龚 欢，陈一乔，谢 钧，陈一鹏

（广东省建筑工程集团有限公司 广州 510010）

0 前言

随着国民经济的蓬勃发展，灌注桩逐渐成为房建市政项目基础工程的首选，其设计理论和施工工艺已经日趋完善。但由于地质情况复杂难测，加之灌注桩施工本身具有高度的隐蔽性，其过程控制往往比上部结构更为复杂［1］。影响灌注桩成桩质量的因素很多，其中溶洞处理就是一项重要且复杂的工作。若溶洞处理不当，很容易塌孔、断桩等安全、质量事故，可能对项目建设造成重大损失，甚至危及人员伤亡［2］。

1 工程概况

1.1 工程建设概况

某大型住宅项目总建筑面积为41.5万m2，地处岩溶发育地区，桩基础工程塔楼范围内采用钻（冲）孔灌注桩基础，塔楼范围外（纯地下室部分）采用预应力高强混凝土管桩基础，其中：钻（冲）孔灌注桩1 371 条（含抗拔桩190 条），桩径含：φ800、φ1 000、φ1 200、φ1 400、φ1 600、φ2 000。超前钻完成1 371 个孔钻探，共揭露550 个钻孔孔深范围内揭露土洞、石芽、溶沟、溶洞等岩溶形态，其中溶洞高度≥10 m 的孔位有19个，平均见洞隙率为40.1%。

1.2 工程地质条件

本场地范围内上覆土层主要为（Qml）第四系填土层〈1-2〉；（Qal+pl）冲积-洪积层〈2-1〉软塑状粉质粘土、〈2-3〉粉细砂、〈2-4〉中粗砂、〈2-7〉可塑状粉质粘土；（Qal+pl）冲洪积土层〈3-1〉可塑状粉质粘土和〈3-3〉流塑～软塑状粉质粘土；（C1ds）基岩（石炭系石磴子组）灰岩风化岩带。地质勘察报告揭露岩面覆盖大面积较厚的砂层（粉细砂、中粗砂）和软土层，地下水丰富，岩溶强发育，存在土洞、溶洞等不良地质，对施工有较大影响，若处理不当，有造成地面沉陷和桩基陷落等事故的风险。

2 施工重难点

2.1 地质情况复杂，溶洞见洞率高

本项目《超前钻勘察报告》揭露岩层地质为可溶性灰岩，岩溶强发育，溶洞常以溶蚀沟槽、落水洞、溶蚀裂隙等形态出现。其中以A1 栋最发育（见洞率达100%），整体平均见洞隙率为40.1%［3］。

2.2 多种机械协同作业，安全隐患大

桩基施工作业面展开后，涉及多种机械协同作业，如三轴搅拌桩机、静压桩机、冲孔桩机、旋挖钻机、大型挖掘机等自重较大的设备，而下端溶洞大多属于强发育，且多处溶洞无填充，在自重及施工荷载作用下，机械作业存在很大安全隐患［4］。

2.3 成孔过程易塌孔

因地质岩溶强发育，在灌注桩成孔过程中，一旦冲破岩层，经常会遇到漏水漏浆现象，若不及时妥善处理，很容易发生塌孔事故。

2.4 灌注桩成桩后桩身混凝土已流失

本项目岩溶分布广泛、溶洞分布过于密集，溶洞连通现象频繁［5］，即使灌注桩完成施工，其成桩后终凝前也可能因溶洞影响出现桩身混凝土流失［6］，轻则需加厚承台高度，重则需要桩机二次进场重新钻孔成桩。

3 施工关键技术

3.1 BIM三维地质建模

结合《超前钻勘察报告》分析地质情况［7］，利用REVIT三维建模软件建立超前钻地质模型，将每一条灌注桩对应地质情况反映在模型中，提前掌握每一条灌注桩岩溶地质情况，以便施工时针对溶洞情况采取针对性措施，如图1 所示。将REVIT 地质建模参数信息导入Civil 3D软件建立地下空间地质模型，使得地下岩溶空间化、立体化、连续化展现出来［8］，以此分析桩身混凝土灌注过程在岩溶地质中的扩散工况，如图2所示。

图1 REVIT建立超前钻地质模型Fig.1 REVIT Geologic Model of Advanced Drill

图2 Civil 3D软件建立地下空间地质模型Fig.2 Civil 3D Geologic Model of Underground Space

3.2 施工策划

根据《超前钻勘察报告》及借助Revit、Civil 3D 软件建立的三维地质模型制定合理施工部署，提出岩溶地区灌注桩帷幕式施工技术，考虑其复杂岩溶地质，对其进行风险性分析，制定项目桩基础施工总体部署，将施工区域内灌注桩按部位分为外圈、中圈、内圈3 个部分，按照“先灌注桩后预应力管桩，灌注桩先外圈后内圈，先无溶洞后有溶洞，先小溶洞后大溶洞”的施工工序逐层推进。其中：外圈指外围1层灌注桩，中圈指最靠近外圈灌注桩的1～2 层灌注桩，内圈指除外圈、中圈以外的其它全部灌注桩。岩溶地区灌注桩帷幕式施工部署如图3所示。

图3 岩溶地区灌注桩帷幕式施工部署Fig.3 Curtain Construction Deployment of Cast-in-place Pile in Karst Area

对于有溶洞灌注桩施工，经过安全及经济性分析后，采用旋冲结合方式［9］。先施工外圈有溶洞灌注桩，利用混凝土超灌进行填充，与同为外圈的无溶洞灌注桩形成外圈帷幕。再施工中圈混凝土灌注桩时因为外圈的帷幕作用桩底混凝土只会向内圈流淌，有效减少中圈灌注桩的超灌量和护筒埋设量。当施工内圈灌注桩时，因外圈和中圈已形成层层环桩帷幕，且每层混凝土均会向内圈超灌，其充盈系数会大幅降低。本项目施工至内圈灌注桩时充盈系数基本可控制在1.4以内且逐渐降低，且除特大型溶洞以外，基本可考虑不下护筒，经济效果显著。

3.3 技术实施

按照“先灌注桩后预应力管桩，灌注桩先外圈后内圈，先无溶洞后有溶洞，先小溶洞后大溶洞”施工部署，施工过程由外圈向内圈层层推进从而形成层层环桩帷幕，使后施工灌注桩成桩过程桩底混凝土无组织流淌变为有组织流淌，逐渐减少了中圈及内圈灌注桩的超灌量和护筒埋设量，确保施工安全，如图4 所示。操作关键点如下：

图4 灌注桩浇筑过程桩底混凝土向内扩散Fig.4 The Bottom Concrete Diffuses Inward during the Pouring of Cast-in-place Pil

⑴施工外圈有溶洞灌注桩时，采用旋冲结合方式，结合钢护筒跟进法，将钢护筒下至岩面，主要措施如下：①采用旋挖成孔，当旋挖钻斗钻至岩面上方50～80 cm 时，缓慢提升钻斗，旋挖机移位；②采用钢护筒跟进法，区别于传统施工工艺，将下长钢护筒至岩面，下放完成后检查其高程、垂直、护筒顶面水平度，若超出允许误差，则及时纠偏，钢护筒跟进过程如图5 所示；③冲孔桩机就位并冲孔开始阶段采用小冲程（5～10 cm/h）冲破岩面，一旦冲至溶洞，可能出现漏水漏浆，此时应及时补浆，确保孔内水头，同时提钻，抛填1∶1片石粘土混合物至孔口以下1～2 m，重新操作冲击成孔，确保最终成孔；④浇筑灌注桩混凝土过程中大概率会出现桩桩底混凝土扩散，使上部桩顶面迅速下降，继续保持浇筑混凝土，此时桩身混凝土会逐步向内圈扩散并填充溶洞，平均充盈系数一般在2.0以上。

图5 钢护筒跟进Fig.5 Steel Casing Follow-up

⑵施工中圈有溶洞灌注桩时，继续采用旋冲结合，由于外圈灌注桩浇筑过程桩底混凝土向内扩散形成第一道环桩帷幕，使得中圈灌注桩成桩过程中桩底混凝土会向内流淌并填充桩底溶洞，从而实现浇筑过程桩底混凝土“无组织扩散”变为“有组织扩散”。从外圈向中圈浇筑过程帷幕层数逐渐增多，该区域平均充盈系数会逐渐降低至1.7～1.8，可节约中圈混凝土用量。

⑶施工内圈有溶洞灌注桩时，因外圈、中圈成桩过程已对内圈灌注桩形成层层帷幕，且每层混凝土均会有组织向内圈扩散，其充盈系数基本可控制在1.4以内并逐渐降低，且除特大型溶洞以外，基本可考虑不下护筒，确保了施工安全，同时节约了施工成本，经济效果显著。

4 质量控制与实施效果

4.1 质量控制

灌注桩成桩后终凝前桩身混凝土易流失是困扰岩溶地区灌注桩施工的一大难题，轻则需加厚承台高度，重则需要桩机二次进场重新钻孔成桩。引入一种监控岩溶地区灌注桩桩顶标高的装置［10］，其原理是利用桩身两侧原地面放置的混凝土支撑块架立带限位卡环的水平杆，再以带刻度的薄壁钢管立杆穿过卡环，立杆底部固定连接基座，基座立杆插入混凝土内并与桩顶面共同沉降，动态监测成桩后桩顶混凝土沉降情况，从而避免发生桩身混凝土流失或断桩而不知情，造成桩机二次进场等经济损失，监测过程如图6所示。

图6 成桩后桩顶标高监测Fig.6 Top Elevation Monitoring of Cast-in-place Pile

4.2 实施效果

根据设计及《建筑基桩检测技术规范：JGJ 106—2014》要求，本项目灌注桩检测共1 371 条，拟采用钻芯法按总数的5%（69 条），声波透射法按总数的25%（343条），余数均采用低应变法（959条）。最终检测结果显示，1 371 条灌注桩全部为Ⅰ类桩或Ⅱ类桩，无Ⅲ类桩和Ⅳ类桩。

5 结语

通过应用岩溶地区灌注桩帷幕式施工技术，实现了浇筑过程桩底混凝土无组织扩散变为有组织扩散，从而越向内圈施工灌注桩平均充盈系数越低。同时，由于采用钢护筒跟进法时护筒只下到岩面，相对传统全长钢护筒跟进法可减少大量钢护筒使用，且随着地下溶洞的逐渐填充，可逐渐减少内圈灌注桩钢护筒使用量，其经济效果显著。事实证明，该技术可以防止灌注桩施工过程出现掉钻、塌孔、沉陷等事故发生，确保了施工安全，提高了施工质量，在一定程度上加快了施工进度，对类似岩溶地区桩基础施工体系研究与实践均有一定的借鉴价值。