岩溶地层成孔旋挖施工工艺分析

摘要：以景德镇某基坑支护工程项目为例，介绍了旋挖在成孔过程中遇到溶洞、斜岩、灰岩等复杂地层的成孔工艺，为此后旋挖在岩溶地区桩基施工提供一种新的施工思路。

关键词：旋挖成孔；溶洞；斜岩；灰岩

1工程概况

景德镇某基坑支护工程基坑深15m，支护桩直径为1.2m，桩长24m，支护方式采用钢筋混凝土内支撑。据地勘报告显示，场地地层属于典型的喀斯特地貌，分布有填土层、粉质黏土层、卵石层、灰岩、夹层，且多处见溶洞，大小不一，层厚0.6~14m，溶洞内有流塑体填充，充填物多以黏性土为主，伴有少量碎石。地下稳定水位埋深2.3~3.4m。地层种类较多，性质较不均匀，属于中等复杂地基。场地地层10m以下大面积分布着较硬的灰岩，强度已经达到了60MPa，主要成分为沉溺灰岩，岩石质量指标RQD值为60%，中厚层状，岩体结构类型为长柱状，层状构造，岩芯呈长柱状、柱状，颜色为灰色和肉红色，裂隙较发育，碳酸盐脉较发育。岩体基本质量等级为Ⅳ级，属较坚硬岩。本工程支护桩施工成孔为旋挖钻机，旋挖在此地层施工具有不可预见性、施工安全风险大、功效低的特点，在施工过程中经常会遇见斜岩、溶洞、灰岩、夹层等复杂地质情况，也极易遇到卡钻、漏浆、塌孔、混凝土超方等施工事故。

2复杂地层解决方案

2.1溶洞

本工程原计划采用先进行旋挖灌注桩施工，再进行高压旋喷桩止水施工，但在实际施工过程中遇到溶洞流塑体，溶洞填充物多为含水量较大的黏性土，大量涌进孔内，旋挖钻机越掏涌进的越多，难以成孔，且混凝土超方严重；土层易出现塌孔现象，塌孔桩需要回填重新再打。施工效率极低，项目成本急剧增加。项目部经综合考虑，决定改变施工工序，采用先进行高压旋喷桩施工，加固土体，填充溶洞，固化流塑体，再进行旋挖支护桩施工，配合AB-复合高黏膨润土搅浆，泥浆护壁工艺。此番改变高压旋喷桩与支护桩施工先后顺序，对施工现场高压旋喷桩的成桩质量提出了更高的要求，不仅要做到基坑开挖后的止水帷幕效果，还要做好加固土层以及填充溶洞固化流塑体的效果，为后续旋挖成孔提供优质的地层状况。如此，旋挖成孔可操作性强，成孔效率得以提升。高压旋喷桩施工过程中，在灰岩及溶洞地层中容易出现水泥浆流失、不返浆的情况，极易造成旋喷桩水泥用量不足，间接降低了止水效果，同时也不能保证溶洞的填充效果及土层加固效果，对于这种情况，在岩溶地层范围内旋喷桩需要进行二次复喷处理，重复旋喷前需对水泥浆浓度适当加大，注浆管提升速度适当降低，才能保证溶洞的处理效果。在旋挖钻进的过程中遇到有溶洞的地层，选用双底门截齿钻头，轻加压钻进，缓慢进尺，防止出现斜孔现象，在提钻的过程中经过溶洞地层，也需要缓慢提钻，防止出现卡钻的情况。

2.2斜岩

溶洞顶部的灰岩层岩面变化较大，呈斜面的状态，称之为斜岩（见图1）。在钻到这样的地层时，如果进尺过快，加压较大容易出现斜孔，之后把斜孔校正，需要多花费近两倍的时间，极大地降低了成孔效率，增加了成本。遇到有斜岩的地层，需要及时把旋挖钻机的钻具更换为筒钻，在扫孔后下钻，起初在刚开始钻进的过程中一定要“减压钻进”，采用“吊打”的进尺方法，缓慢进尺，在实际施工时除了要结合地勘报告提前判断溶洞出现的位置，还需要仔细观察钻渣，用筒钻上的截齿将斜岩磨平，在进尺过程中要多加观测旋挖钻机的垂直情况，保证成孔的垂直度，这个过程相对耗时，但对于斜岩这种地层成效显著。

2.3灰岩

据地勘报告显示，本工程施工场地地层10m以下大面积分布着较硬的灰岩，支护桩施工的入岩深度达到了10m，如此大直径灰岩地层的钻进，对设备提出了更高的要求，一般需要扭矩在360kN•m以上的设备才可以完成施工作业。因此，旋挖钻机选用360以上的机型，钻杆选用适合打硬层的机锁杆，钻具一般采用筒钻与双底门截齿钻。在灰岩的钻进过程中需要把钻具更换为筒钻，旋挖在进尺中需要适当加压，筒钻旋转缓慢进入岩层，在进尺达到预定深度，钻杆锁点解开，反转，将岩柱掰断，提钻将岩柱提出孔外，如果筒钻反转不能将岩柱掰断，需要及时检查截齿的磨损情况，将磨损严重的截齿更换，重新再试；如此还是不能将岩柱掰断的，就需要更换钻具，改换双底门截齿钻进尺，将岩石磨碎进入钻具中提出，在灰岩地层中双底门截齿钻与筒钻交换使用，配合进尺，成孔效率明显提升。在灰岩地层旋挖成孔，钻具的截齿磨损较为严重，需要多加观察，将磨损截齿及时更换，以免影响成孔效率。本工程选用的筒钻是为适应本工程地质条件专门定制出的筒钻，钻齿选用的截齿母体为42铬钼钢材质且嵌有坚硬的合金，选用加密截齿，一组4个截齿，1个内齿、2个中齿、1个外齿，如图2所示，共5组，增加了灰岩进尺的稳定性。旋挖钻机输出的扭矩和施加的压力都凝聚在截齿上，通过截齿角度的大小决定着岩面与截齿的接触面积，对岩面进行切削，形成切入能力，调小角度可以增加截齿与岩面接触面积，从而降低压强，降低切入能力，但利于扭矩径向切削；调大角度就减小了截齿与岩面的接触面积，从而可以提成压强，提升切入力，但扭矩径向切削阻力变大，容易使截齿磨损变形或折断。因此定制筒钻截齿的角度要结合轴向施加压力、径向扭矩、截齿本身的力臂以及岩层等各方面因素，在45~65°之间经过不断调试，找出合适本岩层的截齿角度。

3结语

本项目所采用改进工艺后实际的成孔效果显著，由此证明，选用合适的钻具配置以及正确的施工工艺，既可以提高成孔效率，又可以节约工期，有效降低了项目成本，具有较高的实用价值，旋挖钻机成孔作为一种先进的大直径钻孔灌注桩施工工法，目前已广泛运用于我国各种地域的桩基成孔。

参考文献

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[2]谭伟.旋挖成孔灌注桩在不利地质条件下的成桩质量控制措施[J].建材技术与应用，2010（6）：29-30.

[3]戴焕文.三重管高压旋喷桩止水帷幕施工技术[J].科学之友，2008（21）：7-8.

作者：付兴 陈世勇 单位：景德镇市建筑设计院