復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下旋挖灌注樁施工方法

吳智 周燁 王照文 柯標(biāo)志 符靖 章燕清

【摘要】結(jié)合湖南長沙大王山礦坑生態(tài)修復(fù)利用工程-五星級酒店工程樁基工程應(yīng)用實際情況，具體介紹了在復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下旋挖灌注樁的施工工藝及質(zhì)量控制要點，并說明該技術(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、實用性及優(yōu)越性，是一種在建筑工程應(yīng)用中值得推廣的施工工藝。

【關(guān)鍵字】旋挖灌注樁；巖溶地質(zhì)；施工工藝

1、前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展，早在八十年代各大城市就掀起建造狂潮了，現(xiàn)今的建筑用地也越來越緊缺，在這種情況下，規(guī)劃師只有向城市周邊擴(kuò)展規(guī)劃以求解決用地緊缺的局勢。因此，當(dāng)下和今后的建筑用地的地質(zhì)情況會呈現(xiàn)多樣性即地質(zhì)情況會越來越復(fù)雜。礦坑生態(tài)修復(fù)利用工程-五星級酒店工程樁基工程建設(shè)場地地質(zhì)條件復(fù)雜為特殊巖土。其中特殊巖土包括人工填土、流塑-軟塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、殘積粉質(zhì)粘土及微發(fā)育巖溶。

為應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)情況下建筑物基礎(chǔ)建造的經(jīng)濟(jì)性的前提下解決建造難題，本文作者在工程施工的過程中進(jìn)行了大量的研究探索，安全、保質(zhì)、按期完成了該工程的基礎(chǔ)工程。在通過對礦坑生態(tài)修復(fù)利用工程-五星級酒店工程的基礎(chǔ)工程的具體施工技術(shù)情況和進(jìn)一步提煉形成了本篇論文，為今后類似工程施工提供借鑒。

2、工程概況

本工程位于長沙市岳麓區(qū)坪塘大道與清風(fēng)南路交匯處的東南角，總建筑面積約6.3萬m2，地下兩層，地下室為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地上23層，主體結(jié)構(gòu)為外鋼框架內(nèi)混凝土核心筒，建筑總高度約98m。

本工程樁基礎(chǔ)形式：本工程樁基礎(chǔ)共317根，其中ZH-1（φ1200）樁88根， ZH-2（φ1500）樁17根，ZH-3（φ900）樁157根， ZJ-1（φ1200）樁33根，ZJ-2（φ1600）樁22根。樁孔直徑900mm～1600mm，樁基深約11m～41m。樁身砼為C40水下、C45水下，所有樁基底均要落在微風(fēng)化灰?guī)r上，持力層單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fa=60MPa。

建造場地內(nèi)地下溶洞、間斷性裂隙多，局部溶洞最大深度超過30m，溶洞、裂隙填充物為軟塑紅粘土、砂礫石等，且局部存在空洞，經(jīng)綜合比較沖孔灌注樁與旋挖灌注樁的施工工藝特點以及相關(guān)專家的論證，決定該工程的基礎(chǔ)工程采用新型旋挖灌注樁施工方法。

3、關(guān)鍵施工技術(shù)與工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備分為技術(shù)準(zhǔn)備和現(xiàn)場準(zhǔn)備。技術(shù)準(zhǔn)備為編制樁基礎(chǔ)施工技術(shù)專項方案，經(jīng)公司審批后報監(jiān)理及建設(shè)單位審批，并落實專家會審意見。樁基礎(chǔ)圖紙的會審及交底，根據(jù)設(shè)計圖紙結(jié)合地勘資料做好樁孔施工記錄，并采取相應(yīng)處理措施。并對工程地質(zhì)的可鉆性分析：工程地質(zhì)可鉆性分為土壤可鉆性分析及入巖可鉆性分析兩個方面。 現(xiàn)場準(zhǔn)備為根據(jù)現(xiàn)場施工平面布置圖落實現(xiàn)場臨時道路、臨水及臨電、鋼筋材料堆場及加工場。落實進(jìn)場原材料取樣送檢，設(shè)備進(jìn)場驗收工作。在土質(zhì)地基上鋪設(shè)片石臨時道路路基，再滿鋪路基箱作為施工臨時便道。

3.2 測量放樣

按照從整體到局部的原則，進(jìn)行樁位的坐標(biāo)放樣，樁位放樣按樁機(jī)規(guī)劃行走路線及樁孔施工先后順序進(jìn)行依次放樣。

每個樁孔用全站儀放樣，樁位的中心點并打入鋼筋（φ20（L=800mm））做好標(biāo)記，再采用十字線打指示樁（4*φ20（L=800mm））四角定位，安裝鋼護(hù)筒，下護(hù)筒后經(jīng)二次復(fù)核無誤后方可進(jìn)行鉆孔

3.3 鋼護(hù)筒施工

鋼護(hù)筒在加工廠加工，采用卷材機(jī)卷板，尺寸要準(zhǔn)確，要求平滑。鋼護(hù)筒焊接接頭形式必須符合設(shè)計要求及規(guī)范規(guī)定。并達(dá)到與母材等強(qiáng)度的要求。鋼護(hù)筒對口拼裝要在夾具等輔助工具幫助下進(jìn)行，定位合格后應(yīng)進(jìn)行定位點焊。為減少變形和內(nèi)應(yīng)力，鋼護(hù)筒對口焊接時宜對稱施焊。焊接工作完成后，所有拼裝輔助裝置、殘留的焊瘤和熔渣等均應(yīng)除去。

3.4 鉆機(jī)就位

在鉆孔作業(yè)之前需要對鉆桿進(jìn)行調(diào)垂。在鉆桿相對零位±5°范圍內(nèi)才可通過顯示器上的自動調(diào)垂按鈕進(jìn)行自動調(diào)垂作業(yè)；而鉆桿超出相對零位±5°范圍時，只能通過顯示器上的電動按鈕或操作箱上的電氣手柄進(jìn)行手動調(diào)垂工作。在調(diào)垂過程中，操作人員可通過顯示器的鉆桿工作界面實時監(jiān)測桅桿的位置狀態(tài)，使鉆桿最終達(dá)到作業(yè)成孔的設(shè)定位置。

3.5 鉆進(jìn)成孔

鉆孔時先將鉆頭著地，記錄鉆機(jī)鉆頭的原始位置，操作人員可通過顯示器監(jiān)測鉆孔的實際工作位置、每次進(jìn)尺位置及孔深位置，從而操作鉆孔作業(yè)。當(dāng)鉆斗被擠壓充滿鉆渣后，將其提出地表，操作回轉(zhuǎn)操作手柄使機(jī)器轉(zhuǎn)到棄土堆放位置，用挖掘機(jī)或裝載機(jī)將鉆渣裝入運渣車運至場外廢除，以減少對施工現(xiàn)場的污染。施工過程中通過鉆機(jī)本身的三向垂直控制系統(tǒng)反復(fù)檢查成孔的垂直度，確保成孔質(zhì)量。地質(zhì)情況記錄按相應(yīng)的地質(zhì)的相關(guān)的表記錄，交接班時應(yīng)有交接記錄。根據(jù)旋挖鉆機(jī)鉆孔的地質(zhì)情況記錄，繪制孔樁地質(zhì)剖面圖。達(dá)到預(yù)定鉆孔深度后，提起鉆桿，測量孔深及沉渣厚度。

3.6 泥漿循環(huán)作業(yè)

泥漿材料的選定及配合比：7～10%膨潤土；0.5～1%工業(yè)用堿；0.1%羥甲基纖維素（CMC） ；拌和用水為自來水。測定泥漿材料性能的基礎(chǔ)上，及時試配泥漿的最佳配合比。施工期間護(hù)筒內(nèi)的泥漿面應(yīng)高出地下水位1.0m以上。 漿池采用泥漿柜或現(xiàn)場砌筑泥漿池。在施工時，要慢速運轉(zhuǎn)，掌握地層對鉆機(jī)的影響情況，以確定在該地層條件下的最優(yōu)鉆進(jìn)參數(shù)，為工程樁的施工提供依據(jù)。鉆進(jìn)過程中注意觀察巖性變化，做好施工記錄，確保樁端進(jìn)入持力層滿足設(shè)計要求。

3.7 塌孔及陡巖處理

踏孔處理一般采用回填法施工即逐層掏出溶洞、裂隙內(nèi)的軟土，若連續(xù)掏出4-5筒泥仍沒有進(jìn)尺，表明孔內(nèi)塌孔，反復(fù)撈土，形成空腔，塌孔采用串筒向孔內(nèi)澆筑同標(biāo)號C40水下混凝土，由于水下灌注混凝土采用串筒澆筑，將溶洞內(nèi)底部大量泥漿擠出，混凝土澆筑高度超出溶洞上部頂面1500mm以上，如由于溶洞太大導(dǎo)致泥漿量大，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況增加混凝土澆筑高度，待48小時后混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后重新成孔。

鉆孔中遇到半石半土情況時，應(yīng)改進(jìn)鉆孔工藝，將鉆頭換成筒鉆，用筒鉆將巖體按設(shè)計樁徑邊緣線切割成縫槽，再換成盤鉆將孔內(nèi)的巖體鉆掉。鉆進(jìn)時應(yīng)減慢鉆進(jìn)速度，隨時檢查鉆機(jī)的垂直度，保證不發(fā)生鉆孔傾斜情況或及時發(fā)現(xiàn)及時糾正。

如出現(xiàn)鉆孔過程中由于樁孔兩側(cè)強(qiáng)度差異較大出現(xiàn)樁孔偏移，則在偏孔后回填樁芯同標(biāo)號（C40/ C45水下）混凝土，待混凝土達(dá)到一起一定強(qiáng)度后（C20強(qiáng)度以上）再采用筒鉆開孔，確保該部分半石被切削，如半石高度較大，需采取分次澆灌混凝土及鉆孔方式，直至半石完全被切削。

3.8 成孔檢測

1） 成孔達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，對孔深、孔徑、孔壁垂直度、沉淀厚度等進(jìn)行檢查。沉渣的檢測。

2）沉淀厚度必須進(jìn)行檢查，檢測前準(zhǔn)備好檢測工具，測繩、檢孔工具等；

3）檢孔工具：檢孔器形似小型鋼筋籠高3.0m，外徑D按設(shè)計的孔徑大小而定。檢測孔器的制作采用粗鋼筋（φ32、φ28），要求檢孔器必須規(guī)則，具有一定的剛度，防止在使用過程中發(fā)生變形，同時減少周壁突出，防止在檢孔過程中造成對孔壁破壞。

3.9 清孔

采用正反循環(huán)交替清孔排渣，先利用泥漿泵正循環(huán)往孔底壓漿，泥漿向上翻動力沖起沉淀物，而后用砂石泵工作時吸入形成負(fù)壓，由于不斷的平衡吸渣使管內(nèi)外形成壓力差，產(chǎn)生液流，當(dāng)流速達(dá)到額定數(shù)值時將孔底泥砂鉆渣隨液流到達(dá)地面。

3.10泥漿濃度、沉渣厚度檢測

將檢測器放下去，記錄檢測圓板上測繩的長度；在用鋼絲測繩把檢孔鋼筋放下去、記錄檢孔鋼筋加測繩的長度；兩長度之間的差就是沉渣厚度。如孔底水量不大為泥漿糊狀，可采用人工丟水泥后進(jìn)行機(jī)械拌合，使底部沉渣形成水泥土，待底部形成一定強(qiáng)度后再采用抽渣筒進(jìn)行處理。

3.11鋼筋籠制作及安裝

鋼筋籠縱向鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度為50mm。鋼筋籠外側(cè)需設(shè)定位筋（定位筋為同截面4根凸型HRB400φ10（L=50CM）@2000，穿4cm厚混凝土墊塊），以保障鋼筋保護(hù)層厚度；為確保鋼筋籠穩(wěn)定性，每個加勁箍內(nèi)設(shè)等邊三角形HRB400φ20@2000鋼筋內(nèi)支撐焊接牢固，避免鋼筋籠骨架變形。圓型加勁箍與每條縱向鋼筋的交接點全部焊接牢固，避免鋼筋籠在吊運中產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形。

3.12 灌注水下砼

灌注樁統(tǒng)一采用水下混凝土澆筑，混凝土塌落度應(yīng)控制在160mm～220mm，不得有離析現(xiàn)象。當(dāng)導(dǎo)管埋深超過4m后應(yīng)進(jìn)行提管，提管采用汽車吊/履帶吊，提出一節(jié)后將下部導(dǎo)管固定在孔口上，放松導(dǎo)管，檢查固定是否牢固，拆除上節(jié)導(dǎo)管。灌注水下混凝土過程中，孔內(nèi)混凝土面連續(xù)不斷上升，導(dǎo)管埋深也在不斷增加，需要定時測量混凝土上升情況，記下罐入的混凝土量，測定坍落度。由于場地內(nèi)溶洞、裂隙較多，在沖擊成孔時會出現(xiàn)部分塌孔現(xiàn)象，特別是溶洞、裂隙巖石壁至樁孔壁厚度較薄的土層，因相互間的粘附力較差，施工過程中受沖擊和水的擾動易發(fā)生塌落，需在成孔過程中填充混凝土再次開孔形成穩(wěn)定的護(hù)壁避免塌孔。

4、施工質(zhì)量控制

測量人員根據(jù)設(shè)計圖紙和甲方提供的導(dǎo)線點，坐標(biāo)點來引放出軸線及樁位，完成后，應(yīng)復(fù)檢驗收，并辦理好簽證手續(xù)，開孔前一定將軸線和樁位置復(fù)核準(zhǔn)確，才能開孔。箍筋與縱筋必須焊接牢固，保證整個鋼筋籠的整體性和剛性，起吊時，保證鋼筋籠的垂直度，不能產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，保證鋼筋籠的中心與樁位中心重合。對特殊過程的重要參數(shù)，質(zhì)量特性逐一列出，制定連續(xù)控制計劃，確定監(jiān)控目標(biāo)要求及檢測手段，由施工員、質(zhì)檢員進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和控制并做好記錄。

5 應(yīng)用效果

在礦坑生態(tài)修復(fù)利用工程-五星級酒店工程樁基礎(chǔ)施工中應(yīng)用，采用旋挖灌注樁時遇到溶洞的處理技術(shù)措施是成功的，解決了旋挖灌注樁遇到溶洞時施工過程中大部分難題，減少了旋挖灌注樁施工的難度，相比傳統(tǒng)的施工方法，節(jié)約了鋼筋、混凝土等實體材料的投入，提高了施工功效，節(jié)約了工期，質(zhì)量更可靠。

現(xiàn)以礦坑生態(tài)修復(fù)利用工程-五星級酒店工程施工為例進(jìn)行效益分析：

正常條件下施工工期為96天，采用本工法施工可以縮短至86天，節(jié)約工期7天，固定成本節(jié)約8000元/天×10天=80000元。

通過應(yīng)用溶洞處理施工技術(shù)交底，有效的指導(dǎo)現(xiàn)場施工，可節(jié)約、鋼筋、混凝土等實體材料的投入，提高了施工功效，減少勞動力投入。

1）節(jié)約人工 120元/工日×86天×5人/天=51600元

2）節(jié)約材料

鋼筋：8噸×4800元/噸=38400元

混凝土：120立方米×400元/立方米=48000元

結(jié)束語

該工程經(jīng)過上述施工技術(shù)后，所施工的樁經(jīng)檢測試驗，均符合相關(guān)要求，工程質(zhì)量得到了保證，值得向同類工程推廣應(yīng)用。

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