关于超前钻在建筑工程桩基础施工中的应用及分析
一、超前钻在工程桩基础施工的概况
高层建筑或大型桥梁大都采用钻（冲）孔或人工挖孔灌注桩基础，以中或微风化岩作桩端持力层。在碳酸盐岩、花岗岩、砂砾岩分布的地区，桩基施工过程中，常常会碰到溶洞、孤石、破碎带、软硬互层等不良地质的情况，给成孔造成很大的困难。如果处理不当，往往会留下质量隐患，有时会造成工期延后、浪费资金等不良后果。部分业主对勘察方或设计方提出在桩基施工前做超前钻不予重视，认为已经做了详细勘察，勘察就已经结束了，没必要再做超前钻。其实，这是对岩土工程勘察阶段的分级、对施工勘察阶段做超前钻的重要性认识不足而造成的。超前钻是施工勘察阶段的一部分，是详细勘察阶段的补充、延伸。在详细勘察时，控制孔的数量偏少、深度偏浅，在场地没有上述的不良地质现象时可满足使用要求。施工中可能遇到特殊或专门的岩土工程问题，应进行施工勘察，有针对性地补充详细勘察的不足。
二、超前钻在桩基施工中的应用
1、碳酸盐岩分布地区，常发育有溶洞。其大小（指高度）悬殊，大可至一、二十米，小的仅二、三十厘米；垂直方向上一般发育1～3层溶洞，乐昌市某大桥工地，60米的钻孔最多穿越23层溶洞；按充填状态分，有的为空洞，有的完全充填，有的半充填。按填充物性质分，有的为砂、砾（松散或稍密），有的为粘性土（软塑或可塑）；按漏水情况分，有的钻进时全漏水，有的不漏或少漏水。孔距30厘米的两个钻孔，揭露的基岩面的标高有时相差一、二十米。由此可见其复杂和多变性。
一桩一孔或一桩二、三孔的超前钻，能充分揭露溶洞的容积大小、充填状态及充填物性质、漏水情况等特点。根据溶洞的不同情况，采用不同的桩型和不同的成孔措施（填充砂、块石或粘土、水泥或注浆，或下钢护筒等堵漏），确保工程进度及成桩质量。
2、在花岗岩地区，在残积土和全风化、强风化带常含孤石（球状风化）。埋藏浅的几米或直接出露，深的三、四十米；揭露的层数一般1～2层，深圳地铁某个工地达7～8层；厚度小的二、三十厘米，厚度大的三、四米甚至五米；孤石为微风化或未风化，强度高，单轴抗压强度常大于100MPa。
孤石埋藏较深、厚度小、层数少的场地，一般可选用冲孔桩机成孔。对于多数桩位都含有厚度大、层数多的孤石的场地，若采用冲孔桩机成孔，有时要十几二十天才能成一孔，进度极其缓慢。若工期紧迫时，可采用空气潜孔锤成孔，其效率、效益均比前者显著提高。为了防止把孤石误判为稳定的微风化基岩，超前钻应钻入连续、完整的微风化岩6米以上。
三、建筑工程桩基施工中超前钻的施工流程
某市中心广场拟建一座24层的贸易大厦，该大厦地基工程地质条件和水文地质条件复杂，岩溶、土洞发育。基坑北5m紧邻七层高的图书馆及四层高的电影院，南面相距4m处为该市主干道。地基处理施工难度大，施工中引进一些新的施工措施进行尝试，并取得了良好效果。
该楼为一层地下室，基坑开挖深度4～4.4m，采用一柱一桩独立基础形式，单桩最大垂直荷载21000kN。原设计为先开挖基坑，四周用毛石砌挡土墙，坑内采用人工挖孔桩。由于人工挖孔桩施工中抽取大量地下水，造成电影院、图书馆多处开裂，建筑物地基有向下滑移现象，同时挖孔桩没办法穿过多层溶洞，施工难以进行，造成停工。在此情况下，对该项工程进行了基础设计修改，采用冲孔和挖孔灌注桩相结合，并制订一套科学、合理、可行的施工程序，以保证相邻建筑物的安全及施工的顺利进行。其施工分为两个部分，即冲孔灌注桩和人工挖孔灌注桩。
1、冲孔灌注桩施工
该施工主要难点为如何在具有多层溶洞的岩溶区成孔，如何堵住泥浆渗漏及砼流失，如何保证冲孔进尺及清除孔底沉渣。
每当打穿一层溶洞时，经常出现如下情况：a.孔内泥浆迅速流失，因岩溶水系与义昌江联通，两台3PN泵供水也无法使孔内满上来，出现地面孔口塌陷，产生一大漏斗，不仅不能施工，而且经常危及钻孔及人身安全，有时连钻机撤出的时间都没有；b.溶洞或裂隙水流入孔内，破坏泥浆，泥浆比重减少或变成清水，孔底出现厚层沉渣，无法反浆，更不能进尺，使工程无法进行。
针对上述情况，采取了相应的解决方法：向孔内回填大量粘土，目的是堵漏，同时也堵住小裂隙的漏浆，粘土可不必装袋，可直接倒入孔内，水泥需整袋抛入，使其沉底，操作方法同上。当再次打穿下一层溶洞发生漏浆时，重复上述工作，直到完成一个桩孔为止。
这样施工的结果是堵住了漏浆，堵住了溶洞，保证泥浆质量且能正常返浆，正常进尺，同时在灌注砼时，不会出现大量超灌。如63#桩具有一定的代表性，桩径1.6m，桩长21m，上覆土层厚5.5m，其下为多层分布的溶洞，遇大小溶洞4个，发生强漏浆6次，为堵漏造浆共用318包水泥，直接用于堵漏费8600元。
经比较，上述方法是最经济、最有效的施工方法。与之相比，在此场地也曾采用钻孔灌注桩，钻孔直径500mm，结果是1）因泥浆流失过大，无法补足泥浆；2）长期钻进，出现大面积地面塌陷；3）孔底难清除沉渣；4）砼灌入量无法控制。在仅钻成的两个孔中，孔底几米厚度沉渣无法清除，其中一孔12h灌入几十立方砼，不知流向何处。
2、挖孔桩施工
对于人工挖孔桩，按常理是最简单的施工方法。由于该地层含有大量地下水，抽取地下水已危及周围建筑物的安全。如何达到最经济最安全的施工成为第一难点。经认真分析，充分了解该地基的工程地质条件及水文地质条件与周围建筑的联系，并对建筑物已开裂的原因进行了细致的分析。抽取大量地下水是导致周围房屋开裂、地基下沉的最主要原因，如要对基坑周围进行全面的帷幕防渗，耗资巨大，同时岩石裂隙水未必能堵住。最后采用了不增加投资的方案，只对施工程序进行了调整。
通过施工程序调整，设法改变水的渗透路径；分散施工，不能成片连续开挖，每隔3～5个桩孔开挖一个；先施工水量较小的桩孔，如果发现水量较大的桩孔，停止抽水，不再向下施工，严格控制抽取地下水量；每挖成一个桩孔，验收后立即灌注砼，堵住水的部分渗透路径；严格监控周围建筑物的裂缝。
事实证明，按上述原则要求进行施工，顺利、安全地完成了施工任务，保证了周围建筑物的安全，如果不按此程序施工，会产生严重的后果。例如，当时现场为了进度，同时开挖4孔，同时抽水，结果4h后观测发现周围建筑物裂缝加大，石膏断裂。紧急停工后再按程序施工没有出现 这种情况，施工安全顺利。再次证明经过施工程序的控制，安全施工可以得到保证。
四、结束语
总之，在实际工程中，我们经常会遇到地质条件复杂的情况，尤其在岩溶地区，溶洞、溶沟、溶隙、石芽等不良地质作用十分发育，基岩面埋深不一，起伏较大，无规律性。而仅仅通过对场地进行详细勘察所获取的地质资料非常有限，设计单位难以确定桩基持力层的标高，而施工单位亦无法取得准确数据。基于此，在桩基施工处理过程中，超前钻已经成为现代建筑工程施工不可或缺的勘探手段。对确定桩型、桩端持力层的性状及桩端位置（标高）、成孔工艺和确保工程质量等方面起着重要的作用。
- 上一篇：关于建筑墙体裂缝防治施工技术研究
- 下一篇：建筑工程转换层施工技术要点分析
