1、202212Building Construction2836岩溶极发育地质条件下的旋挖灌注桩施工技术陈祖军1 邓边员2 许利东21.云南省建设投资控股集团有限公司 云南 昆明 650501；2.云南建投基础工程有限责任公司 云南 昆明 650501摘要：岩溶极发育地区存在见洞率高、竖向溶洞发育、溶洞充填物力学性质差、基岩面起伏较大、基岩内部溶蚀裂隙较发育等不良地质现象，采用传统旋挖成孔灌注桩施工工艺极易发生溶洞充填物坍孔、钻孔偏斜、漏浆、桩身混凝土流失、断桩等不良现象。基于此，对云南省典型岩溶极发育地区某高层建筑旋挖灌注桩施工参数（钻进压力、钻速、提钻速度等）进行分析，提出该地质条件下的最优
2、施工参数，并利用地质钻孔注浆填充预处理和施工参数解决溶洞充填物垮塌问题，利用双钢护筒护壁解决土岩交界面存在的坍孔问题，从而提高施工工效，为类似工程的施工提供参考。关键词：岩溶极发育；钻孔灌注桩；地质钻孔预注浆；双钢护筒中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2836-05 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.008Construction Technology of Rotary Digging Cast-in-place Bored Pile Under Condition of Karst Extremely Develo
3、ped GeologyCHEN Zujun1 DENG Bianyuan2 XU Lidong21.Yunnan Construction and Investment Holding Group Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650501,China;2.Yunnan Construction Engineering Foundation Engineering Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650501,ChinaAbstract:In the extremely developed Karst area,there are some unfavorab
4、le geological phenomena,such as high cave penetration rate,development of vertical Karst caves,poor physical and mechanical properties of Karst cave filling,large undulation of bedrock surface,and relatively developed dissolution fissures in bedrock.The traditional rotary digging cast-in-place bored
5、 pile construction technology is prone to cave collapse,borehole deflection,slurry leakage,pile body concrete loss,pile breakage and other adverse phenomena.Based on this,the construction parameters(drilling pressure,drilling speed,drill-lifting speed,etc.)of a high-rise building in a typical Karst
6、extremely developed area in Yunnan Province is analyzed,and the optimal construction parameters under this geological condition are proposed.The geological drilling grouting filling pretreatment and construction parameters are used to solve the collapse problem of Karst cave filling materials,and th
7、e double steel casing wall protection is used to solve the hole collapse problem existing at the soil rock interface.The construction efficiency is improved and it provides reference for the construction of similar projects.Keywords:Karst extremely developed geology;cast-in-place bored pile;pre-grou
8、ting for geological drilling;double steel casing孔难以进尺、漏浆、卡钻、混凝土流失、沉渣过厚、断桩等问题，导致成桩效率低下，造成严重的资源浪费和经济损失。因此，对岩溶极发育地区旋挖灌注桩施工工艺的研究既具有适用性，也具有经济性。一些学者对此进行了研究，如周泽宏等3和许明等4建立了旋挖钻机钻进参数与地层岩土体物理力学参数之间的联系，并利用钻进参数对桩基持力层进行判定。周雄亚5和关泽潮等6提出双护筒施工工艺对深厚淤泥地质下的坍孔防治具有重要作用。本文对云南省典型岩溶极发育地区某高层建筑旋挖灌注桩施工进行研究，优化岩溶地区旋挖钻机施工参数，研究利用地质
9、钻孔注浆填充预处理和双钢护筒护壁控制坍孔的技术要点，可为类似地质条件下的旋挖钻孔灌注桩施工提供参考。1 工程概况1.1 基本设计施工场地位于云南省昆明市大板桥镇，用地面积约9岩溶地区占我国西南幅员面积的1/3以上，很多建（构）筑物不可避免地修建于岩溶地区。为确保岩溶地区建（构）筑物的安全及正常使用，通常会选择桩基础，钻孔灌注桩是最为常用的一种桩型，而旋挖钻机具有输出扭矩大、钻进效率高、施工方便、对环境影响较小等特点，配合适宜的钻具及护壁措施，可适用于各类地层1-2，成孔机械一般选用旋挖钻机。对于岩溶一般发育地区旋挖灌注桩还能获得不错的成桩效果。但在岩溶极发育地区，存在溶洞充填物力学性质差、基岩
10、面起伏较大、基岩内部溶蚀裂隙、溶沟、溶槽等不良地质现象，旋挖灌注桩存在着诸多问题，如反复坍作者简介：陈祖军（1973），男，硕士，高级工程师。通信地址：云南省昆明市经济技术开发区林溪路188号（650501）。电子邮箱：收稿日期：2022-07-19地基基础FOUNDATION BED&FOUNDATION建筑施工第44卷第12期2837万 m2。高层建筑层高为96 m，桩基采用旋挖灌注桩，桩径800 mm，端承桩，桩长1157 m。1.2 地质条件地层分布由上而下为：人工填土（欠固结、厚度为121 m）、圆砾（中密，厚度38 m）、土洞（局部存在）、强风化灰岩、中风化较完整灰岩（饱和单轴抗压
11、强度标准值为39.46 MPa，属于较硬岩）、溶洞（无充填或充填流塑-软塑状态黏性土、松散圆砾或角砾），地下水埋深为0.31.0 m。场地岩溶发育有以下特征（图1）：1）场地岩溶裂隙极发育，见洞隙率达78%以上，洞顶埋深5.549.1 m；洞底深度5.859.2 m，最大揭露洞径达21.5 m，单个溶洞垂高0.118.6 m，纵向呈串珠状发育，钻孔揭露显示最大发育深度可达60 m。2）岩溶发育性状有溶洞、溶沟、溶槽、石芽、石笋、鹰嘴岩等。3）土岩交界面起伏较大，基岩面呈倾斜或者弯曲状，土岩交界面标高为1 928.81 943.3 m，相对高差可达14.5 m。4）溶洞充填物为流塑-软塑状黏性土
12、，部分充填可塑状态黏性土、圆砾、角砾等。图1 岩溶极发育地区地质钻孔孔壁影像2 施工中存在的问题由于岩溶极发育地区存在着诸多不良地质，使得旋挖灌注桩在施工过程中遇到了较多问题，如表1所示，对施工中存在的问题进行了描述及原因分析，结合实际情况给出了处理措施。3 旋挖钻机施工参数研究本文施工参数是指与成孔直接相关的施工参数，包括：钻头性能参数；旋挖钻机给进力、钻速、钻进率；提钻速度。岩溶极发育地区，在土岩交界面有以下现象：钻斗子表1 岩溶极发育地区旋挖灌注桩存在的问题存在的问题原因分析处理措施成孔偏斜、卡钻土岩交界面、溶洞底板呈斜面，下钻过程中钻头受力不均出现钻头偏斜，偏斜过大容易出现卡钻控制给进
13、压力、钻速和钻进率土岩交界面坍孔土岩交界面呈斜面，存在半边岩、鹰嘴岩等，钢护筒底无法封闭，导致出现坍孔双钢护筒溶洞充填物坍孔溶洞充填物力学性质差，加之施工振动、下钻和提钻抽吸压力等因素影响，导致坍孔地质钻孔预注浆处理混凝土浇筑充盈系数较大孔壁呈现凹凸不平及非连续的性状、坍孔扩大孔径、相互连通溶洞、溶沟、溶槽等均会导致充盈系数较大地质钻孔预注浆处理混凝土流失存在未被探明的溶洞、溶沟、溶槽，浇桩过程中混凝土压力导致孔壁坍塌，使得混凝土流失地质钻孔预注浆处理断桩在灌注过程中混凝土流失，混凝土面突然下降容易出现断桩；灌注完成后混凝土向孔壁溶槽、溶沟缓慢流失，形成桩身部分缺失地质钻孔预注浆处理沉渣过厚混
14、凝土浇筑前不稳定土层坍塌，在孔底形成泥块，难以随泥浆返出，导致沉渣过厚桩端后注浆弹头与岩石的强度比、切削岩石的子弹头角度对入岩时的吃岩深度有较大影响；旋挖钻给进压力过大时很容易出现卡钻现象，钻速过大容易导致钻斗子弹头损坏；提钻形成的抽吸力容易导致溶洞充填物坍孔。因此，需要根据不同地层选择合适的施工参数。本文以施工中采用的三一重工SR360R-C10型旋挖钻机为施工机械，研究本项目旋挖钻斗和钻头配置，分析确定给进力、钻速、钻进率等钻进参数；根据钻机提钻速度对孔壁稳定性的影响分析，确定钻机提钻速度控制值。旋挖钻机主要性能参数如表2所示。表2 旋挖钻机主要性能参数性能参数数值最大钻孔直径/m2.5最
15、大钻孔深度/m100/65最大起拔力/kN334最大加压力/kN290转速/（r/min）525最大钻进扭矩/（kNm）3603.1 钻头适应性分析岩石的抗拉强度、抗剪强度远远低于岩石的抗压强度，利用岩石的这一特性，可选择钻进过程中能将压力转化为切削力的钻头，选择截齿7-8作为刀具可达到这一目的，钻头转动时截齿与岩石作用后开始自转，自转过程中既对岩石进行挤压破碎，也对岩石进行切削。在岩土交界面斜岩面，采用截齿可在压力传导至截齿岩面接触面时形成有效吃岩深度，为钻头全断面吃岩创造有利条件，在提陈祖军、邓边员、许利东:岩溶极发育地质条件下的旋挖灌注桩施工技术202212Building Constr
16、uction2838高钻进效率的同时降低卡钻的风险。取土采用一般取土钻即可。根据分析及实际应用，岩溶极发育地区钻头选择如表3所示。表3 岩溶及发育地区钻头选择地层类型钻头类型土岩交界面以上土层单底土斗土岩交界面嵌岩截齿筒钻头溶洞充填物双底牙轮钻头孔底双平底捞砂钻头3.2 钻进参数分析合理的钻进参数是高效钻进的必要条件，对旋挖钻机的主要钻进参数，包括给进力、转速、钻进速度进行优化，以适应不同地层。钻进率表示单位时间内钻头的钻进深度，转速表示单位时间内钻杆的转速。给进力需要由旋挖钻机直测参数转化得到。液压缸加压力为7 F1(PP1)A1P2 A2（1）式中：P辅泵压力，MPa；P1压力由液压泵传递至液压缸的压力损失，MPa；P2液压缸的回油背压，MPa；A1，A2液压缸的大腔和小腔面积，mm2。动力头的总压力为 FF1G（2）式中：G最后一节钻杆和钻头的总自重。3.2.1 松软地层钻进工艺及参数分析根据地质勘查报告，场地松软地层主要包括表层人工填土以及粉质黏土层，考虑到地下水较丰富，钻头选用双底盘旋挖钻斗，切削齿选用铲型齿，钻斗直径较桩孔小2050 mm。旋挖钻属于强力钻进，其加压能力和回