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摘要：喀斯特地貌，又称之为岩溶地貌，一直是工程建设中桩基施工的难点。而云贵地区历来是中国喀斯特地貌的代表地区，地层复杂，种类繁多，桩基施工难度较大。为了解决这些问题，在原有旋挖钻孔施工特点的基础上，汲取前人智慧，根据积累的施工经验，采取不同措施，提出一些改进方法和建议，尽量避免施工效率低、成桩困难，同时避免后续桩身出现质量通病等问题。
关键词：旋挖钻孔灌注桩；云贵地区；喀斯特；桩基施工
1旋挖钻孔灌注桩的发展历史
1.1人工挖孔桩。在我国，人工挖孔桩是一直是桩基类地基基础的主旋律。而旋挖钻孔灌注桩一直未被国内大多数工程项目所接受，原因是机械的技术受制。早期国内大部分所用的旋挖钻机都是由德国和意大利进口或者是日本二手旋挖钻机，旋挖钻孔灌注桩施工使用的旋挖钻机生产技术一直被国外垄断，国内使用只能从国外进口，价格昂贵，导致从工程项目的设计及施工成本角度考虑，很少出现旋挖钻孔灌注桩的桩基设计形式。人工挖孔桩虽然在国内被广泛采用，但由于其危险性大、效率低、工期长、适用地质性差而被人们诟病。
1.2旋挖桩。虽然旋挖桩的发展起步落后，但是从90年代初开始，尤其是21世纪初以后，由于2003年青藏铁路西藏段及北京鸟巢体育馆项目的建设施工，根本性的推动了机械旋挖钻孔灌注桩的发展。从2000年开始，机械旋挖机早已受到岩土工程业内的一致好评。但是将机械旋挖钻孔桩施工工艺正式引入国内，直到如今仍被广泛采用的，还是青藏铁路和北京鸟巢体育馆这两个著名项目。
1.3典型案例。青藏铁路桩基的施工地质条件具备了典型的寒冻高原喀斯特地貌特征，冻融风化强烈。这些地质情况复杂异常，有着冰冻粘土层、富冰层、变质岩以及各种硬度不同的风化岩，这些不同位置不同的地质情况，对青藏铁路工程大多数基础的地基设计及施工方式是一种相当严峻的考验。恰恰机械旋挖桩这种工艺的桩基工程能适应这种地质情况，也能在保证地基质量的情况下，满足施工进度。所以在青藏铁路工程中，机械旋挖桩被广泛采用，甚至在青藏铁路的一段600km的冻土区，到处都是被机械旋挖机“栽”下的颗颗混凝土桩基。北京鸟巢体育馆桩基工艺代表性及开拓性跟青藏铁路工程的情况不尽相同。鸟巢体育馆庞大而又神奇的身体下，有2600多根长度不一、作用不一的混凝土桩身牢牢托举着，这些桩采用的是旋挖钻机成孔、水下浇筑混凝土、桩底桩侧后压浆技术。由于设计受力的特点，这些桩有的抗压、有的抗拔、有的抗水平力。在同一个建筑物底下，拥有众多不同受力特点的桩基，这极大的让建筑行业内人士涨了见识，也让“旋挖钻机成孔、水下浇筑混凝土”这项直到今天为止仍是经典的桩基施工工艺在国内被迅速推广、采用。
2旋挖钻孔灌注桩在云贵地区（卡斯塔地貌）施工的应用
前提与人工挖孔桩相比，机械旋挖桩本身的最大进步就是在施工生产中利用了机械现代化。机械旋挖桩拥有着效率高、安全性好、地质适用性强等众多优点，而这些优点在云贵丰富的喀斯特地貌地区，有了更多适应能力的可能。喀斯特地貌，又称之为岩溶地貌，地层复杂，种类繁多。类似于西北的干旱地区喀斯特现象发育微弱，仅在少数灰岩裂隙中有轻微的溶蚀痕迹，有些裂隙被方解石充填，地下溶洞极少，已不能构成渗漏和地基不稳的因素；类似于青藏高原地区的寒冻高原喀斯特地貌冰缘作用下，冻融风化强烈。其下部覆盖冰缘作用形成的各种岩层地质，再加上施工环境恶劣，施工难度较大。而云贵地区历来是中国亚热带喀斯特地貌的代表地区，溶蚀洼地、漏斗、落水洞、暗沟等密度和深度都很大，一直是工程建设中桩基施工的重点和难点。从2010年开始，多项重大交通建设规划的顺利批复，中国的高速铁路、城市地铁建设行业开始“井喷式”推进。云贵地区与其同步发展过程中，根据地区特性、开山架桥、隧道铺路的施工项目呈现出一片繁荣景象。而在这些山体隧道、厚重桥墩之下，等待处理的一个个复杂多样的地基问题。从项目的施工角度考虑，在保证工程建设的质量前提下，如何应对这些复杂多变的地质情况从而达到工期进度的要求。机械旋挖灌注桩在国内、尤其是在云贵地区的发展及应用就显得水到渠成。
3.1施工组织管理流程。首先，机械旋挖灌注桩这种施工工艺能够避免施工人员冒险下井作业、避免有毒气体侵害井内人员、避免井下作业面狭窄……但是这种工艺在施工过程中同样要遵循严格的科学施工工序，利用各种技术解决现场出现的一些问题，这些工序及解决问题的方法，是机械旋挖桩施工过程中逐步发展与应用的核心。3.1.1首先在施工准备阶段，根据相应设计图纸及要求，结合现场作业环境，选择合适的旋挖钻机，钻机型号及工况需要结合设计图纸的桩径、深度以及施工效率综合确定。3.1.2其次，依据设计施工图及相关地勘报告，选择合适的机械作业施工工艺。机械旋挖桩作业方法众多，常用的有干作业成孔施工方法、钢护筒旋挖成孔施工方法、泥浆护壁钻孔作业施工方法等。在地下水、地表水不丰富，地质情况良好的前提下，优先采用干作业成孔施工工艺，即不做护壁措施直接进行钻孔作业。在工程地质情况较差，根据地勘报告中显示的溶洞较多时，需要根据施工现场实际情况和具体施工方案的桩基要求加工钢护筒，则是钢护筒旋挖成孔施工方法。钢护筒沉入时常采用压重、振动、锤击并辅以筒内除土的方法，施工现场常使用汽车吊配合振动锤振沉钢护筒。钢护筒在保护旋挖成孔的过程中，好处是显而易见的，例如：它可以保护孔口，防止地面石块等杂物掉入孔内；护筒顶部又是桩顶标高控制依据之一；还可以防止钻孔过程中的沉渣回流。
3.2成孔作业工艺对比。相对于以上两种常用的机械旋挖灌注桩施工方法，泥浆护壁钻孔作业成孔施工方法最为复杂，对工艺、场地及人机的配合要求也较高。泥浆护壁钻孔作业按成孔工艺和成孔机械的不同，可分为冲击成孔灌注桩、冲抓成孔灌注桩、回转钻成孔灌注桩和潜水钻成孔灌注桩。其中以回转钻成孔灌注桩应用最多，为国内应用范围较广的成桩方式。回转钻机特点是钻头回转切削、泥浆循环排土、泥浆保护孔壁。泥浆护壁作业成孔是在孔内用相对密度大于1的泥浆进行护壁的一种成孔施工工艺，此种成孔方法最大的优点是不论地下水位高低的土层都适用。泥浆具有排渣和护壁作用，根据泥浆循环方式，分为正循环和反循环两种施工方法。3.2.1正循环回转钻机成孔的工艺原理是由空心钻杆内部通入泥浆或高压水，从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入泥浆池。正循环具有设备简单，操作方便，费用较低等优点；适用于小直径桩成孔。但排渣能力较弱。3.2.2反循环回转钻机成孔的工艺原理中，泥浆带渣流动的方向与正循环回转钻机成孔的情况相反。反循环工艺泥浆上流的速度较高，能携带大量的土渣。反循环成孔是大直径桩成孔有效的一种施工方法。
3.3成孔作业及问题解决方案。施工现场采用何种作业成孔方法，取决定性因素的是地质条件，尤其是云贵地区的喀斯特地质，哪怕是相邻地区的工程项目，施工工艺可能都迥然不同。在机械钻孔桩进行过程中，由于当地地形及地下水位等原因，导致实际施工过程中难以顺利成孔。其主要影响原因及解决办法有以下几点：3.3.1钻孔过程中遇地下溶洞：在现场钻孔过程中遇到溶洞影响入持力层。此问题的解决办法为：（1）常规成孔法当溶洞较小，洞内有充填物，且充填物是可塑或软塑的粘土时，并且溶洞不漏水的情况下，这时可不考虑溶洞的存在，按照正常的地质情况施工，采用旋挖钻机成孔，溶洞内的土质和溶洞外的土质无明显区别，可以按无溶洞的情况施工。唯一需要注意的是，如溶洞较浅，可将护筒打穿溶洞，如溶洞较深，可直接在浇筑桩身混凝土时将溶洞补充完成。（2）C15混凝土换填二次成孔法对于空孔大型溶洞、充填物为流塑状溶洞、洞内有涌水等大型溶洞，因其泥浆的侧向压力较大、自稳性较差，可采用灌注C15混凝土换填后二次成孔法处理。需要注意的是，换填后需等混凝土达到一定强度方可二次钻孔。由于洞内涌水，二次成孔的成功率并不是百分之百，如在二次钻孔过程中仍无法成孔，需再次进行换填。采用换填方式二次成孔是机械钻孔桩施工过程中常遇到的问题，某些施工现场遇到此问题时，常常为了能够快速的进行二次钻孔，在换填混凝土时采用C30及以上混凝土。由于混凝土型号提高，强度变大，此种方式会导致旋挖钻机在钻孔过程中振动幅度变大，增加了旋挖钻机作业对周围地质环境的扰动，会增大二次钻孔失败的几率。3.3.2钻孔过程中遇暗沟等问题，清孔困难：在钻孔过程中，由于地质夹层有流动水，容易造成成孔过程中局部塌孔，导致清孔无法完成，而无法正常成孔。此问题的解决办法为：（1）提前做好降水、排水工作。如地下水位较深且地质情况尚可，在降水完成后迅速的成孔、下钢筋笼及完成后续混凝土浇筑。（2）在钻孔过程中协调好制作钢筋笼的完成时间，钢筋笼可以提前组织验收，在成孔验收合格之后第一时间下放钢筋笼。（3）如地下水位较浅，可采用钢护筒护壁钻孔。（4）如地下水位较浅且地质情况较差，可采用泥浆护壁，随钻随护壁。3.3.3钻孔过程中遇孔桩整体垮塌：由于施工场地的区域回填土质，钻孔过程中由于土质松散及不稳定因素，导致孔口上部垮塌，导致无法正常成孔。此问题属于现场人为因素影响，解决方案比较简单，但需当做重点把控，只需将桩位区域整体或者局部夯实，必要时上部设置护筒埋深至回填土深度即可。3.3.4钻孔过程中地下水上涌：由于本地区地下水丰富。（雨水充沛地区甚至是地表水），在钻孔至一定水位深度时泛出地下水，影响桩下孔壁稳定性，无法正常成孔。此问题的解决方案分为两种情况：（1）地下水、地表水是云贵地区桩基成孔需要克服的主要问题，地下水位在相关地勘报告会详述，现场施工前可根据地勘报告做好降水工作。（2）如遇地表水，一般不会在地勘报告内体现。如项目处于低洼地带，常年积水，地表水丰富，现场桩基钻孔过程中必然困难，此时需要在管理层面考虑，而非技术层次。首先，需有效组织各单位及时验收成孔，保证下一道工序的及时性；其次，钢筋笼根据地勘报告等相关勘察文件提前制作，钢筋笼长度预留富余量，提前验收完成，等待成孔、清孔后及时下笼；最后，下放钢筋笼后及时测量沉渣，并浇筑混凝土。3.3.5钻孔至持力层后，经相关单位检查验收后进行浇筑。混凝土的过程中出现塌孔现象。此现象会造成桩身浇筑完成后出现断桩、泥夹石、沉渣超厚等质量问题，严重影响桩基承载力。出现这种情况的判别及解决方法为：（1）在灌注过程中如发现井孔护筒内水（泥浆）位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是塌孔征兆，可用探测仪探头或伸测深锤探测。如测深锤原系停挂在砼表面上未取出的被埋不能上提，或测深仪探头测得的表面深度达不到原来的深度，相差很多，均可证实发生塌孔。（2）发生塌孔后，应查明原因，采取相应措施，如保持或加大水头、移开重物、排除振动等，防止继续塌孔。然后用吸泥机吸出塌入孔中泥土；如不继续塌孔，可恢复正常灌注。如塌孔仍不停止，坍塌部位较深，宜将导管拔出，将砼钻开抓出，同时将钢筋抓出，只求保存孔位，再以粘土掺砂砾回填，待回填土沉实后重新钻孔成桩。
4结束语
旋挖钻孔灌注桩的施工工艺特点众多，例如：测量定位、水下浇筑砼、桩身后期检测等，本文只对旋挖钻孔灌注桩的成孔方法及质量控制做了浅显的分析和阐述，因地域不同，地质情况千差万别，旋挖钻孔灌注桩最核心的技术就是成孔技术，这也是机械旋挖灌注桩在普遍具有喀斯特地貌的云贵地区被广泛运用的原因所在。
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作者:杜磊 谷雨 单位:中国电建集团河北工程有限公司 河北工程技术学院