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1、1 喀斯特地质嵌岩灌注桩基础施工 李明辉 (云南省第四建筑工程公司，昆明8421872) 摘要 介绍国家经贸委昆明培训中心工程30m 深喀斯特地质嵌岩灌注桩的施工技术。 关健词 喀斯特地质；人工挖孔；冲击成孔；水下混凝土灌注；事例处理；技术措施 The T echnology of the Embedded Impregnation Piles in Karst Areas Li Ming-Hui (No.4 Yunnan Construction Engineering Company ，KunMing YunNan 650109) Summary ：This article present
2、s an introductioa to the technology of the 30-meter deeply embedded impregnation piles which is used by the State Economic Commercial Commission Kunming Training Center in Karst areas. Key Words ： Karst area；man-made hole；punched hole；underwater concrete impregnation ； case treatment；technical measu
3、res 喀斯特是云贵高原特有的地质形态，地处昆明湖积盆地边缘与骆峰山斜坡交接地带的 昆明园通山，就属于典型的喀斯特地质地貌。其周边的高层建筑，设计因考虑建筑物不 均匀沉降及基础承载力因素，普遍采用嵌岩灌注桩基础。由于喀斯特地质的特殊性和复杂 性，它给施工带来极大的困难和挑战。早期一些工程因为没有施工经验，未能够选择适当 的施工工艺， 施工反复折腾工期长达一年之久。位于昆明市青年路北段西侧紧邻园通山的 国家经贸委昆明培训中心工程嵌岩灌注桩基础，采用“人工成孔 +冲击成孔 +导管法水下 混凝土灌注”的施工工艺，克服并解决了该地质中溶洞、裂隙、流泥、地下水以及塌孔、 偏孔、成孔不圆、坠锤和混凝土流失
4、等施工难题，仅四个月就成功完成了该项工程嵌岩灌 注桩施工。 1 工程及地质情况 1.1 工程情况： 该工程为27 层（地下两层）框剪筒体结构建筑，总建筑面积29670 ，桩箱复 合型基础，桩基础为一柱一桩嵌岩灌注桩。设计要求桩穿过中等风化岩 2层上部的裂隙 发育带和溶洞，桩端置于厚度4m 的中等风化完整基岩且嵌入深度500mm，桩径分别 为 1000mm、 1200mm、 1300mm、 1800mm、 2000mm 五种类型，共 81 根， 孔深 6.2m32.6m。 1.2 地质情况： 层人工填土；层粉质粘土；层粉质粘土；层圆砾；层粉质粘土；1、2 层灰岩。灰岩溶洞及裂隙发育层顶面起伏，深
5、度在4.9m32.5m，裂隙中含承压水且与古 暗河相通，地质情况异常复杂。在桩位成孔时出现以下几种情况：50 个桩位（占61.7%） 揭露有地下水且具承压性，给成孔带来了流泥排水难题；31 个桩位揭露有洞高为0.2m 6.0m 的 52 处溶洞， 溶洞中大多填充可塑状粘土；36 个桩位揭露有厚度2m10m 的溶蚀 裂隙和岩体破碎层41 处；特别是部份桩在深度范围内溶洞呈串珠分布，其内填充软塑 可塑性粘土、碎石块。可算是目前云南省内施工难度最大的基础工程之一。 2 1.3 施工情况： 该基础共81 棵桩中，有 34 棵桩 地下涌水量较小，采用人工成孔完 成；有 47 棵桩采用冲击成孔（如图 1
6、所示涂黑桩位） 。改为冲击成孔原 因： a、地下水涌水量大难以抽干人 工无法继续挖进（31 棵） ；b、遇溶 洞无法通过（ 8 棵） ；c、遇流泥无法 处理（ 6 棵） ；d、侧壁涌水大无法浇 护壁（ 2 棵） 。由此可见，地下水及 地质状况是决定成孔工艺的主要因 素。 2桩成孔施工技术 该工程采用“人工成孔”和“人工成孔+冲击成孔”施工方法完成。人工成孔每个孔 采用 13 台潜水泵抽水排水。当每个孔潜水泵数量大于3 台，已影响到取土时判定为地下 水抽不干，改为冲击成孔。 2.1人工成孔施工 2.1.1 人工成孔施工方法 人工成孔按常规方法施工，主要是针对喀斯特地质中不同的地质情况，对溶洞、裂
7、隙 和流泥及地下水的处理； 2.1.2 人工成孔技术措施 （ 1）穿越层坚硬土层，采用钢钎按50mm150mm 分层破除； （ 2）遇大块石及层灰岩层时，采用水下爆破方法穿越； （ 3）在穿越、层粉质粘土和层粘土粉土时，由于地下水原因，土质呈流塑状， 采取边支护边挖、孔周围设支挡、注入水泥浆凝结土体以及沉入钢护筒等措施通过； （4）在穿越层灰岩层遇有溶洞时分三种情况处理（图3） ： a、当溶洞完全在桩孔内：溶洞深度在1m2m 时，填入碎石后开 挖通过；溶洞深度大于2m3m 时，分段搅入水泥浆成凝结体后开挖； b、当溶洞在桩位侧面且溶洞直径小于0.5 倍孔径时， 设置支护措 施浇混凝土护壁通过，
8、若溶洞深度大于3m，上述措施难以奏效时可 改为冲击成孔； c、当溶洞在桩位侧面且溶洞直径大于0.5 倍孔径时，溶洞深度小 于 2m 时可搅入水泥浆凝结后开挖，在侧壁设置支挡浇筑护壁通过； 溶洞深度大于2m 且出现地下水时，可改为冲击成孔； （ 5）出现灰岩层裂隙时，裂隙宽度大于0.5m 按溶洞处理；裂隙宽 度小于 0.5m，设置支护措施通过； （ 6）灰岩层裂隙发现承压水时，改为冲击成孔。 2.2 冲击成孔施工 2.2.1 冲击成孔施工方法 该工程采用了4 台 25KL5 型钢绳冲击式钻机及配套设施、四翼十字带副刃的冲击锤 头和捞碴筒进行施工。施工顺序： 确定机械开行路线设备就位冲击钻进造浆成
9、孔排 碴换浆终孔验收准备浇桩芯混凝土。 (1) 确定机械开行路线：即确定成孔顺序，同直径桩尽量由一台钻机施工，避免换锤 及往复行走； 图3 溶洞 桩位 图2桩 1.10 3.30 1.20 9.50 3.00 0.80 1.30 年代及 成因 层次 2.40 厚度 性状图 图 1 3 (2) 设备就位：采用散装拖移方法，坑边组装48 钢管架高位施工； (3) 冲击钻进造浆成孔：设备就位锤头校正无误后开始，先低锤多击， 锤高 0.5m1m ； 成孔深2m 3m后，锤高控制在1m 进行正常冲击；进入灰岩层后，锤高2m 3m进 行高锤冲击。成孔作业中要视地质情况及时投入块石或粘土，填充溶洞裂隙和造浆
10、护壁， 并保证泥浆浓度。 (4) 排碴换浆： 冲击成孔要适时排碴换浆，保持泥浆比重和避免重复破碎而影响效率， 正常情况下一般土层2m 3m排碴换浆一次，岩石层 0.5m1.5m 排碴换浆一次，泥浆比重 保持为 1.0 1.5 ； (5) 终孔验收：关健是孔底积碴和泥浆比重的控制，采取捞碴筒吸捞、补浆或加水来 实现泥浆比重1.1 1.25 ，保证孔底沉碴厚度50mm ； (6) 验收后2h 内应立即组织进行桩芯混凝土浇灌，以防孔壁泥浆护壁坍塌和泥浆沉 淀。 2.2.2冲击成孔技术措施 （1）穿越粉土和、层粘土时发生泥浆过浓现象，采取打浆注水稀释、冲洗 锤头、勤掏勤洗措施； （2）穿过层灰岩层时采
11、取的措施： a. 遇有石笋、石芽等斜面坚石时，先投石块和粘土，轻锤慢击，斜面击平后转为正常 冲击 ;b. 遇有溶洞裂隙时，要大量投入块石碎石，击冲填实以防止灌混凝土时混凝土流失； c. 开挖到灰岩层改为冲击成孔，要先投入粘土冲击造浆后再正式冲击; (3) 在冲击钻进过程中, 必须把泥浆液面保持在最下面两节护壁之上( 1.5m) 。 3 桩芯结构施工 3.1 桩钢筋笼制安 制作成形后，采用一次吊装并结合搭设48 钢管架分节绑扎、分节吊装。 3.2 桩芯混凝土施工 3.2.1混凝土为泵送商品混凝土，采用导管法灌注水下混凝土施工工艺进行施工。设 备包括 250 导管、 2.0m3 料斗、水泥隔水栓、
12、升降设备。施工顺序：准备工作终孔验收 安放钢筋笼设置导管及料斗储料浇筑混凝土。 3.2.2 准备工作：配制符合质量要求的混凝土。 混凝土技术指标： 塌落度 16.020.0cm， 含砂率 4045%( 中砂) ，粗骨料粒径d30mm ；混凝土输送设备及浇注设备就位；备料； 3.2.3终孔清碴验收，安钢筋笼，要求成孔后1.5h 内完成； 3.2.4安装导管、储料斗。技术要求：导管底部距孔底0.3m0.5m，连接螺栓松紧自 如，密封胶圈应完好无损，隔水栓距水面0.2m0.3m，要求操作时间在0.5h 以内； (4) 储料。 首批混凝土必须确保导管埋入混凝土内0.8m 以上， 因此要计算好首批混凝土
13、储 量。混凝土储量经验计算公式： V(0.8+0.5).(D/2)2 .a 式中： V混凝土储量（m 3） ；D桩孔实际直径（m ） ； a充盈系数，取1.1 1.2 ， 实际施工中储料为2.0m 3，浇筑后通过泵送混凝土连续供应，确保斗内混凝土 1.0m3。 3.2.5 浇灌水下混凝土。灌入首批混凝土后要连续灌注，浇筑过程中要经常探测混凝 土面上升高度，适时提升和逐级拆除导管，始终保持导管埋入混凝土深度大于1.0m。 4 导管法水下混凝土浇灌技术措施 4.1 控制成孔完成至浇注混凝土之间的时间小于2h，以防止泥浆沉淀、孔侧壁水头破 坏泥浆护壁影响桩身质量，否则应重新制浆检查后再浇注混凝土；
14、4.2 灌注的商品混凝土必须有适当的缓凝时间： t( HR2 /V+t 1+t2).b 4 式中： t混凝土所需缓凝时间（h） ，实际按 68h 考虑； H最下一节混凝土灌注高 度，可取3.0m；R桩孔实际半径（m） ；V每小时混凝土灌注量（m3 ） ；t1混凝土运 送时间（ h） ；t2反插处理时间，考虑2 h； b调整系数（考虑温度等因素影响）， 取 1.01.1； 4.3 桩孔柱状图中反映有溶洞的桩孔，在浇注混凝土时应严密监视水面情况，当发现 孔内液面下降时应及时探测混凝土面和反插导管，防止因混凝土流失发生断桩现象； 4.4 泵送混凝土不能直接送入导管内，以避免高气压挤出导管节间橡胶垫形
15、成漏水， 影响桩身质量； 4.5 施工中要勤测勤察做好记录，出现异常情况及时处理，防止断桩现象，确保桩身 混凝土一次成型。 5施工过程中特殊事例处理 类型产生原因处理方法防治措施特例 孔壁 坍塌 护壁垂直度控制差； 孔壁偏差未及时纠正； 初始冲击时投入石块、 粘土量不够； 周边桩孔抽水过量； 孔内回填粘土 以及支护钢护筒 做好护壁质量，护壁翻边 500mm（图 4） ；先做垫层砼 防止地下水浸泡； 及时纠偏； 投入足量的石块、粘土； 周边桩孔回灌地下水； 15#桩 48#桩 偏孔 遇有石笋、石芽等 坚硬斜面岩石 回灌混凝土 低锤密击通过 施工中注意观察吊绳 摆动情况并及时处理 15#桩 孔壁障
16、碍 成孔不圆 大直径桩采用 “十”型锤头冲击 回填粘土，采用 “米”型锤头冲击 D1.8m 桩孔采用 “米”字型锤头冲击(图 5) 59#桩 坠锤锤头焊接密度不够 127 钢管灌浆止 水护壁后打捞 (图 6) 锤头勤洗勤焊勤检查59#桩 砼流失孔侧壁与溶洞串通导管反插连续浇灌 溶洞 D1m 时大量投石填塞； 溶洞 D2m 时在该位置加设 簿壁钢护筒 (图 7) 11#桩 图4图5图6图7 C25 回浇砼 障碍岩石 粘土回填 16 127地质管 110管压力灌浆 C15 加固砼 至灰岩顶 钢筋砼 溶洞 14衬铁 =3钢护筒 6 质量控制措施 6.1 人工成孔的嵌岩灌注桩，除了按常规方法控制孔径、
17、垂直度外，在嵌入基岩500mm 范围内不应采用爆破开挖。 6.2 冲击成孔嵌岩灌注桩质量控制: 控制泥浆比： 采用比重计测量，注浆加水确定泥浆比1.11.25; 控制终孔验收至 浇注混凝土之间的间隔时间2h，防止孔侧壁水头破坏泥浆护壁和泥浆沉淀，影响嵌岩灌 注桩质量及承载能力； 控制孔底沉碴层厚度50mm：采用具有抽吸功能的捞碴筒反复 打捞可达要求。施工过程中对31#桩进行钢护筒内强行抽水检查，检查结果孔底沉碴厚度 为 2030mm，沉碴基本是碎石，说明只要认真反复打捞沉渣即可满足工程要求。 6.3 混凝土连续灌注工程中导管始终埋入混凝土深度0.8m。 7 安全措施 7.1 制定防止坍塌、触电
18、、坠锤、机械伤人、孔内窒息、中毒、爆炸、水下爆破伤害 5 等各类安全事故防治措施，以及从人工挖孔、冲击成孔到桩身结构施工各阶段技术措施； 7.2 设立施工安全领导小组，对安全措施履行情况、技术措施执行情况、现场安全存 在情况进行监督检查，发现安全设施不符合要求、安全操作不符合规范以及技术措施可操 作性差时立即纠正； 7.3 按建筑施工安全检查标准进行职能分解，建立安全体系、工长责任制及班组安全 值班制，坚持安全教育、技术交底、持证上岗、现场十不准及检查制度；（4）创建安全文 明工地，创造安全良好施工环境。 8 嵌岩灌注桩成桩质量评价 采用 RSM12G 桩基动测仪抽测，结果表明桩身完整性良好，
19、未发现断桩、缩径、 空洞等质量卸陷， 桩身混凝土强度均达到设计要求，工程竣工后基础最终沉降量为5.0mm。 9喀斯特地质中嵌岩灌注桩施工的体会 9.1 在喀斯特地质中的嵌岩桩施工，应坚持“一桩一勘”的制度，通过“一桩一勘”取 得具体的地质资料，作为确定桩底标高和指导每根桩施工的科学依据和保证质量的前提条 件； 9.2“人工成孔 +冲击成孔 +水下混凝土浇注”结合的施工工艺适用于喀斯特地质嵌岩 桩施工，具有经济、施工简便优点； 9.3 冲击成孔在喀斯特地质中有如下优点：利用锤头自由下落冲击岩土成孔，对孔 底操作要求易于保证，且有利于控制桩身垂直度；无须泥浆循环；通过冲挤孔壁可有 效减少混凝土超量
20、；利用捞渣筒抽吸功能可使桩底沉渣层厚度50mm，大大提高桩尖 质量和桩端岩层承载能力；施工安全操作性强； 9.4 导管法灌注水下混凝土，具有能向水深处迅速灌注大量混凝土、不用排水、不需 专门养护、作业设备简单等优点； 9.5 控制好终孔验收至混凝土浇灌之间的间隔时间，在喀斯特地质嵌岩桩施工中关系 到成桩质量问题，建议间隔时间2h； 9.6 水下砼设置一定的缓凝时间是非常有必要的,它有利于桩芯先后浇注砼的整体结合 和尽量减少砼自由下落冲击力对桩芯结构的不利影响,同时为处理砼流失进行导管反插眼 赢得时间 ;建议水下砼缓凝时间为68 小时 ; 9.7 在这种复杂地质情况下，组织一个“懂技术、有经验、会领导、善决策”的领导 小组，对保证工程质量和施工顺利进行起到关健作用。 作者简介： 李明辉 (1972-)， 男， 工程师，土建专业。单位地址：昆明市西山区普坪村172 号(650109)， 电话：（0871）8421872。 注：此论文发表于国家级刊物施工技术2003-5.