淺談巖溶地質(zhì)樁基工程施工方案的探索及應(yīng)用

摘 要:本文通過某大廈巖溶地質(zhì)條件下樁基施工方案的分析，得出了巖溶地質(zhì)條件下合適的施工方案及優(yōu)缺點(diǎn)，得到了施工方案相關(guān)技術(shù)參數(shù)及技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞:巖溶地質(zhì) 樁基施工方案 成孔 計(jì)量

中圖分類號(hào):TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(a)-0127-02

1 工程概況

浙江省湖州市長(zhǎng)興縣某大廈為24層雙塔商務(wù)辦公大樓，地下1層，地上24層，建筑高度99.8m，用地面積6915m2，總建筑面積55842m2，其中地下一層6240m2，地上49602m2;本工程為框架核心筒結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)年限為50年?；A(chǔ)采用混凝土鉆孔灌注樁，其中承壓樁直徑為D800，樁端持力層為入中風(fēng)化粉砂巖1.5～2.0m，共240根，成孔在50m～59m之間;抗拔兼承壓樁直徑為D600，樁端持力層為8層粉質(zhì)粘土層，成孔約48m。

2 工程地質(zhì)條件

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工勘察時(shí)勘察出4處地下巖溶，為確定地質(zhì)承載情況能否滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)要求提前施工靜載試樁，在施工完2根靜載試樁后發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于周邊其余建筑物的樁基施工難度偏大。為了確保該大廈的樁基施工，設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理及施工方共同研究后一致提出應(yīng)對(duì)該地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)勘察，以便查明承載樁基的地質(zhì)狀況，用以確定樁基施工方案。

2011年5月中旬勘察單位對(duì)該大廈的核心筒部分樁基(承載樁基)進(jìn)行了一孔一探，歷時(shí)半個(gè)月，基本摸清了該大廈的地質(zhì)條件。在勘察單位提交報(bào)告后，參建各方一起針對(duì)該地質(zhì)條件的情況，進(jìn)行詳細(xì)的分析、研究和討論，存在以下特點(diǎn):

(1)在240根主樓承載樁基的位置上探明了45個(gè)溶洞，其中5個(gè)溶洞高差在3m及以上，其余均在0.5m～1.8m之間;

(2)溶洞雖多，但是地質(zhì)勘察過程中，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的溶洞揭示溶洞之間互不貫通;

(3)該地質(zhì)條件復(fù)雜的另一方面是存在角礫巖及灰?guī)r此類較難鉆進(jìn)的巖層，其中東北角主要為角礫巖，西北角為灰?guī)r，而場(chǎng)地南部又缺失，地質(zhì)巖層起伏變化較大。

另據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解，場(chǎng)地北側(cè)一路之隔的在建大廈項(xiàng)目未發(fā)現(xiàn)溶洞，比鄰的場(chǎng)地南側(cè)在建大廈項(xiàng)目北側(cè)同樣有小溶洞存在，因此，該項(xiàng)目剛好位于巖溶區(qū)，地質(zhì)條件極其復(fù)雜。

3 樁基施工方案

本工程設(shè)計(jì)樁基承載力較高，因此工程樁基采用灌注樁，而在巖溶地質(zhì)條件下，樁基施工方案一般采用沖孔灌注樁，沖孔灌注樁與鉆孔灌注樁的基本施工工藝相似，區(qū)別主要在于成孔方式，沖孔灌注樁為利用沖錘(抓錘)沖擊成孔，鉆孔灌注樁為鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔，沖孔灌注樁的缺點(diǎn)是進(jìn)度慢，成本高，現(xiàn)場(chǎng)管理難度大，兩者的基本施工工藝如圖1。

針對(duì)該工程的地質(zhì)狀況，結(jié)合沖孔(鉆孔)灌注樁的施工工藝，為了樁基施工的順利進(jìn)行，參建各方均派出了專家與會(huì)進(jìn)行了詳細(xì)認(rèn)真地分析、研究和討論，在巖溶地質(zhì)條件下成孔和控制灌注水下砼方量以免影響其他樁基的施工是實(shí)施中的難點(diǎn)，因此，針對(duì)該兩項(xiàng)工序，與會(huì)專家各抒己見，最終擬定了以下四個(gè)方案:

(1)利用GPS-15型及以上鉆機(jī)鉆透溶洞，直接澆灌混凝土的方式來施工。

(2)利用GPS-15型及以上鉆機(jī)鉆透溶洞，再根據(jù)鉆進(jìn)的數(shù)據(jù)，采用在穿越溶洞部位的鋼筋籠外包4mm厚的鋼制圓筒，并在溶洞部位上下延伸1.0m以上，確保隔離溶洞，防止?jié)补嗟幕炷磷⑷肴芏矗瑴p少混凝土的超方量。

(3)采用沖孔灌注樁施工工藝成孔，沖擊成孔時(shí)跟管鉆進(jìn)，成孔后直接澆灌混凝土，跟進(jìn)鋼管不拔除。

(4)綜合第2、3種方案，利用沖孔樁機(jī)不跟管，直接沖擊成孔，成孔后根據(jù)成孔時(shí)穿越溶洞的位置，采用鋼筋籠外包4mm厚的鋼制圓筒，并在溶洞部位上下延伸1.0m以上，確保隔離溶洞，防止?jié)补嗟幕炷磷⑷肴芏?，減少混凝土的超方量。

4 樁基施工方案的比選及確定

在擬定以上四種樁基施工方案后，與會(huì)專家根據(jù)以上方案施工的可行性、工期效果、質(zhì)量控制及經(jīng)濟(jì)性展開了充分的研討論證，具體優(yōu)、缺點(diǎn)如下:

(1)該種工藝最簡(jiǎn)單，工期最短，但灌注混凝土?xí)r灌注量不可控制，難以估計(jì)經(jīng)濟(jì)性;溶洞部位的混凝土形狀隨溶洞，一則造成質(zhì)量偏心，力學(xué)性能難以掌握，二則造成大體積混凝土，混凝土質(zhì)量不可控，可能影響周邊樁基施工;且鉆進(jìn)穿過溶洞時(shí)容易卡鉆，必須更改鉆頭。

(2)該種工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，工期相對(duì)第一種來說稍長(zhǎng)，混凝土灌注量較少，經(jīng)濟(jì)性可行;因成孔直徑存在著上、下不均勻，鋼筋籠外包圓筒會(huì)造成下籠困難，且與孔壁間隙的大小難以控制，混凝土灌注施工效果不可控，另外也存在鋼圓筒固定難的問題。

(3)該種工藝相對(duì)復(fù)雜，存在著工期長(zhǎng)，充盈系數(shù)大，雖然混凝土灌注量可控，但鋼管跟進(jìn)，造價(jià)最高，在該項(xiàng)目中不存在可行性。

(4)該種工藝較保守，同樣存在著第1、2種方案的缺點(diǎn)，不具備實(shí)施的可能性。

通過以上四種施工方案優(yōu)、缺點(diǎn)的分析，結(jié)合本工程地質(zhì)(小溶洞為主)條件和工期緊張的實(shí)際情況，第3、第4兩種方案過于復(fù)雜，造價(jià)和工期均不理想，因此，首先排除第3、第4兩種方案。由于第1、第2兩種方案施工工藝差別不大，接下來針對(duì)第1、第2兩種方案進(jìn)行進(jìn)一步的綜合考慮，分析如下:

(1)第1種方案優(yōu)、缺點(diǎn)均明顯，但對(duì)項(xiàng)目工期要求來說最合適;

(2)本工程基本是小溶洞，勘察揭示小溶洞之間又不貫通，因此對(duì)于小溶洞的施工不存在大體積混凝土的施工質(zhì)量問題，也不會(huì)影響其他樁基施工;

(3)針對(duì)勘察揭示的“大溶洞”，可以采取第2種施工方案彌補(bǔ);

(4)第2種方案圓筒的半徑如何確定及固定，無歷史施工經(jīng)驗(yàn)可參考;

(5)第2種方案存在著安放鋼筋籠困難的難題，影響工期。

在對(duì)第1、第2兩種方案的綜合考慮后，有必要對(duì)本工程的施工方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，即采取第1種和第2種方案相結(jié)合施工方案，具體如下:

(1)針對(duì)1.8m以下相對(duì)較小的溶洞，采用第1種方案，施工時(shí)先四周，再中間溶洞位置的樁基;

(2)針對(duì)1.8m及以上的溶洞，采用第2種方案，先施工溶洞位置的樁基，然后再施工四周的樁基，確保溶洞位置的樁基施工不影響周邊樁基;

(3)施工過程中，如發(fā)現(xiàn)未探明溶洞，首先按1.8m的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判溶洞的大小，根據(jù)判斷結(jié)果采取何種施工方案。

5 工程施工的控制措施、驗(yàn)證及改進(jìn)

在施工方案確定后，施工方在施工前又進(jìn)行了詳細(xì)的方案研究，并在當(dāng)?shù)刈稍冎苓叴髲B的施工情況，制定了以下具體實(shí)施措施:

(1)重新編制樁位圖，特別是對(duì)溶洞的大小進(jìn)行標(biāo)注區(qū)分，并向施工班組發(fā)放;

(2)定制專用鉆頭，在鉆頭上安裝導(dǎo)向裝置，解決鉆穿溶洞時(shí)卡鉆問題;

(3)抽調(diào)公司經(jīng)驗(yàn)豐富的樁機(jī)操作人員，并認(rèn)真對(duì)樁機(jī)操作人員進(jìn)行交底;

(4)編制樁基施工路線圖，制定施工順序，并要求班組嚴(yán)格執(zhí)行;

(5)現(xiàn)場(chǎng)施工員在施工溶洞位置的樁基時(shí)，應(yīng)在旁指導(dǎo)、記錄施工全過程，發(fā)現(xiàn)與地勘資料不符時(shí)應(yīng)及時(shí)上報(bào)，確保及時(shí)進(jìn)行處理，便于應(yīng)用針對(duì)性的施工方案。

在準(zhǔn)備就緒后，該工程于2011年8月19日正式開始施工，整個(gè)工程施工分兩個(gè)階段，第一階段為施工溶洞較小的樁基，由于樁基操作人員細(xì)心操作，項(xiàng)目部管理人員管理到位，在實(shí)際鉆進(jìn)過程中40個(gè)溶洞基本與地勘報(bào)告相符;地勘報(bào)告未揭示有溶洞的樁基在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)了2處溶洞，高度在0.8m左右，均采用第1種施工方案;總體來說，鉆孔后灌注混凝土比較順利，其中最大的超灌量為5.3m3，由于施工順序比較合理，基本未對(duì)周邊樁基產(chǎn)生影響。

第二階段，施工1.8m深度以上，因前面施工小溶洞狀況比較理想，加上小溶洞施工已經(jīng)有一定的心得，即在鉆穿溶洞時(shí)，孔內(nèi)液面都會(huì)有一定的下降，而且下降的多少跟溶洞的大小有關(guān)，針對(duì)這種情況，我們認(rèn)為，在施工大溶洞時(shí)也可以采用觀察法進(jìn)行施工，而且根據(jù)地勘報(bào)告揭示，雖然溶洞比較深，但溶洞體積也不會(huì)太大，可以選擇一個(gè)存在溶洞的樁位進(jìn)行試驗(yàn)，以便確定溶洞的大小及觀察法的有效性，具體如下:該臺(tái)施工鉆機(jī)單獨(dú)設(shè)置泥漿池、廢漿池和泥漿循環(huán)系統(tǒng)，并對(duì)該臺(tái)鉆機(jī)的用水和泥漿進(jìn)行計(jì)量，以便確定溶洞的大小，從而選擇合適的施工方案。實(shí)施后，該臺(tái)鉆機(jī)鉆進(jìn)過程比較理想，基本于地勘報(bào)告吻合，在接近溶洞位置時(shí)，對(duì)泥漿池和清水池液面設(shè)置標(biāo)尺，清水池停止進(jìn)水，在鉆進(jìn)溶洞的時(shí)候，泥漿液面出現(xiàn)輕微的下降，因此現(xiàn)場(chǎng)判斷該溶洞不大，在液面停止下降后，根據(jù)計(jì)量結(jié)果，該溶洞實(shí)際超方量為3.4m3，超灌方量與之前施工的小溶洞類似，因此在清孔時(shí)我們及時(shí)把灌注方案匯報(bào)給業(yè)主、監(jiān)理和總承包單位，在征得同意后，采用了第1種施工方案即直接澆灌混凝土，實(shí)際超灌方量為3.8m3，與計(jì)量結(jié)果相差不大，鑒于此，參建各方確定，所謂“大溶洞”的樁基施工均采用單獨(dú)泥漿系統(tǒng)和用水計(jì)量，并結(jié)合計(jì)量結(jié)果，來確定采用何種施工方案，如出現(xiàn)液面下降較快和計(jì)量結(jié)果超方量在8m3及以上的，由各方商議下一步施工方案。在2011年12月10日施工完4個(gè)“大溶洞”樁基，最大超方量為5.8m3，都采用了直接澆灌混凝土的方式來完成施工。

6 結(jié)語

溶洞施工技術(shù)一直是樁基施工的難點(diǎn)，特別是房屋建筑方面，施工遇到的情況比較少，這方面的經(jīng)驗(yàn)更欠缺，通過本次溶洞施工，收集了一些溶洞方面的施工經(jīng)驗(yàn)，具體如下:(1)溶洞施工應(yīng)采用單獨(dú)泥漿循環(huán)系統(tǒng)和用水計(jì)量，以便確定溶洞大小，針對(duì)性地選擇施工方案;(2)采用鉆機(jī)施工的鉆頭應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向裝置，以免卡鉆;(3)施工前應(yīng)具體分析研究施工方案的可行性，制定合適的施工順序。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)也存在以下難點(diǎn)，如大體積混凝土對(duì)樁基承載力的影響、外包圓筒的鋼筋籠安放等，雖然這次施工未進(jìn)行，但值得我們?nèi)ミM(jìn)一步研究和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉夢(mèng)澤.巖溶地區(qū)樁基鉆孔施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004，08.

[2]武建國(guó).巖溶地區(qū)橋梁樁基施工方法[J].科學(xué)之友，2009，07.

[3]匡樂紅，郭振斌.在工業(yè)與民用建筑中巖溶地基處理方法探討[J].巖土工程界，2001，11.