高买燕

云南建投基础工程有限责任公司 云南 昆明 650501

喀斯特（又称岩溶）按照出露情况分为裸露型、覆盖型、埋藏型[1]。喀斯特地区的桩基施工常遇到下列困难[2]：护壁泥浆大量流失，造成孔壁坍塌，砂土掉入桩体内，影响成桩质量；充盈系数过大，有的甚至高达4，不利于施工成本的管控。在特厚细砂层地质条件下，砂土的内摩擦角小，桩孔依靠土的内摩擦阻力来稳定，但是当处于地下水条件下时，土体的黏聚力下降，抗剪强度降低，成孔后土体应力向孔内释放，在地下水的作用下，发生砂土流失，导致孔壁坍塌，产生大量的土洞，因此在特厚粉细砂覆盖型喀斯特地区的桩基础施工具有一定的难度。本文结合云南某高速公路桩基施工项目，对特厚粉细砂覆盖型喀斯特地区桩基础的施工技术进行探讨，以期为类似工程项目提供一定的借鉴。

1 工程概况

云南玉溪市东南绕城高速公路的王家村一号大桥为6孔连续梁桥，桥墩基础为桩基础，桩基设计嵌入中风化石灰岩＞5 m。根据勘察报告，场地为覆盖型喀斯特，上覆土层为第四系地层，从上到下依次为：杂填土、粉土、粉细砂、粉质黏土（Qakpl）、砂砾、下伏基岩为中风化-弱风化灰岩，各地层的岩性特征见表1。

表1 各地层的岩性特征

总体来讲，本项目的土洞和溶洞发育，粉土、粉细砂层较厚，松散，地下水发育，场地局部有少量地面塌陷，土洞、溶洞中有软土、细砂等。地下水主要赋存在粉细砂层和石灰岩中的微风化带和溶洞中。

2 桩基础方案比选

2.1 大功率旋挖桩成孔法

本项目的基岩为中风化-弱风化灰岩，首选360型旋挖桩机，施工前对1根桩采用360型旋挖桩机、泥浆护壁进行试桩。当钻进到粉细砂层时出现严重坍孔，护筒一侧的地表出现裂缝，宽度2～3 cm，于是立即停钻，并往孔里灌注水泥浆，2 d后继续往下钻，坍孔得到缓解。但此种方法不仅延误施工工期，而且成本也高，成孔质量不稳定，综合考虑，此成桩方案不可行。

2.2 钢护筒＋冲击钻法

本项目若采用“钢护筒＋冲击钻法”[3]，在粉土、粉细砂层钻进时，可采用长护筒预防坍孔现象。但考虑在石灰岩层中，有大量的土（溶）洞存在，也极容易发生坍孔、漏浆等，且本项目的石灰岩层为弱风化，长护筒深入石灰岩层存在一定的困难，施工完成后长护筒的回收也存在一定的难度，且施工成本较大，因此不考虑此成桩方案。

2.3 冲击成孔＋抛填片石与黏土加固法

项目有土（溶）洞发育的石灰岩层，且分布广，上覆土层为松散的粉土、粉细砂层，因此在冲击成孔时采取分段措施进行成孔。针对松散的粉土、粉细砂层与土（溶）洞发育的石灰岩层，应采取不同的成孔措施：

1）在松散的粉土、粉细砂层中成孔时，向孔内投入黏性土与碎石的混合物，慢速、小冲程进行冲击挤密，使黏性土与碎石的混合物挤入孔壁周围的松散粉土、粉细砂层中，从而增加黏聚力，减小渗透性，达到土体改良的目的。

2）在土（溶）洞发育的石灰岩层中成孔时，则应投入适量的黏性土、片石、水泥等混合物，慢速、小冲程冲击，先填实土（溶）洞，堵塞漏浆通道，再继续小冲程冲击，使孔壁稳固，避免漏浆、坍孔，影响桩身质量。

3 施工工艺

3.1 施工准备

1）根据勘察，推测每孔的地质特性情况，在地质特性列表地质剖面图等相关资料中详细地描述地层名称、厚度、水文情况等，然后再根据每层岩土制定成孔措施。

2）配置充足的黏土和片石，片石的粒径为15～25 cm，本项目利用挖方段的弃土和块石解小形成抛填料。

3）先进行弃土与羧甲基纤维素钠的拌和试验。本项目弃土所含水的质量分数在15%～20%之间，所含沙的质量分数达20%左右时，羧甲基纤维素钠添加的质量分数为0.05%，拌和物的黏聚力为12～20 kPa；弃土所含水的质量分数在20%～25%之间，所含沙的质量分数达30%左右时，羧甲基纤维素钠添加的质量分数为0.10%，拌和物的黏聚力为18～25 kPa。

4）做好施工技术交底，确保每一位作业人员和管理人员都清楚本方案，并掌握作业要点。

3.2 施工要点

3.2.1 钻孔

1）护筒安放好后，应在护筒下方1.5 m范围内对土体采取抛填黏土和片石进行加固，形成稳固的地层，防止钻头在冲击过程中造成护筒的不均匀沉降，导致卡钻事故。本项目附近刚好有弃土及块石，弃土主要为黏性土与素填土的混合物，大块石通过岩石破碎机解小，弃土通过添加羧甲基纤维素钠拌和增强黏性后用来辅助成孔。本项目试验表明，羧甲基纤维素钠添加的质量分数占弃土的0.05%～0.10%时效果比较突出，拌和物的黏聚力较强。

2）当钻进到粉土和粉细砂层时，也需要抛填添加羧甲基纤维素钠的弃土和小片石，边抛填边慢速、小冲程地冲孔，确保孔周围形成一层厚约20 cm的坚实护壁。

3）在冲孔的过程中，需要往孔内注水，确保注水的水位高于地下水位2 m左右。

4）当钻进到石灰岩层时，由于岩面的起伏较大，石笋、石牙、土（溶）洞较为发育，故常发生卡钻、钻孔偏斜、漏浆等问题。本项目针对施工中出现的各种问题采取了不同的解决方式，取得了良好的效果：

① 漏浆，存在大的土（溶）洞，岩层破碎。解决措施为：向孔内抛填本项目的弃土与羧甲基纤维素钠的拌和物、碎石、片石、水泥的混合物，慢速冲击，对土（溶）洞进行填充，对孔壁起到胶结和稳固作用，避免漏浆。

② 漏浆，存在少量裂隙。解决措施为：向孔内抛填本项目的弃土与羧甲基纤维素钠，慢速冲击，将土挤入基岩的裂隙中，防止浆液流失，保证泥浆的质量。

③ 钻孔偏斜。解决措施为：采用小工艺参数施工，避免锤头沿倾斜岩面下滑，待在倾斜的岩面锤击出较宽的台阶后，再正常冲击成孔；时刻掌握溶洞的情况，当溶洞较大时，可向孔内抛填碎石，注入添加了速凝剂的水泥浆，待溶洞强度提升后进行低速钻进。

3.2.2 清孔

1）当钻孔即将达到设计深度时，先进行一次清孔，然后抛填土和片石的混合物，再进行冲击，完成整个成孔过程。再对孔深、孔径、孔位等参数进行检查，检查合格后及时进行清孔作业，避免长时间的静置导致坍孔。

2）清孔时，先将粗渣用抓渣筒抓出，然后往孔内注水、抽水并往复进行，使孔内泥浆的相对密度降低。

3）沉渣厚度必须达到设计要求，清孔时，要注意保持孔内的水位，防止产生坍孔。

3.2.3 全岩面的判断

本项目要求桩端入完整微风化岩层，但由于喀斯特较为发育，岩面陡倾，故难以正确地判断全岩面。实际施工中，总结出以下几种判断方法：

1）桩孔超前钻探资料。以桩孔底标高为基准，再往下50 cm后进行全岩面的检验。

2）钢丝绳的垂直度。钢丝绳垂直、摆动轻微，且在锤头触底时出现轻微的反弹。

3）出渣的情况。观察出渣中岩渣的含量在65%以上。

4）钻进的速度。以进尺速度在0.1～0.2 m/h作为一般冲孔设备进入全岩面的特征。

在实际工程中，往往要将几种判断方法结合起来，相互佐证，从而更容易判断全岩面。

4 结语

本项目采用抛填片石＋土的方法进行冲击钻成孔，施工成本低，效率高。28 d后进行桩基承载能力检测，其中Ⅰ类桩的比例达89.5%，没有Ⅲ类桩。通过本项目的桩基成孔施工，得出以下施工经验：

1）在特厚粉土、粉细砂层中，采用冲击钻成孔＋抛填黏性土、片石冲击加固的方法能有效防止坍孔，且施工成本低，在高速公路的桥桩施工中，还可以充分利用弃土、块石，原地取材，做到施工成本最小化。

2）在土（溶）洞、裂隙发育地带，在小裂隙中抛填弃土与羧甲基纤维素钠的拌和物进行低速、小冲程冲击，将弃土与羧甲基纤维素钠的拌和物挤入裂隙中，能有效防止漏浆；在大土（溶）洞中，抛填块石＋弃土与羧甲基纤维素钠的拌和物。情况严重时，再添加适量的水泥，可有效填塞土（溶）洞，然后用冲击钻低速、小冲程地冲击密实，也能有效防止漏浆，降低施工成本。

3）在特厚粉细砂覆盖型喀斯特地区的桩基础工程中，成孔采用冲击钻＋抛填片石的方法可行，且施工成本低，操作简单，值得被广泛推广使用。