔内，每次投放量按V=2D（2倍桩径）×h（溶洞高度）的圆柱体体积来估算填充量。然后用小冲程冲击投下的混合料，不取渣，使其挤入裂隙和溶洞中。如此反复多次，直至堵塞溶洞通道，形成孔壁，顺利穿过溶洞，转入正常钻进。当击穿溶洞顶、底板后，要用钻锤将溶洞顶、底板处的桩孔修理圆滑，以防卡钻或卡钢筋笼。
3 1.3全回转钻进施工要点
根据场地地质条件及桩深，为保证成桩质量，采用一次成孔施工工艺，先采用直径1.5m（外径）护筒施工至50米左右，然后采用直径1.2m（外径）护筒分段焊接，下至设计桩深，作为永久性套管使用。采用全套管全回转钻机和旋挖钻机组合进行施工。
施工方法及操作要点
（1）分别采用φ1500、 φ1200两层套管，其中 φ1500 外套管（壁厚50mm）下至基岩面， φ1200内套管（壁厚30mm）直接下至桩底，从而降低内套管的摩阻力，保证一次性成孔。成孔达到设计孔深后拔出 φ1500外套管，并用砂回填环状间隙；
（2）内外套管管靴刀齿均高强度耐磨合金，保证钻齿克取岩石的效率和使用寿命；
（3）内套管的垂直度检查和校正
首先检查和校正单节套管的垂直度，然后将按照桩长配置的套管全部连接起来，进行整根套管(8.8m)的垂直度校正。检测方法：于地面上安置两根相互平行的导向管，将套管置于导向管上，然后用线锤和直尺进行检测。
（4）成孔过程中套管的垂直度监测和检查
在地面选择两个相互垂直的方向采用线锤临测地面以上部分的套管的垂直度，发观偏差随时纠正，这项检测在每根桩的成孔过程中时刻进行。
其它工序控制与普通钻孔灌注工艺控制一致。
全套管回转施工工艺流程如下图
4．施工效果评价
4.1全回转与冲击钻施工工艺对比分析
全回转与冲击钻施工工艺对比分析表
4.2 冲击钻施工桩平均充盈系数为2.23
4.3 项目工期：桩基工期90天。实际除去春节，满足业主的要求。
4.4 桩基检测结果：全回转钻成桩全部声测检测，工程桩50%声测检测 其余小应变检测。检测结果全为一类桩。
5．结语
岩溶地区桩基施前要必须每桩进行超前钻，详细摸清每桩的地质情况，针对每桩的地质特性，有针对性的采取相适应的施工工艺，可以避免施工事故的发生，同时也能提高项目的生产效率、降低生产成本。
参考文献
刘锋 在溶岩地质情况下的桩基施工处理技术 工程技术 2014.5房地产专刊
刘勇、李翠芝 旋挖钻机在岩溶地区干成孔方法与质量控制 探矿工程 2020.1 81-85
作者简介:张劲松，1967.01.14，男，职务:高级工程师，学历:大学，单位:中南勘察基础工程有限公司，研究方向：岩土施工工艺。