[摘要]岩溶地区场地内地质及水文地质构造多变，地层表面高差较大，地层内常隐藏着残积层、溶洞、溶槽等复杂状况，往往还蕴含丰富的地下水、地表水、和不同类型风化岩层和残积土层，工程地质情况复杂。在岩溶地带施工人工成孔桩经常会遇到穿越含丰富地下水的弱风化岩层、砂卵石冲洪积层、溶洞等地质情况，复杂的地质状况将直接影响着人工挖孔桩成桩的施工安全和施工进展。按照传统方法为确保施工安全和成桩质量需由相关单位进行地基处理或重新修改基础方案，然后才能进行下道工序施工，如此将造成施工单位的人工、机械设备的停窝工损失，延长工期，同时也将增加建设单位的建设投资，难以满足业主方的建设工期要求和投资目标控制。
[关键词]熔岩；人工挖孔桩；施工工艺；安全质量
1、工程概况
河南大地水泥有限公司4000t/d水泥熟料生产线工程，其地理位置位于岩溶地区，勘查报告显示地层分布有：人工填土层(Qml)、冲洪积层(分布有粉质粘土、粉土、砂、砾等，呈软塑至可塑状态，孔隙潜水量大，渗透性能好)、残积层(由灰岩风化残积而成、一般为湿―饱和，流塑至可塑状态，与基岩的接触带部分由于潜水影响呈流塑状态)、弱风化岩层(基岩面溶沟溶槽等溶蚀现象严重，深部古老溶洞分布较多、相互连通，溶洞内含水量较大，并填充有淤泥、燧石)。由于建筑场地自然条件复杂，勘测抽查钻孔结果反映施工区域的地质情况也不全面、详细。其中烧成窑尾工程由于单柱荷载达1800吨、生料均化库工程库体自重达3万吨，为满足承载力的要求其基础设计采用了人工挖孔灌注桩，桩径为800mm、1200mm，桩身设计长度为20m，桩端要求全部深入持力层弱风化岩层，混凝土强度等级为C30。地下复杂的地质情况，给人工挖孔桩的成桩质量、成孔施工安全和工程进度造成极大的影响，制约着工程的进展。建设单位要求工期较紧，桩基施工要求在三个月内全部完成。
公司拟研究一种岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术，通过对传统的人工挖孔桩施工工艺进行改进，实现在岩溶地区复杂地质条件下的人工挖孔桩施工，能够在确保施工安全、质量的前提下，迅速采取并实施应对措施，实现工程各项预定目标。采用此种施工艺施工，可确保施工安全和施工质量、节约大量材料、缩短施工工期、降低费用。为同类或类似工程技术进步提供一个成熟的技术支撑。
岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工技术应用，可有效地扼制不利地质条件带来的人工成孔安全隐患，确保人工挖孔灌注桩的施工质量，加快工程施工进度，实现节约材料、缩短工期、降低成本的目的。综合技术的应用能够提高同类工程桩基础施工技术水平，为类似地质状况桩基工程施工提供技术经验支持。
依据现场地质的实际状况，在总结借鉴相关工程施工经验的基础上，进行了技术方案的策划，对多种施工方法进行比较、优化，对选定的方案进行系统分析及计算，完成了压力灌注水泥浆挤压固化淤泥活水措施、弱风化岩层内分步分段降水、水下定向爆破一次成孔技术等技术措施研究，实现在岩溶地区人工挖孔灌注桩作业的施工安全和成桩施工质量控制。
本课题是研究一种在岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术，通过对传统的人工挖孔桩施工工艺进行改进，实现在岩溶地区复杂地质条件下的人工挖孔桩施工，能够确保施工安全、质量。着重研究解决岩溶地区人工挖孔阶段桩身穿越残积层、填嵌淤泥的溶洞岩层、含水丰富的弱风化岩层等复杂地质状况下的处理技术措施，实现确保桩身成孔时的施工安全和灌注桩成桩质量，研究在富含地下水的弱风化岩层内成孔时，通过采取水下定向爆破一次成孔的施工技术，实现确保成孔质量、节约材料、加快施工进度的目的。
2、课题研究的成果
2.1 岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术的技术原理。
该技术是在人工挖孔灌注桩技术基础上通过采取：①对含地下水丰富的溶洞岩层、弱风化岩层的桩基施工区域，在桩身成孔施工前首先采取压力灌注水泥浆挤压固化淤泥活水技术，分块封堵溶洞的连通通道，降低淤泥、活水的流动范围措施，有效地降低单位地区内地下水的流动量。②成孔过程中对岩层内分布有较多淤泥填充的老溶洞岩区，分别采取单孔分段降水和井管集中降水措施。③在含地下水丰富的弱风化岩层内成孔时，采取水下定向爆破一次成孔的施工技术措施，控制安全隐患，加快成孔进度。科学合理地组织工序施工、有效控制成桩关键环节，确保人工成孔灌注桩施工的桩身混凝土灌注质量。实现了确保成桩安全、加快施工速度、保证桩基质量满足工艺及规范要求的目标。
2.2 技术难点分析及创新点
2.2.1 技术难点分析
2.2.1.1 灌注桩人工挖孔穿越含填充积水、淤泥溶洞的岩层时，桩身开挖后，溶洞内的积水、淤泥经相互连通的溶洞通道大量涌入孔内，使用污水泵抽排水措施短时间内难以见效。
2.2.1.2 富含地下水的弱风化岩层人工成孔爆破控制难度较大，制约成孔速度。
2.2.1.3 人工成孔过程中桩身穿越熔岩地层时，溶洞存在相互连通、非连通情况，单一降水措施单位时间内设备或工程费用投入量较大。
2.2.1.4 存在着塌孔、爆破等施工安全隐患。
2.2.2 创新点
2.2.2.1 桩基成孔施工前，对连通溶洞区域，先采用压力灌注水泥浆挤压固化淤泥活水技术，提前将溶洞的连通通道分块封堵，降低淤泥、活水的流动范围，降低单位地区内地下水的流动量，减弱了淤泥、活水向孔内倾斜的压力。
2.2.2.2 在富含地下水的弱风化岩层内，采用水下定向爆破一次成孔技术，能够有效控制爆破范围，减小对围岩的破坏程度，降低施工安全事故的发生，提高桩基质量，加快施工进度。
2.2.2.3 针对不同溶洞分布情况采取单孔分段降水和集中管井降水相结合的措施，既能提高降水效率，又能降低降水费用。
3、课题成果应用总结
岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术在河南大地项目实施应用，按计划完成了各阶段工作，有效确保了施工安全，极大地加快了施工速度、减少人工、机械的误窝工损失，降低了施工成本，节约人工、材料和机械费用，缩短了施工工期，满足了工程质量、工期、安全、经济效益的最大化要求。
2009年年底至2010年年初在重庆东方希望熟料库、烧成窑中工程中再次推广应用。收到了良好的效果，表现在：
①提升了桩基工程的实体质量：通过相关质量监督检测单位对已完桩基工程的人工开挖桩孔的中心轴线位置、孔身垂直度、孔径、孔深、混凝土强度等现场质量验收和单桩静载试验验收均满足施工质量规范和建筑桩基检测技术规范的要求。
②安全效益：科学的爆破计算，确保了爆破用药量的准确性，减少了对桩身、相邻桩基及建筑物的破坏，确保施工人员的人身安全。
③经济效益：经核算表明，采用现有施工方法可减少建设项目投资12.7％，施工费用节约20.9％，具有明显的经济效益。
④缩短了工期：经分析比较，在使用该技术的条件下，较使用传统方法施工能够缩短施工工期15天。为建设单位提前点火投产提供了保障。
⑤经验积累：为今后类似工程施工提供了经验和依据。
1、工程概况
河南大地水泥有限公司4000t/d水泥熟料生产线工程，其地理位置位于岩溶地区，勘查报告显示地层分布有：人工填土层(Qml)、冲洪积层(分布有粉质粘土、粉土、砂、砾等，呈软塑至可塑状态，孔隙潜水量大，渗透性能好)、残积层(由灰岩风化残积而成、一般为湿―饱和，流塑至可塑状态，与基岩的接触带部分由于潜水影响呈流塑状态)、弱风化岩层(基岩面溶沟溶槽等溶蚀现象严重，深部古老溶洞分布较多、相互连通，溶洞内含水量较大，并填充有淤泥、燧石)。由于建筑场地自然条件复杂，勘测抽查钻孔结果反映施工区域的地质情况也不全面、详细。其中烧成窑尾工程由于单柱荷载达1800吨、生料均化库工程库体自重达3万吨，为满足承载力的要求其基础设计采用了人工挖孔灌注桩，桩径为800mm、1200mm，桩身设计长度为20m，桩端要求全部深入持力层弱风化岩层，混凝土强度等级为C30。地下复杂的地质情况，给人工挖孔桩的成桩质量、成孔施工安全和工程进度造成极大的影响，制约着工程的进展。建设单位要求工期较紧，桩基施工要求在三个月内全部完成。
公司拟研究一种岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术，通过对传统的人工挖孔桩施工工艺进行改进，实现在岩溶地区复杂地质条件下的人工挖孔桩施工，能够在确保施工安全、质量的前提下，迅速采取并实施应对措施，实现工程各项预定目标。采用此种施工艺施工，可确保施工安全和施工质量、节约大量材料、缩短施工工期、降低费用。为同类或类似工程技术进步提供一个成熟的技术支撑。
岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工技术应用，可有效地扼制不利地质条件带来的人工成孔安全隐患，确保人工挖孔灌注桩的施工质量，加快工程施工进度，实现节约材料、缩短工期、降低成本的目的。综合技术的应用能够提高同类工程桩基础施工技术水平，为类似地质状况桩基工程施工提供技术经验支持。
依据现场地质的实际状况，在总结借鉴相关工程施工经验的基础上，进行了技术方案的策划，对多种施工方法进行比较、优化，对选定的方案进行系统分析及计算，完成了压力灌注水泥浆挤压固化淤泥活水措施、弱风化岩层内分步分段降水、水下定向爆破一次成孔技术等技术措施研究，实现在岩溶地区人工挖孔灌注桩作业的施工安全和成桩施工质量控制。
本课题是研究一种在岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术，通过对传统的人工挖孔桩施工工艺进行改进，实现在岩溶地区复杂地质条件下的人工挖孔桩施工，能够确保施工安全、质量。着重研究解决岩溶地区人工挖孔阶段桩身穿越残积层、填嵌淤泥的溶洞岩层、含水丰富的弱风化岩层等复杂地质状况下的处理技术措施，实现确保桩身成孔时的施工安全和灌注桩成桩质量，研究在富含地下水的弱风化岩层内成孔时，通过采取水下定向爆破一次成孔的施工技术，实现确保成孔质量、节约材料、加快施工进度的目的。
2、课题研究的成果
2.1 岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术的技术原理。
该技术是在人工挖孔灌注桩技术基础上通过采取：①对含地下水丰富的溶洞岩层、弱风化岩层的桩基施工区域，在桩身成孔施工前首先采取压力灌注水泥浆挤压固化淤泥活水技术，分块封堵溶洞的连通通道，降低淤泥、活水的流动范围措施，有效地降低单位地区内地下水的流动量。②成孔过程中对岩层内分布有较多淤泥填充的老溶洞岩区，分别采取单孔分段降水和井管集中降水措施。③在含地下水丰富的弱风化岩层内成孔时，采取水下定向爆破一次成孔的施工技术措施，控制安全隐患，加快成孔进度。科学合理地组织工序施工、有效控制成桩关键环节，确保人工成孔灌注桩施工的桩身混凝土灌注质量。实现了确保成桩安全、加快施工速度、保证桩基质量满足工艺及规范要求的目标。
2.2 技术难点分析及创新点
2.2.1 技术难点分析
2.2.1.1 灌注桩人工挖孔穿越含填充积水、淤泥溶洞的岩层时，桩身开挖后，溶洞内的积水、淤泥经相互连通的溶洞通道大量涌入孔内，使用污水泵抽排水措施短时间内难以见效。
2.2.1.2 富含地下水的弱风化岩层人工成孔爆破控制难度较大，制约成孔速度。
2.2.1.3 人工成孔过程中桩身穿越熔岩地层时，溶洞存在相互连通、非连通情况，单一降水措施单位时间内设备或工程费用投入量较大。
2.2.1.4 存在着塌孔、爆破等施工安全隐患。
2.2.2 创新点
2.2.2.1 桩基成孔施工前，对连通溶洞区域，先采用压力灌注水泥浆挤压固化淤泥活水技术，提前将溶洞的连通通道分块封堵，降低淤泥、活水的流动范围，降低单位地区内地下水的流动量，减弱了淤泥、活水向孔内倾斜的压力。
2.2.2.2 在富含地下水的弱风化岩层内，采用水下定向爆破一次成孔技术，能够有效控制爆破范围，减小对围岩的破坏程度，降低施工安全事故的发生，提高桩基质量，加快施工进度。
2.2.2.3 针对不同溶洞分布情况采取单孔分段降水和集中管井降水相结合的措施，既能提高降水效率，又能降低降水费用。
3、课题成果应用总结
岩溶地质条件下人工挖孔桩综合成桩施工应用技术在河南大地项目实施应用，按计划完成了各阶段工作，有效确保了施工安全，极大地加快了施工速度、减少人工、机械的误窝工损失，降低了施工成本，节约人工、材料和机械费用，缩短了施工工期，满足了工程质量、工期、安全、经济效益的最大化要求。
2009年年底至2010年年初在重庆东方希望熟料库、烧成窑中工程中再次推广应用。收到了良好的效果，表现在：
①提升了桩基工程的实体质量：通过相关质量监督检测单位对已完桩基工程的人工开挖桩孔的中心轴线位置、孔身垂直度、孔径、孔深、混凝土强度等现场质量验收和单桩静载试验验收均满足施工质量规范和建筑桩基检测技术规范的要求。
②安全效益：科学的爆破计算，确保了爆破用药量的准确性，减少了对桩身、相邻桩基及建筑物的破坏，确保施工人员的人身安全。
③经济效益：经核算表明，采用现有施工方法可减少建设项目投资12.7％，施工费用节约20.9％，具有明显的经济效益。
④缩短了工期：经分析比较，在使用该技术的条件下，较使用传统方法施工能够缩短施工工期15天。为建设单位提前点火投产提供了保障。
⑤经验积累：为今后类似工程施工提供了经验和依据。