喀斯特地貌超大直径嵌岩桩施工技术

周耿

摘要：柳州站在喀斯特地貌地质条件下进行最大直径2.6m嵌岩桩施工，应对各种不良地质，为保证成桩质量，采用旋挖钻干湿交替静态化学聚合物泥浆护壁施工关键技术完成下部岩溶区域桩基施工，成果解决岩溶地区桩基施工塌孔、混凝土方量严重超标等技术难题。

关键词：喀斯特地貌；岩溶；嵌岩桩；施工技术

1前言

为有限的利用现有土地资源，越来越多的喀斯特地质条件下需要建设大量重要、标志性的工程，在世界上最大的喀斯特区之一，中国喀斯特地貌分布最广、面积最多的广西柳州市，柳州站站房扩建工程恰位于地质条件复杂的喀斯特岩溶发育强烈地区，如何采用喀斯特地貌超大直径嵌岩桩干湿交替化学泥浆静态护壁关键施工技术，解决在岩土层低地基承载力特征值的可塑红黏土、软塑红黏土中且裂隙水、透水层丰富的地质条件下钻孔，岩层下部有破碎带、溶洞等不良地质，以及在不能保证足够的完整岩层厚度，许多桩基旋挖钻入岩层深度长达5-8m强度50MP白云岩，长时间等待成桩不塌孔等诸多技术难题。

2工程概况

柳州站扩建实施站房工程南北长206m，东西宽60m，基础结构采用端承桩，有效桩长在30-45m，2600mm大直径端承桩。桩端持力层为微风化白云岩，桩长以进入持力层不少于0.5d且不少于1m控制。结构设计使用年限50年。

3核查地质资料

核查地质资料是桩基施工准备工作的重要组成部分，核查地质包括岩溶的基本形态、岩溶的发育程度、对桩基施工的不利影响等各种与桩基施工密切相关的情况。查看各地层岩性及分布特征层面埋深、层顶标高、揭露层厚，持力层饱和单轴抗压强度、持力层岩石坚硬程度等级、地下水埋藏特征：透水层、隔水层位于哪个土层以及渗透系数，判定水和土对建筑材料的腐蚀性。查明场地范围内不良地质现象的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出整治方案的建议；查明埋藏的河道、沟滨、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物。查明地下水的埋藏条件，地下水位及其变化幅度；采用桩基施工前提出可选择的桩型、桩端持力层、评价成桩可能性，并提供桩的极限侧阻力及桩的极限端阻力标准值；主要岩土层参数建议值。

4不良地质判断

从现场踏勘及钻探情况，本场地的不良地质主要表现为岩溶，未发现有地面塌陷、采空区、区域断裂等不良地质现象。本工程所在地广西省柳州市场地岩溶发育强烈，但溶洞以全充填为主，场区岩溶发育以岩体表面起伏、不均匀风化、岩体破碎带及岩体浅部或中上部溶洞发育为主要特征。

5、成桩工艺选择

根据工程地质条件、桩基设计情况、地下水情况以及工期要求实际地质情况、对钻孔桩上部可塑红黏土层侧壁薄弱处、易塌孔部分、透水层采用旋挖钻钢护筒施工法进行施工。钻孔接近溶洞位置，下沉1.2cm厚钢护筒穿过溶洞。成孔工艺采用旋挖钻机干湿交替工艺施工。

6、旋挖钻干作业

在护筒埋设并定位后，使用扭矩大旋挖钻机钻进至地面以下12m的位置终止钻孔。12m长钢护筒直接在工厂定做，壁厚20mm，护筒直径根据桩径选取几种并提前通知加工厂家。护筒使用前在底部和顶部外侧加焊一圈12mm加强钢板，高度10cm。加强板下部开设四个直径100mm的圆孔，从护筒顶部以下每隔2m设置两个直径150mm的排浆孔，长度方向排浆孔交错布置，防止开孔过多导致护筒侧壁薄弱。利用50t履带吊安装好震动锤将12m长钢护筒压入旋挖钻干作业孔底护壁，护筒顶标高高出地面20cm。在护筒埋设过程中，需要检查逐段检测护筒拼接段质量，段与段之间拼接的顺直度要控制好，以防止折曲。孔口定位，护筒口中心要保证与桩基中心重合，然后将其与地面外护筒用钢板连结固定。护筒下方施工注意避免振力过大时，护筒滑偏，底部变形、坍塌。在护筒振动下落时控制好护筒的入土总深度，并加强护筒底部。

7、逐桩进行地质钻探

为充分利长护筒的护壁的桩位可以保持长时间孔壁稳定性，3-5天内不会塌孔，在布置好的钢护筒上部搭设地质钻操作平台。地质钻就位进行地质钻探。地质钻探由地面以下12m至完整微风化白云岩层不小3倍的桩径且不小于5m取大值后，完成的该桩的地质钻探工作收孔。地勘单位出具中间地勘报告柱状图。分析地勘报告，针对不良地质情况采取相应的钻孔技术措施

8、静态护壁旋挖钻施工

1）利用现场施工供水管网布置点接入φ100mm的供水管向钻孔内注水，水位加直至护筒顶且液面稳定无下沉。化学泥浆采用孔内直接造浆法见图5。

2）在本工程中复杂喀斯特岩溶地质条件下，需要较大粘度的泥浆达到稳定的护壁效果，彻底解决钻孔过程中的塌孔问题，同时，要求钻渣沉淀速度快，确保桩身质量。经过反复对比研究，决定采用化学聚合物泥浆。泥浆的比重控制在1.15～1.20g/cm3之间（用比重计测，清孔后使用泥浆筒在距孔底50cm处取样），泥浆的粘度18～22Pa•s，泥浆的含砂率不大于4%。

3）在钻孔前提前准备好化学泥浆（泥浆粉），根据地层情况计算出总用量和施工每米的平均用量。做一个加料斗，能使材料和片碱充分融化不结块。在护筒内先进行泥浆的配制，护筒内配制用量为平均用量的1.5-2倍。在钻进到护筒底部以下后，加量按照平均用量添加即可。造浆要专人负责，保证泥浆液面高度。添加化学泥浆（泥浆粉）时间、次数和重量严格按照计算的平均量配制。

9、岩层鉴定和成孔检测

钻孔至微风化白云岩持力层时，邀请设计院、地勘单位、地勘监理对钻出岩样进行分析，进行岩层鉴定，当四方签字确认后，再进行下部岩层钻进。然后将捞渣钻头换成筒钻进行岩层钻进，再钻进的过程中更替使用双层拉渣钻及时进行取土，直至设计孔深。钻进结束后使用井径仪检测孔径、孔深、垂直度，验收合格后进行下一道工序见图1。

图1：桩基成孔侧壁模拟分析

10、提拔钢护筒

混凝土浇筑设计方量时，用测绳测量浇筑高度，及时补方，混凝土灌注至桩顶直至泥浆全部返出，桩顶上部全部为石子，静置5-10min混凝土表面无下沉，拆除混凝土导管，提拔钢护筒1-1.5m高，混凝土下落，继续灌注混凝土直至混凝土表面无下沉，震动锤继续提拔钢护筒全部提出，观察桩顶混凝土有无下沉。

11、结语

柳州站喀斯特地貌超大直径嵌岩桩施工，同时采用旋挖钻干湿作业两种技术，摒弃了喀斯特地质条件下常规桩基施工前先进行超前钻全部成孔后出具中间地质报告后，确定持力层标高再进行桩基施工。该工程采用喀斯特地貌大直径嵌岩桩长护筒旋挖钻干湿交替施工技术后，没有出现过塌孔现象，旋挖成孔速度明显加快，可以达到4-10小时成一根桩，成桩质量也有明显提高。通过检测，使用该施工技术成孔的桩95%以上达到了I类桩标准，为类似工程提供可靠依据。

参考文献：

1]JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S]中华人民共和国住房和城乡建设部，2008

[2]JGJ106-2014建筑基桩检测技术规范[S]中华人民共和国住房和城乡建设部，2014

作者简介：

周耿，工程师，从事铁路项目管理