巖溶地帶超高層建筑筏板基礎(chǔ)的地基處理

中建五局第三建設(shè)有限公司 長沙 410004

1 工程概況

背景工程位于長沙市，地下4層，地下室為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地上塔樓75層，主體結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土框架加鋼筋混凝土核心筒加伸臂結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)體系，建筑總高度約350 m。

本工程塔樓基礎(chǔ)為天然地基筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化灰?guī)r和微風(fēng)化灰?guī)r，持力層單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fa=1 600 kPa。

場內(nèi)地下巖溶現(xiàn)象、間斷性裂隙多，巖溶主要發(fā)育于灰?guī)r上部。在鉆探揭露范圍內(nèi)，巖溶隨深度增加而逐漸減弱。溶蝕溝槽、溶洞多被黏性土全填充。經(jīng)綜合比較各基礎(chǔ)形式的施工工藝特點(diǎn)及專家論證，決定對該工程的塔樓筏板基礎(chǔ)持力層軟弱部分采用地基處理的施工方法。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)與工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

施工前為對塔樓基底進(jìn)行三維高密度電法勘探（ERT）、地質(zhì)雷達(dá)勘探和超前鉆勘探，探查基底部位巖溶、斷層及基巖破碎區(qū)域的發(fā)育、分布情況及特征，有效地反映了該區(qū)域宏觀、微觀地質(zhì)形態(tài)，經(jīng)設(shè)計(jì)和專家討論會審后，形成意見，為后續(xù)地基處理探明地底情況，以便有針對性地制訂方案及提出處理意見。

2.2 已經(jīng)揭露巖溶的處理

對于已經(jīng)揭露的巖溶，主要采用素混凝土換填，混凝土強(qiáng)度等級不低于C25。從現(xiàn)場揭露情況來看，該部分巖溶內(nèi)填充著大量黏土。為確?；炷林脫Q的質(zhì)量，必須將巖溶內(nèi)的黏土填充物清除。否則將導(dǎo)致混凝土與灰?guī)r之間存在軟弱接觸面，影響置換區(qū)域的承載力和剛度[1-2]。

1）先對巖溶部位厚度小于50 cm的灰?guī)r和軟弱充填密集的巖塊采用機(jī)械強(qiáng)力清除，后采用機(jī)械將破碎塊和大量軟弱填充物挖除。

2）再對少量、角落不易清除的軟弱填充物采用人工挖除。

3）最后對未清理干凈的黏土填充物采用高壓水槍沖洗（80～120 MPa壓力），局部角落配合人工毛刷刷洗。采用高壓水槍沖洗的注意事項(xiàng)如下。

（1）采用高壓水槍沖洗填充黏土之前，應(yīng)確保泥質(zhì)粉砂巖區(qū)域的墊層已經(jīng)施工完畢，并且達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，以免沖洗填充物的水軟化泥質(zhì)粉砂巖。

（2）高壓水槍沖洗、清理出一片區(qū)域后（面積不宜大于250 m2），即刻將該區(qū)域內(nèi)的泥漿抽走，隨即澆筑混凝土。待已澆筑的混凝土初凝后，方可進(jìn)行下一區(qū)域的換填。為縮短工期，可進(jìn)行跳倉施工，原則是避免已經(jīng)清理干凈的區(qū)域受后清理區(qū)域的污染。

（3）設(shè)置泥漿池，沖洗黏土后抽取上來的泥漿經(jīng)過沉淀后方可排入市政管道，嚴(yán)禁抽取上來的泥漿回流至基坑內(nèi)。

2.3 已經(jīng)揭露強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖的處理

基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)將已經(jīng)揭露強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖進(jìn)行清理，清理至中風(fēng)化基巖面后，即刻采用素混凝土回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，混凝土強(qiáng)度等級不低于C25。

1）已經(jīng)揭露的強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖宜分片區(qū)進(jìn)行清理，每片區(qū)面積不宜大于200 m2，且當(dāng)天清理完畢區(qū)域應(yīng)于當(dāng)天采用混凝土回填封閉，防止水軟化中風(fēng)化基巖。

2）注意天氣情況，不能在下雨天清理強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖層。

3）清理至中風(fēng)化基巖面后，須即刻由地勘單位現(xiàn)場勘察認(rèn)可。

2.4 構(gòu)造破碎帶的處理

對于構(gòu)造破碎帶，主要采用鉆孔注漿的方式。

1）在勘察報(bào)告及坑底現(xiàn)場確認(rèn)并標(biāo)記為破碎帶區(qū)域范圍，外擴(kuò)1.00 m后設(shè)置厚250 mm的配筋墊層。墊層混凝土強(qiáng)度等級不低于C25，內(nèi)配單層φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)片。如圖1、圖2所示。

圖1 破碎帶注漿平面布置

圖2 破碎帶注漿剖面示意

2）為防止通過構(gòu)造破碎帶滲透到墊層底的水泥漿在注漿壓力作用下將墊層頂起，配筋墊層下設(shè)置抗拉短錨桿。錨桿做法類似于錨桿靜壓樁的錨桿做法，采用沖擊鉆成孔，成孔深度不小于0.80 m，內(nèi)插1根長度約為1.00 m的φ20 mm鋼筋，彎折250 mm后錨入配筋墊層。錨桿的孔內(nèi)灌注硫磺膠泥或者快硬水泥作為黏結(jié)劑。

3）短錨桿的間距采用2.00 m×2.00 m方格網(wǎng)布置（每4 m2設(shè)置1根短錨桿）；短錨桿施工完畢后再澆筑配筋墊層。

4）墊層達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔（注漿孔）。終孔的標(biāo)準(zhǔn)為揭露破碎帶，并穿越破碎帶不小于1.00 m。如未見破碎帶，可繼續(xù)往下鉆進(jìn)，直至到達(dá)最大孔深16.00 m（勘察報(bào)告顯示的最大破碎帶埋深）處。

5）鉆孔（注漿孔）直徑不宜小于70 mm，注漿孔的間距可采用6.00 m×6.00 m方格網(wǎng)布置。成孔完畢后即刻放置注漿管，注漿管采用厚度不小于3.50 mm的無縫鋼管（也可采用壁厚不小于3.50 mm的鍍鋅鋼管，即自來水管），鋼管之間應(yīng)采用絲扣連接。

6）注漿管頂部1.50 m不開注漿孔（光管），其余設(shè)置注漿孔（花管），端部（底部）采用悶頭堵死；注漿孔的面積不宜超過截面面積的25%；注漿管頂部應(yīng)設(shè)置閥門（或者悶頭），注漿完成后即刻關(guān)閉閥門（或者悶頭），以免注漿完畢后漿液返出[3-4]。

7）注漿孔上部1.00 m左右采用水泥漿（水灰比0.55）封閉，待封閉水泥具有一定強(qiáng)度后（一般為3 d左右）開始注漿，注漿管在注漿孔頂以下1.00 m處設(shè)置止?jié){環(huán)，防止頂部封孔水泥漿往下滲漏，影響封孔效果。止?jié){環(huán)可采用編織袋（或者干海帶）纏繞，起到隔絕水泥漿的目的。

8）注漿采用P.O 42.5水泥。水泥必須采用合格產(chǎn)品，嚴(yán)禁有結(jié)塊，以免堵塞注漿管。注漿水泥漿液水灰比為0.70（可根據(jù)現(xiàn)場的可注性進(jìn)行調(diào)整），水泥漿必須經(jīng)過細(xì)目鐵絲網(wǎng)過濾后方可用于注漿。

9）注漿壓力應(yīng)達(dá)到6.00 MPa以上方可停止注漿。如單孔注漿量較大（例如超過5 t水泥），而壓力仍未達(dá)到6.00 MPa以上，則應(yīng)及時通知有關(guān)單位。嚴(yán)禁壓力不滿足要求而擅自停止注漿。

10）注漿采用間歇注漿，即第一次注漿壓力達(dá)到6.0 MPa后，關(guān)閉注漿管的閥門，間歇一段時間（實(shí)際間隔時間根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)后確定，暫定為10 min），然后開啟閥門再次注漿。一般單孔要進(jìn)行2～3次間歇注漿。

11）第一個孔注漿時，應(yīng)記錄注漿壓力達(dá)到2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa時的注漿量。因此，漿液拌制后必須放置在存漿筒內(nèi)，注漿泵從存漿桶內(nèi)泵送水泥漿。記錄對應(yīng)壓力下桶內(nèi)水泥漿液面高度，否則將無法定量不同壓力下的注漿量。

12）注漿的順序：對于條帶狀的破碎帶，可采用從兩端向中間的注漿方向，并且一個孔間隔一個孔注漿，注漿時觀察鄰近未注漿孔內(nèi)是否有水或者地下水涌出，以此判斷破碎帶的連通性。對成片分布的破碎帶，采用從四周向中間的注漿方向，跳孔間隔注漿[5-6]。

3 結(jié)語

該工程經(jīng)過上述施工技術(shù)后，所施工的地基換填、注漿處理后經(jīng)載荷檢測試驗(yàn)，均符合基底承載力要求，工程質(zhì)量和工期得到了保證，值得向同類地區(qū)工程推廣應(yīng)用。