喀斯特地貌岩溶对水泥厂桩基工程的影响

王兆明

通讯地址：天津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400； 收稿日期：2017-12-18； 编辑：张志红

某水泥厂处于喀斯特地貌岩溶强发育地区。设计阶段地质勘察报告显示，钻孔见洞率为53%，施工阶段超前钻结果也充分证实了本场地岩溶十分发育，其中生料库钻孔见洞率达61%。现场基槽开挖也显示了喀斯特地貌特点：水泥库等车间的基槽开挖后岩面状如石林，窑中车间开挖后岩层呈现悬崖状，相邻几米远的岩层高差可达6～7m。基槽开挖岩石状况见图1，桩基施工现场情况见图2。

图1 基槽开挖岩石状况（悬崖状）

1 桩基工程简介

图2 桩基施工现场（泥浆护壁）

本工程桩基直径分为ϕ1 000mm、ϕ600mm两种，均为嵌岩端承桩，桩端持力层为石灰岩，总桩数为578根，共分布于10个车间，具体车间桩基情况见表1。

表1 车间桩基情况

设计入岩深度为1.5D，根据桩径及岩石硬度情况，并结合桩机施工速度，综合确定ϕ1 000mm桩采用冲击成孔施工工艺，ϕ600mm桩采用旋转钻进成孔施工工艺。超前钻方案采用一桩一孔，并根据钻探中显示出的岩溶发育及相邻钻孔高差情况适当补充钻孔。

本桩基工程施工由某勘察研究总院承担，共投入冲击钻机23台、旋转钻机8台，历时两个半月完成。

2 不同阶段桩基数据对比

2.1 详勘-超前钻两阶段数据对比

设计阶段的详勘钻孔布置较少，施工阶段的超前钻为一桩一孔（个别位置有补充钻孔），钻孔越多，对基岩状况的判断越准确。为了解钻孔数量对判断基岩状况的影响，以设计详勘及超前钻资料为依据，进行了详勘、超前钻两阶段的数据统计，分别给出了各车间基岩埋深变化范围、基岩高差、平均埋深差值等，详见表2。

由表2可见，对于基岩高差数据，超前钻比详勘大较多，对于平均埋深数据，两者差值较小。

由于岩溶的复杂性，即使超前钻钻孔数量较多，少量数据仍然不能完全符合岩石真实情况，例如，个别钻孔可能打入岩间裂隙，造成基岩埋深失真。在实际桩基成孔过程中，也反映出了与超前钻不符的情况，存在溶洞减少及基岩面标高变化的情况。

2.2 设计-超前钻两阶段数据对比

为了进行溶洞影响的数据对比，以超前钻资料为依据，进行了设计、超前钻两阶段桩数据统计。其中，设计数据未计入溶洞影响，超前钻数据计入了溶洞影响，两阶段的总桩长、入岩总长度、预估混凝土量对比见表3、4。

针对表3、4给出的相关数据，如：总桩长、入岩总长度的超前钻与设计比值，钻孔见洞率及最大溶洞等，分析如下：

表2 详勘-超前钻两阶段基岩埋深及高差数据对比*

表3 设计-超前钻两阶段桩基数据对比（1）*

表4 设计-超前钻两阶段桩基数据对比（2）*

（1）总桩长数据中超前钻与设计比值为1.46，也就是说受溶洞影响后的总桩长是未考虑溶洞时的1.46倍，可见本工程桩基受溶洞影响很大。值得注意的是，比值1.46与桩的长度及岩溶情况两个要素有关，本工程各车间平均桩长范围在6.9～16.4m，桩长总体上偏短，溶洞影响的相对占比就大。

（2）入岩总长度数据中超前钻与设计比值为4.1，即受溶洞影响后的入岩总长度是未考虑溶洞时的4.1倍，此比值直接反映了溶洞发育情况，比总桩长比值更有参考价值。

（3）本场地石灰岩钻孔见洞率为47%，按照《建筑地基基础设计规范》规定，见洞率＞30%为岩溶强发育等级。另外，超前钻结果显示，本场地石灰岩中可能存在较大溶洞，例如：原料粉磨可能有13m高的充填溶洞，生料库可能有9m高的空溶洞，必须做好溶洞处理预案。

2.3 成孔-超前钻两阶段数据对比

由于桩径远大于超前钻孔直径，因此超前钻的结果还不能完全反映桩孔及周围岩石的情况。桩长的调整，不论是加长还是缩短，均是以桩基施工记录为新的依据，所以，应充分分析超前钻结果及桩基施工记录，并实时作出新的判断。桩长调整要充分考虑相邻桩孔的孔底深度，控制高差，以确保安全为原则。本工程桩基成孔过程中主要出现了以下情况：桩端遇到裂隙、严重倾斜岩层、溶洞减少、岩面变浅等，这些情况均引起了桩长调整，具体见表5。

根据以上数据对比，可得出以下结果：

详勘-超前钻两阶段的平均埋深接近，因此在工程前期工程量估算时，地勘中的平均埋深更有参考利用价值。

设计-超前钻两阶段的入岩总长度，超前钻与设计比值为4.1，即受溶洞影响后的入岩总长度是未考虑溶洞时的4.1倍，此比值直接反映了溶洞发育对入岩工程量的影响。

表5 成孔-超前钻两阶段桩基数据对比*

成孔-超前钻两阶段的桩深对比中，成孔阶段有23个孔进行了调整，占?超前钻总桩数的3.9%，桩长共调整减少了87.5m，占超前钻总桩长的1.6%。

3 溶洞处理预案

从超前钻施工勘察情况来看，场地内溶洞、裂隙发育，大部分桩孔有溶洞、裂隙且漏水严重，多数溶洞内充填着可塑粘土、软塑粘土，少量空洞。本区域溶洞发育特征主要为垂直发育，一般为近于垂直的溶隙，个别溶洞呈串珠状，水平溶蚀不发育，钻孔中所发现的溶洞多以垂直溶隙为主，未发现大型溶洞群。根据超前钻勘察资料，结合当地施工经验，对场地内不同规模、不同性状的溶洞拟采取的处理措施见表6。

表6中的处理方法只是一种预案，溶洞情况千差万别，施工时应根据实际情况选取最合适的措施进行及时处置。对于需要处理的溶洞桩孔，施工组织要紧凑，施工速度应加快，尽量缩短成孔、待灌、灌注时间。

4 桩基施工中的问题及处理

（1）桩基成孔前超前钻孔的补充

避免“一孔之见”，要结合相邻钻孔的持力岩层深度，尽量将相邻桩底的高差控制在一倍桩间距范围内。在悬崖处时，桩端扩散角内均应为连续稳定岩体，以保证桩外有一定厚度的岩体。因此，为进一步查明悬崖、溶洞范围等特殊情况，先前制定的超前钻布孔方案需要随着超前钻施工进程进行调整。本工程在超前钻过程中，遇到了悬殊高差、大溶洞等不利情况，均在其周围补做了超前钻孔。

（2）短桩的处理

岩面高低起伏、落差很大，岩面至承台底面的距离也就长短不一，有的很短，就形成了短桩。据有关资料介绍，同一承台下桩长不同，受力不同，甚至差别很大。短桩由于刚度大，受力更加复杂，承受更大的剪力，易出现脆性的剪切破坏等。短桩是天然形成的，很难通过改变岩面来增加桩长，所以设计中应采取必要的措施，例如，有些情况可采取增加桩基配筋的方法来提高短桩的结构附加承载能力；有些情况因桩太短而改变了桩的受力特性，需要重新对桩身进行设计受力分析；个别情况需特别处理，甚至更改设计方案。

（3）冲击成孔中的问题

本工程场地处在喀斯特地貌区域，很少见平整基岩面，因此成孔过程中遇到较多的问题是倾斜岩面无法成孔，甚至损伤冲击钻头，处理方法是：抛填片石，目的是消除倾斜岩面，重新冲击成孔；冲击时，采用低冲程慢冲击，不求速度，有的桩孔甚至多次抛填片石才会达到纠正效果。另外，除了抛填片石方法外，也可采用灌注混凝土方法，要根据实际情况选择。

（4）混凝土灌注中的问题

表6 溶洞处理预案

混凝土灌注过程中出现最多的问题主要集中在漏浆、混凝土超量、两桩连通等。漏浆的处理方法是抛填粘土，堵塞裂隙，注意观察泥浆液面变化情况；混凝土超量的处理方法是判断溶洞及裂隙的情况，及时补充混凝土，注意观察桩顶下沉情况；两桩连通的处理方法是两桩同时灌注，注意两桩间的相互影响。

5 结语

处在喀斯特地貌中的岩溶十分复杂，桩基实施方案需要根据施工超前钻及成孔过程中对岩溶的重新判断进行实时调整。所以，岩溶强发育场地中的桩基工程实施步骤较多，主要有：设计详勘、桩基设计方案、施工超前钻、依据超前钻确定桩长、溶洞处理预案、成孔及问题处理、灌注及问题处理、桩基检测。在这些步骤中，依据超前钻确定桩长是最重要的承上启下的一步，现场工程师需要根据桩孔及相邻钻孔综合分析确定桩长；成孔及问题处理也是要重点关注的一步，要根据成孔过程实时接受成孔中的信息，依据成孔对岩层的具体反馈来调整桩长。因此，岩溶强发育场地中的桩基，部分桩的长度只有在成孔完成后才能最终确定。■