溶洞区冲孔灌注桩施工探讨

钱根华

摘要：本文通过对一个工程实例的分析来阐述在溶洞区进行钢筋混凝土灌注桩施工整体计划中的施工补勘、对地下溶洞情况分析、成孔顺序确定、向溶洞内灌注泥浆、打穿溶洞前后应注意的事项、防止漏砼措施等阐述，以期为阅读本文的相关工程技术管理人员在碰到类似工程问题时提供有益的参考，力求做到钢筋混凝土灌注桩施工的低成本、高速度、高质量。

关键词：溶洞；混凝土灌注桩；施工补勘；泥浆；漏砼

一、工程概况

本工程地处浙江省湖州市长兴县，总建筑面积18万平方米，分二期建设。其中：一期建筑面积13万平方米（地下室为一层计26000平方米），由1#~12#楼共12幢高层住宅组成，开工时间为2010年12月25日；二期建筑面积5万平方米（地下室4000平方米），由13#~15#楼组成，开工时间为2012年6月。一期的9#~12#楼（29+1F）和二期的13#~14#楼（29+1F）根据详细地质勘察报告显示桩端要穿过有溶洞的⑧－1强风化石灰岩区，嵌入⑧－2中风化石灰岩。工程桩为直径700、800的钢筋混凝土灌注桩。各土层大体情况如下图所示：

地下水类型有第四系松散土层中的孔隙潜水、承压水及基岩中的岩溶水。潜水赋存于①－1，承压水赋于③－1、⑥－1内，水量中等相对稳定，岩溶水赋存石灰岩内。在⑧－1强风化石灰岩中个别位置有地下溶洞，其中：10#楼、13#楼下各有一处高达5米的溶洞，11#楼、9#楼、14#楼分别有一个高为1.5米、2.5米、2米的溶洞，其他位置的溶洞一般高在1米以内，１２#楼溶洞最少且小。

二、9#~12#楼溶洞的处理过程

1、第一次施工补勘2010年底进行试成孔时，五方责任主体在分析会上考虑到地下有溶洞及溶洞分布的不确定性决定试成孔桩完成后暂停9#~12#楼的工程桩施工，对该区域进行施工补勘。现就对其中溶洞最严重的10#楼进行说明。

根据详细勘察报告，经设计、勘察单位相关人员同意，讨论决定对10#楼总计81根桩补勘18个孔，并具体明确了补勘位置。补勘工作从2011年1月初开始准备到2011年3月20日结束。本次补勘加上前面详细勘察时发现的溶洞，10#楼共12个孔有高度为0.6~5.1米不等的溶洞。在下面的桩位图中具体溶洞情况分别为：1号桩位下有5.1米、3号桩位下有4米、6号桩位下有1米、34号桩位下有1.5米、56号桩位下有0.6米、62号桩位下有1.5米、74号桩位下有5米高的溶洞。溶洞内基本为含碎石粉质粘土，个别溶洞内无填充物。在补勘孔中2、15、18、28、37、60号桩位下都无溶洞。

2、首次施工补勘后的工程桩施工情况A、明确施工要求。对于下方无溶洞的桩按原设计要求成孔到⑧－2中风化石灰岩一倍桩径处终孔，对于下方有溶洞的桩要求穿过溶洞后进入底板一倍桩径处终孔。在施工程序上确定为先对无溶洞的桩进行施工。

B、施工中发生的几起事件。（1）2011年8月15日在勘察报告显示下方无溶洞的15号桩边2米处的16号桩冲孔至52.5米深时将下方溶洞打穿，造成泥浆迅速下漏、塌孔，幸好边上的挖掘机及时将桩机拉出，否则桩机也将陷入进去。（2）在上述事件发生的第二天对该楼下方显示无溶洞的60号桩成孔时出现了同样的情况。由于本事件事先已作了一定准备，故在打穿溶洞，桩孔内泥浆快速下降后及时地将不远处大泥浆池中的泥浆抽入孔中，桩机平稳移开，但最终将泥浆全部灌入（总量有600多立方米）仍然不够，还是造成塌孔。（3）2011年8月20日在勘察报告显示下方无溶洞且周边也无溶洞的9号楼的95号桩混凝土灌注到16立方时突然下沉，当时由于急于想将该桩完成而在出现这一情况后施工单位反而加快灌注混凝土，结果在灌到近100方时由于塌孔严重没法继续灌注最后连导管都被埋。

C、基于这样的情况，在经过多次商量后决定再次调整施工方案。

一方面进行逐桩补勘；另一方面决定加工二个直径1000，钢板厚10，长度45米的钢管压入已成的孔内，深度超过⑥－2含水的园砾层后再成孔将溶洞打穿。打穿后一个孔灌入低标号混凝土，另一个则作为灌混凝土时的空气释放孔，计划将溶洞用低标号混凝土灌满后再进行工程桩施工。具体如下图所示：

3、第二次施工补勘及其后的工程桩施工A、逐桩补勘方案确定为：对未作过桩位处钻孔补勘的未完工程桩进行桩位处全数补勘。10#楼共补勘60个孔，其中20个孔有溶洞（高于1米的洞有16个，高于2米的洞有8个，最高的洞为6.3米）。

整个补勘工作从2011年9月18日开始到2011年11月12日结束。

B、二次补勘后的工程桩施工考虑到工程进度，从确定进行二次施工补勘一开始的同时也确定了下一步的工程桩施工方案，即：补勘完成一部分后立即进行分析，分析报告出来并具备作业工作面后就立即进入该部位工程桩的施工。

在顺序上对报告显示下方无溶洞的桩先施工，有溶洞的后施工。这期间工程桩的施工实际上与补勘工作并行进行，而直到2011年11月20日完成所有工程桩施工止，除了个别桩孔补充少量泥浆外没有出现一次因泥浆快速下漏造成严重塌孔而不能成孔的情况。加工好的二个钢管也没用到。

C、溶洞处的成孔过程控制冲锺成孔到接近强风化石灰岩时，降低锺的冲程并填入适量的土夹石直至将溶洞完全打穿。如果溶洞小（或没有）不影响后续成孔则直接将孔成好；如果溶洞大则将锺提出用准备好的土夹石往孔内填，填到高于溶洞顶1.5米后再下锺冲击成孔，如一次不能成孔可再次提锺填料冲击成孔，直到成孔符合要求。

三、9#~12#楼工程桩质量情况

1、到全部基坑土开挖后发现有少量几根桩因浇好的混凝土下陷导致接桩。

混凝土的超灌高度我们控制在1.5米，在每一根桩结束混凝土浇注时都用棒子测过，故而正常情况下不会出现混凝土流失而接桩现象。但土开挖后确实出现个别桩因混凝土不足而重新将桩头挖出接桩的情况。

2、在2011年12月到2012年4月间我们按规范与设计要求聘请专业检测单位对9#、10#、11#、12#楼的工程桩进行了静载检测、高应变检测、低应变检测，检测结果显示全部符要求。在主体结构施工过程中我们进行了沉降测量，在主体结构全部完成后的最大沉降量为15mm，在规范充许的范围内。

四、对本工程9#~12#楼冲锺成孔钢筋混凝土灌注桩在溶洞区施工的技术总结

虽然本工程的冲孔灌注桩质量最后都达到了设计和规范要求，但前后所耗时间过长，补勘次数过多，起初对于处理溶洞准备不够充分、科学等都表明整个过程不是最优的。由于后面接着还有二期工程需施工，且二期的13#、14#楼同样处在溶洞区。为了使二期工程施工能更顺利进行，我们对一期9#~12#楼工程桩的施工过程进行了认真总结，最后达成如下统一的施工方案：

1、逐桩施工补勘由于溶洞分布的无规律性，在详细勘察报告出来显示工程处在溶洞区后应首先进行桩位处逐桩超前钻施工补勘，超前深度应从溶洞底下去6米。这里应特别注意：即使在桩位上补勘显示下方无溶洞，成孔与浇混凝土时也应将其视为有溶洞来作准备。前面讲的9#楼95号桩，10#楼60号桩就是个例子。

2、根据补勘情况对地下溶洞情况进行详细分析分析包括溶洞高度、相互间的贯通情况、洞内填充物、溶洞深度。

从而基本推算出充满整个溶洞所需泥浆、每个有溶洞桩成孔所需的片石、粘土数量、冲锺降冲程的深度等。10#楼60号桩成孔时向溶洞内灌入600立方泥浆仍没将溶洞灌满最终还是因泥浆面快速下降造成塌孔，正是因为当初没有对下面整个溶洞空间进行估算，泥浆不够造成的。

3、明确成孔的先后顺序。首先对下面无溶洞的桩进行施工，并保存成孔中产生的泥浆，以为后面往溶洞内灌浆所用。

4、处理溶洞的关键是防止因成孔过程中打穿溶洞造成快速漏浆而导致的塌孔。

从9#~12#楼工程桩的施工看，正是在二次补勘时将溶洞与地表通过钻探孔连通，从而使地面的水、泥浆不断地向溶洞内注入，加上前期注入的600立方泥浆才使下面整个溶洞空间处于充满状态，最终导致成孔时即使将溶洞打穿也没有出现孔内液面快速下降而塌孔的情况。为此我们认为对下方有溶洞的桩施工前应首先将溶洞用泥浆灌满并保持住相应水头压力。解决这一问题应在勘察报告显示下方溶洞最高处的桩进行成孔作业。此时可作如下准备：准备足够的泥浆并备好泥浆泵，以备一旦将溶洞打穿，孔洞内泥浆面快速下降时及时补浆；用前面做好还没用的钢管，在成孔到溶洞顶板1.5米左右时提锺将钢管压下，然后改用小锺冲孔，直到将溶洞冲穿；冲穿后孔内泥浆面会快速下降，此时便将准备好的泥浆抽灌进去直到灌满，并且在整个工程桩施工阶段通过补浆保持住水头。如下图所示4、泥浆灌满后开始溶洞区工程桩施工。此时应服从二个顺序原则：（1）桩下溶洞小的先施工，这样溶洞被打穿后较易处理，（2）离灌浆孔较近的桩先开始成孔，逐渐向更远处作业。这样更易使下方的溶洞在被打穿时内部已灌满泥浆，从而防止快速漏浆现象的出现。

5、计划好打穿溶洞应采取的措施。根据勘察报告在成孔到溶洞顶约1.5米时降低冲程，降低冲孔频率，同时准备好足够的片石、粘土。在冲孔的同时向孔内填入适量的片石、粘土以形成缓冲层，防止突然将溶洞打穿造成卡锺事故。

6、溶洞打穿后如果出现快速漏浆，孔内液面很快下降则应快速向孔内补浆并提锺。孔内液面稳定后，根据溶洞高度填入相应数量的片石、粘土，回填到溶洞顶板1.5米以上。然后再下锺以小冲程、低频率进行冲击成孔，如果一次不成分二次，直至成孔到满足设计要求为止。

7、特别注意浇混凝土时可能出现的漏砼现象。在溶洞区成孔完成，钢筋笼放好，二次清孔完成准备灌注混凝土时与其他地质情况相比不同的是要控制好灌注的速度。在保证混凝土正常凝固的情况下尽可能地降低灌注速度，以防止如下图所示二种情况出现时造成混凝土的流失。混凝土灌到位后人员不要马上离开，还要观察一段时间，在确认混凝土不再下沉后操作人员放可放心离开，如果其间出现混凝土下沉应及时补足。

8、为了加快进度可考虑施工补勘与工程桩施工同步进行在溶洞区建房屋建筑，通常情况只是部分桩下有溶洞，而多数桩下无溶洞。故而有整体施工考虑时如果工期要求紧，则可合理布置补勘孔钻进顺序，先补勘的孔将报告先做出来作为工程桩施工的依据，这样就可做到补勘与工程桩施工的同步。

五，对二期工程13#、14#楼溶洞区工程桩的施工情况

根据以上总结的八条原则，我们对二期工程的13#、14#楼工程桩自2012年6月开始进行了施工，取得了预期的效果，没有出现因快速漏浆而导致的塌孔情况，也没有出现接桩情况，混凝土超灌量也正常，工期比原先预计的缩短了一个月。经检测全部工程桩质量合格，主体结构结顶后的沉降观测最大16mm，符合设计要求。