復(fù)雜巖溶地區(qū)高層建筑樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

【摘 要】 在巖溶地區(qū)，針對(duì)工作量十分巨大的嵌巖灌注樁基礎(chǔ)，有條件地選擇人工挖孔樁和沖孔灌注樁相結(jié)合的施工技術(shù)，對(duì)縮短工期、降低工程造價(jià)是行之有效的。對(duì)于地層復(fù)雜的樁孔可能存在的沉碴問(wèn)題，提出了“后注漿“處理措施。

【關(guān)鍵詞】 巖溶地基，嵌巖樁基礎(chǔ)，施工技術(shù)，后注漿處理

緒言

近年來(lái)某市區(qū)高層建筑發(fā)展十分迅猛，城區(qū)范圍內(nèi)新開(kāi)發(fā)建設(shè)的住宅小區(qū)絕大部分為高層住宅，對(duì)地基基礎(chǔ)的要求越來(lái)越高。鑒于高層建筑擬建區(qū)域大部分為可溶巖分布區(qū)，巖面高低起伏不平，溶洞和溶蝕破碎帶發(fā)育，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到高層建筑對(duì)不均勻沉降的敏感性及基礎(chǔ)承載力因素，普遍采用嵌巖灌注樁基礎(chǔ)，持力層要求為具有一定厚度的連續(xù)完整巖層。由于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性以及樁基施工過(guò)程中不可控制的因素較多，這就需要在前期勘察過(guò)程中較準(zhǔn)確地掌握溶洞等地質(zhì)情況，根據(jù)不同的巖溶發(fā)育情況選擇合適的樁基施工工藝，以達(dá)到樁基施工“多、快、好、省”的目的。

1、工程及地質(zhì)概況

某小區(qū)位于某市城南汽車站附近，一期規(guī)劃建設(shè)五幢28層（地下1-2層）的商業(yè)住宅樓，框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為一柱一樁嵌巖灌注樁。設(shè)計(jì)要求樁孔穿過(guò)中風(fēng)化巖層上部的溶蝕破碎帶和溶洞，全斷面嵌入完整巖體深度不小于500mm并保證樁端以下中風(fēng)化完整基巖的厚度不小于5m，樁徑分別為φ1000、φ1200、φ1300、φ1800和φ2000五種，共621根嵌巖灌注樁。

根據(jù)前期工程地質(zhì)詳勘資料，本場(chǎng)地為石灰?guī)r巖溶發(fā)育地區(qū)，勘察鉆孔揭露上覆第四系土層主要為厚薄不等的新近人工填土以及硬-軟可塑狀態(tài)的紅粘土，下伏基巖為石炭系中上統(tǒng)壺天群灰?guī)r，溶洞及溶蝕裂隙發(fā)育，巖面起伏較大，埋深在1.2～17.5m之間，溶洞及溶蝕裂隙中富含巖溶裂隙水，具微承壓性，地質(zhì)情況異常復(fù)雜。

根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合本場(chǎng)地巖溶發(fā)育實(shí)際情況，樁基施工之前按“一樁一探”或“一樁多探”原則對(duì)所有樁孔進(jìn)行了超前鉆探（施工勘察），以獲取單個(gè)樁孔具體的巖溶地層發(fā)育資料并在此基礎(chǔ)上確定單樁樁端位置、樁長(zhǎng)等樁基參數(shù)。綜合施工勘察資料，所有621個(gè)樁位中有305個(gè)樁位揭露存在洞高0.2～4.5m不等的溶洞，占樁孔總數(shù)的近一半左右，為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段。單個(gè)樁孔揭露的溶洞在深度范圍內(nèi)絕大多數(shù)呈串珠狀分布，少的二、三層，多的六、七層，最多的單孔揭露存在十層溶洞及溶蝕破碎帶，溶洞充填情況以無(wú)充填和半充填為主，充填物為軟～可塑狀粘性土夾少量灰?guī)r塊石。另有82個(gè)樁位揭露厚度2-8m的溶蝕裂隙帶和巖體破碎層105處。

2、工期要求及成孔工藝選擇

本項(xiàng)目工期要求十分緊張，為及時(shí)投入施工并贏得工期，在超前鉆探（施工勘察）確定樁基礎(chǔ)施工參數(shù)的基礎(chǔ)上，具體樁孔成孔施工工藝選擇如下：

樁長(zhǎng)（樁孔開(kāi)孔深度）小于12m且無(wú)巖溶發(fā)育的樁孔采用人工挖孔成孔工藝，其余樁孔則采用沖擊成孔工藝，以最大范圍地開(kāi)展樁孔成孔施工，縮短施工工期。

2.1 人工挖孔樁

人工挖孔樁是采用人工直接挖孔成樁的一種施工方法，該工藝具有易于進(jìn)行持力層鑒別和孔底沉碴控制、樁底易做擴(kuò)大頭以增加單樁承載力、施工現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾少、孔徑不受施工機(jī)具的限制可隨需要控制、成孔質(zhì)量直接可觀、混凝土灌注質(zhì)量容易保證和設(shè)備投入少、投入大量的人力即可保障施工進(jìn)度等優(yōu)點(diǎn)。但本場(chǎng)地內(nèi)巖溶發(fā)育的樁孔內(nèi)地下水十分豐富，且處于城區(qū)范圍內(nèi)周邊建筑物密集，樁孔施工時(shí)不能大量抽排地下水，某市城區(qū)以往因人工挖孔樁施工大量抽排地下水導(dǎo)致周邊建筑物變形開(kāi)裂的事例很多，教訓(xùn)十分沉重，該部分樁孔不宜采用人工挖孔樁工藝；對(duì)于深度超過(guò)12m的樁孔，即使無(wú)巖溶發(fā)育，但開(kāi)挖至巖土結(jié)合面時(shí)仍將存在較大的涌水，加上孔深過(guò)大人工挖孔施工安全性較差，也不宜選用。

2.2 沖孔灌注樁

沖擊鉆孔使用沖擊錐這種具有沖擊兼擠壓側(cè)壁作用的鉆具，可沖穿上層溶洞頂板而到達(dá)下層溶洞頂板，適用于地下巖溶發(fā)育、存在多層溶洞的地質(zhì)條件，在處理斜面開(kāi)孔、半邊巖、石筍、溶溝、溶槽等復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)比較有利，特別是該施工工藝不需抽排地下水，不會(huì)對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境條件造成大的影響，是近年來(lái)某市城區(qū)范圍內(nèi)高層建筑嵌巖樁施工的主要工藝。相對(duì)來(lái)說(shuō)，該施工工藝成孔時(shí)事故較多，進(jìn)尺較慢，對(duì)操作熟練程度要求較高。

3、施工要點(diǎn)

3.1 人工成孔要點(diǎn)

人工挖孔灌注樁施工時(shí)除按常規(guī)方法控制孔徑、垂直度外，在嵌入基巖500mm范圍內(nèi)不應(yīng)采用大劑量爆破開(kāi)挖，如必須爆破，最好采用膨脹炸藥。對(duì)于接近巖土結(jié)合面的軟～流塑狀土體，可采取開(kāi)挖施工時(shí)縮短裝模長(zhǎng)度、增加護(hù)壁強(qiáng)度等方法通過(guò)。

3.2 沖擊鉆進(jìn)要點(diǎn)

沖鉆時(shí)要視巖石硬度情況確定沖程，若巖石強(qiáng)度低，沖程可略低；反之，沖程則略高。對(duì)于巖溶地區(qū)地層中存在的探頭石、孤石等，宜采用高錘錳擊或高低沖程交替沖擊，將孤石等搗碎擠入孔壁，并通過(guò)粘稠的泥漿和鉆碴將孔壁石縫堵實(shí)，避免孔壁漏水，防止發(fā)生斜孔、坍孔事故。

3.3 穿過(guò)多層溶洞要點(diǎn)

對(duì)于一般溶腔較小、多為粘性土充填的溶洞，沖孔時(shí)可以直接采用投入大量潮濕的粘性土和片石并立即補(bǔ)水，利用沖擊錐沖擊粘性土和片石擠入溶洞孔壁及其裂隙中；對(duì)于溶腔較大的空溶洞或充填物為流塑狀時(shí)，則可選擇下沉內(nèi)外鋼護(hù)筒，首先以比設(shè)計(jì)樁徑大10cm的外鋼護(hù)筒下沉至溶洞頂板，當(dāng)鉆穿溶洞頂板時(shí)暫停鉆進(jìn)，將與設(shè)計(jì)樁徑同大的內(nèi)鋼護(hù)筒沉入溶洞部位，隨鉆孔跟進(jìn)至穩(wěn)定巖面。

3.4 確定樁端位置要點(diǎn)

在地質(zhì)超前鉆探確定樁端位置的基礎(chǔ)上，鑒于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和溶洞形態(tài)、分布的突然性，為確保樁基嵌巖深度和樁端完整巖體的厚度達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，在整個(gè)沖擊鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格管理、仔細(xì)觀察，如發(fā)現(xiàn)與超前鉆探地質(zhì)資料不符的地方，及時(shí)與施工勘察和設(shè)計(jì)方聯(lián)系，探明情況后方可進(jìn)一步施工。

3.5 施工順序控制要點(diǎn)

本項(xiàng)目施工場(chǎng)地相對(duì)狹小，根據(jù)超前鉆探資料，同一地段既布置有沖孔灌注樁，也存在人工挖孔樁，兩者雜亂相處，互相交錯(cuò)?？紤]至巖溶發(fā)育區(qū)溶洞具有連通性強(qiáng)的特點(diǎn)為，要特別注意樁基的施工次序，相鄰樁基采用人工挖孔樁工藝和沖孔灌注樁工藝時(shí)不應(yīng)同時(shí)施工，以免樁孔之間串漿、坍孔，危及人工挖孔施工。

3.6 個(gè)別樁孔沉碴過(guò)厚處理要點(diǎn)

由于部分樁孔巖溶十分發(fā)育，成孔后采取常規(guī)的換漿清孔措施時(shí)，由于泥漿比重降低、粘度下降，會(huì)引發(fā)孔壁滲漏、坍孔等事故，孔底沉碴厚度難以控制在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的范圍內(nèi)，如不進(jìn)行處理，樁基完工加載后沉降量較大，若其周邊其他樁孔（特別是人工挖孔樁）孔底沉碴控制較好，有可能引起建筑物的不均勻沉降，對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)危害性較大。對(duì)于這種情況可采取“后注漿”工藝對(duì)孔底沉碴進(jìn)行加固處理，即在下入鋼筋籠時(shí)預(yù)埋灌漿管，等樁身混凝土初凝后、終凝前用高壓水開(kāi)塞，繼而對(duì)樁底沉碴進(jìn)行壓力灌漿加固，提高其強(qiáng)度。

4、沖孔灌注樁施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的情況及處理措施

4.1 卡鉆、掉鉆

在遇到探頭石、孤石、溶溝、溶槽或擊穿溶溶洞頂板時(shí)，容易發(fā)生卡鉆，其發(fā)生的主要原因是擊穿溶洞頂板過(guò)猛，鉆頭突然進(jìn)入溶洞，造成孔形不圓順或掉入大空洞內(nèi)而卡鉆。

遇到卡鉆時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析原因，不可妄動(dòng)，以免造成越卡越緊或掉鉆事故，當(dāng)鉆頭可活動(dòng)時(shí)，可上下提動(dòng)鉆頭，并使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，反復(fù)嘗試，有可能提出，或用吊車配合鉆機(jī)，同時(shí)或交替提動(dòng)，有時(shí)能將錘頭提出。用小沖錘（以圓鋼或鋼軌焊接）在樁孔一側(cè)沖擊，并配合高壓空氣或高壓水沖射，使卡點(diǎn)松動(dòng)后提出鉆頭。必要時(shí)可試用水下爆破法，震松錘，吊車配合提出鉆頭。

掉鉆的原因主要是大錘的老化破斷，或大繩與錘頭連接不好，鉆孔中應(yīng)時(shí)常檢查機(jī)具設(shè)備防止掉鉆。

4.2 漏漿

漏漿是指孔內(nèi)泥漿突然大量漏失的現(xiàn)象。漏漿產(chǎn)生的主要原因是鉆穿溶洞頂板遇無(wú)充填物或少量充填物的大空洞，孔壁失去孔內(nèi)壓力，孔內(nèi)水頭急劇下降，外部地下水滲透水壓過(guò)高而產(chǎn)生水壓力，引起孔壁坍塌，造成泥漿嚴(yán)重流失。

遇到漏漿時(shí)應(yīng)立即提出鉆頭，向孔內(nèi)補(bǔ)漿或補(bǔ)水，保持住孔內(nèi)漿（水）面高度，如漿面仍不斷下降，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行散拋填，將片石、粘土及水泥制成混合物，視漏漿程度反復(fù)拋填，每次應(yīng)達(dá)到1-3m，直到不漏漿為止。當(dāng)漏漿太快，散填難以達(dá)到目的時(shí)，應(yīng)采用集中拋填將粘土袋、袋裝水泥、片石等集中在短時(shí)間內(nèi)大量填入。對(duì)于溶洞較發(fā)育地區(qū)，如拋填措施無(wú)效時(shí)，可采用全護(hù)筒跟進(jìn)方法，并使其長(zhǎng)度跟進(jìn)至巖溶底部巖層。

4.3 樁孔偏斜

由于鉆機(jī)鉆孔時(shí)產(chǎn)生位移、局部下沉或傾斜，或在傾斜的巖面上鉆孔、巖質(zhì)軟硬不均時(shí)容易造成斜孔和偏孔。

遇到樁孔偏斜時(shí)，可采取下列預(yù)防補(bǔ)救措施：①在入巖部位、溶洞處理部位要時(shí)刻觀察鋼繩在沖擊過(guò)程中的擺動(dòng)情況，校正鋼繩與樁孔中心的偏差。②如遇到探頭石引起，可用小型鉆機(jī)對(duì)探頭石打眼爆破。也可回填片石、卵石，用沖擊錘打掉探頭后，或?qū)@架略移向探頭石一側(cè)，用沖擊錘高錘猛擊，斬?cái)嗵筋^石。③當(dāng)發(fā)生孔斜時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行修孔，對(duì)于高度小于lm的斜孔段，用小沖程修孔，在傾斜的巖面上沖擊出一個(gè)臺(tái)階，再采用較大沖程沖擊。對(duì)于斜孔段高度在1m以時(shí)，應(yīng)采用填石修孔法。

4.4 塌孔

塌孔主要是由于漏漿嚴(yán)重，補(bǔ)水來(lái)不及造成的。

常用的處理方法：及時(shí)補(bǔ)足泥漿，保持孔內(nèi)水頭高度，同時(shí)加粘土、片石混合料，采用小沖程沖孔固壁，防止塌孔擴(kuò)大；若塌孔擴(kuò)大，導(dǎo)致地表塌陷時(shí)，其處理方法是：小面積塌陷護(hù)筒無(wú)位移時(shí)，應(yīng)及時(shí)回填粘土并用袋裝粘土加固護(hù)筒后再重鉆；若護(hù)筒口有較大橫向位移并且無(wú)法糾偏時(shí)，拔出剛護(hù)筒，回填塌孔，重新壓入護(hù)筒再鉆。

4.5 斷樁

由于溶洞之間的連通性較好，灌注時(shí)難以測(cè)出混凝土的數(shù)量，水下混凝土流失嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成斷樁。

針對(duì)斷樁的處理措施有：事先做好應(yīng)急預(yù)案，灌注前通知混凝土供應(yīng)商保證混凝土供應(yīng)，灌注現(xiàn)場(chǎng)始終保持兩輛以下混凝土罐車待灌，混凝土漏失后，立即將導(dǎo)管隨漿面下插，并連續(xù)進(jìn)行水下混凝土灌注，若出現(xiàn)大方量超灌且混凝土面不上升，可在灌注一定方量后暫停片刻再進(jìn)行灌注。

5、結(jié)束語(yǔ)

由于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多樣性，因此在巖溶地區(qū)進(jìn)行嵌巖樁施工時(shí)，必須堅(jiān)持前期“一樁一探”或“一樁一探”，盡可探時(shí)樁孔地層情況，為后期選擇施工工藝提供依據(jù)。此外，還必須根據(jù)工程實(shí)際要求和場(chǎng)地地層條件制訂科學(xué)合理的、行之有效的施工方案，保證工程技術(shù)可行、質(zhì)量可靠；針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，做好應(yīng)急處理預(yù)案。實(shí)踐表明，在本場(chǎng)地有條件地選擇人工挖孔樁和沖孔灌注樁相結(jié)合的施工技術(shù)，對(duì)縮短工期、降低工程造價(jià)是行之有效的。