復雜巖溶地區(qū)樁基礎的施工

李翀，舒華彬，林國郁

（1中機中聯(lián)工程有限公司，重慶400039；2重慶潤一江投資控股（集團）有限公司，重慶401120）

復雜巖溶地區(qū)樁基礎的施工

李翀1，舒華彬2，林國郁2

（1中機中聯(lián)工程有限公司，重慶400039；2重慶潤一江投資控股（集團）有限公司，重慶401120）

該文以重慶南川名潤廣場工程的基礎工程為例，針對典型的喀斯特地貌巖溶地區(qū)的基礎設計、施工和勘察等問題進行了分析和研究。溶洞處理準備了多種措施，對巖溶成孔采取了混凝土灌注法等措施，采取了合理的排水措施，保證了樁基礎的施工，解決了高層建筑在復雜巖溶地質情況下的基礎問題。

喀斯特地貌；巖溶地區(qū)；樁基礎；混凝土灌注法

名潤廣場位于重慶市南川市區(qū)（圖1），屬于典型的喀斯特地貌，地基處于溶洞發(fā)育的巖溶地區(qū)，北臨半溪河濱江路，南臨南大街，東面為鐘樓街，地下水豐富，管系縱橫，總用地面積為23843.0m2，總建筑面積約26萬多m2。擬建工程為8棟住宅及其商業(yè)裙樓和地下車庫。地上1-5F為商業(yè)，6-33F為住宅，地下二層車庫，其中-2F層地下車庫基坑邊坡最高為12.5m。主樓為框支轉換剪力墻結構，裙樓為框架結構，正負零層為嵌固端，主樓及裙樓下面為整個-2F層地下車庫，地下室長約180m，寬約150m。巖溶發(fā)育，地下水豐富，基礎施工難度較大。

圖1　名潤廣場總平面圖

1　地質情況與勘察設計

項目場地地形較平坦，地形南高北低，高程為527.07～531.80m，高差為4.73m，地形坡角約5°～15°，地形地貌較簡單，區(qū)域上屬構造剝蝕、覆蓋性巖溶淺丘地貌。場地下伏基巖為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組之石灰?guī)r，該層為碳酸巖，為可溶巖；在地質構造作用下，巖體內產生裂隙，然后經地表水和地下水的共同作用下，經長期溶蝕作用下形成溶洞，該場地巖溶發(fā)育。

北側半溪河50年一遇的洪水水位為527.00m，20年一遇的洪水水位為526.00m，常年洪水位約為525.00m，場地內受大氣降雨和半溪河河水補給，勘察期間場地內形成的統(tǒng)一的地下水水位高程為522.0m左右；擬建場地內地下車庫底高程為518.30m，地下車庫的底高程低于場地內的水位高程522.00m，也低于場地北側的半溪河的水位高程，故需考慮地下水對施工、設計的影響。

對該項目處于巖溶發(fā)育地區(qū)的情況，我們依據《工程地質勘察規(guī)范》（DBJ50-043-2005）的規(guī)定，按建筑物周邊線及角點布置勘探點，主樓下框支柱范圍一柱一探，并要求查清地基下臥層下7m內地質情況。孔深在滿足樁基規(guī)范的基礎上，針對主樓框支柱荷載較大的情況，加強勘探深度。對于主樓下1.5m及以上大直徑樁，應鉆入預計嵌巖面以下3～5d，且不得小于7m并穿過溶洞、軟弱層、破碎帶，到達穩(wěn)定地層。針對溶洞區(qū)域及范圍，采取電法物探和超聲波檢測。水文地質觀測：對部分鉆孔進行孔內簡易提桶試驗，并在全部鉆孔終孔24h后，進行孔內水位觀測和測量，并符合相關規(guī)范要求。施工階段，完成樁基開挖后，進行補充勘察，對1.5m及以上的鉆孔，至少取3個點進行補勘，以確認樁下7m范圍內無溶洞不良地質狀況。

因場地地下水豐富，施工過程中的場地降水處理成為工程進展的關鍵?？傮w方案采用了擋排結合的方式：在臨近北側河水的基坑，采用了周邊邊坡止水帷幕施工，阻止河水浸入基礎施工區(qū)域。止水帷幕采用150鋼管沿場地擋水側密集滿布，并噴錨混凝土。場地地表水及地下水水位較高，基礎埋置于地表水及地下水位以下，基礎施工時地表水和地下水會通過基坑側壁滲匯于基坑內，基坑及基礎開挖過程中受地下水影響較為嚴重，因此，基礎施工過程中應做好孔內抽排水工作及場地內截排水工作，排水方案的實施即針對整個場地平面布排水溝，也針對每一根樁進行單樁抽水排水，為有可靠的排水措施。

排水方案為開挖樁平面區(qū)域周邊挖1m寬和0.5m深排水溝，基樁施工區(qū)域內排水溝相互20m左右成方格網排列，并在溝交合點打集水孔（或利用樁孔）與之相連，集水孔采用旋挖機鉆深12～18m，直徑1m深孔集水，每個孔用3臺潛水泵抽水排放，如地下水太猛，幾臺泵都抽不盡，則用水下混凝土的方式澆樁身混凝土，另外對土石方開挖時基底標高控制，對承重層標高控制在地下水位以上，土石方開挖至基底規(guī)定標高，再用片石將旋挖機行走道路墊起來（部份溶洞區(qū)域用片石或建筑渣填充之后再壓實作為旋挖機行走道路），待樁鉆完之后再清除墊高部份，抽水之后進入正常底板施工。

巖溶地區(qū)的基礎，應根據溶洞大小和上部荷載的情況進行區(qū)分。該工程根據《重慶市建筑地基基礎設計規(guī)范》（DBJ50-047-2006）第5.3.8條進行了洞穴抗沖切承載力計算［1］。公式如下：

對于圓形基礎：um=（d+λh）π（5.3.8-3）

驗算時應符合下列要求（表1）：Fl≥F+G+Vmγ

表1　洞頂抗沖切驗算

以該工程最大柱下荷載25000kN進行驗算，根據地勘報告提供的巖體抗拉極限標準值（fl=1170kPa），驗算結果如下表所示。規(guī)范最低要求的3d和5m范圍不能滿足該工程基礎的需求?？紤]到該工程的具體情況，框支柱荷載較大，溶洞發(fā)育，裂隙較多的情況，難以準確判斷洞頂基巖的完整性和50年使用年限以內的變化情況。參考計算值，確定了7m及5倍樁徑下的范圍內應為不良地質情況的地基要求［2］。

2　溶洞的處理措施

該工程基礎，對地基穩(wěn)定有影響的巖溶洞隙，根據其位置、大小、埋深、圍巖穩(wěn)定性和水文地質條件綜合分析采取下列處理措施。

（1）對洞口較小的洞隙，宜采用鑲補、嵌塞與跨蓋等方法處理。

（2）對洞口較大的洞隙，宜采用梁、板和拱等結構跨越。跨越結構應有可靠的支承面。梁式結構在巖石上支承長度應大于梁高的1.5倍，也可采用漿砌塊石等堵塞措施。

（3）對于圍巖不穩(wěn)定、風化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施。

（4）對規(guī)模較大的間隙，可采用洞底支撐或調整柱距等方法處理。

（5）為確保樁穿溶洞處理方案正確，必須針對每一根樁，對應地勘資料，大致摸清樁下部地質情況（當然也有地勘與實際不符的地方，但只是少數樁）一樁一地質資料對號入座，并增加每樁2～3個點的地勘鉆點，以使處理方案有一個詳細地質情況資料。

針對溶洞的不同，大溶洞最好采用先拋石或填建渣放線后作圓形鋼筒護壁（也可采用水下混凝土和水下壓力灌漿，現(xiàn)場處理方式主要將溶洞采用C20混凝土整體板結方案，在混凝土強度達到之后再鉆樁孔），一般較干燥的溶洞根據不同的情況可采用鋼筋混凝土護壁，下鋼套管，磚砌護壁作加勁圈，半邊鋼護壁作加筋箍等方案，注意混凝土應釆用早凝措施。

具體到本項目時，我們針對場地地質情況預估了以下4種處理方式：

（1）拋填法

溶洞范圍小、高度小于1m的淺層溶洞，對照地質圖，當鉆至溶洞頂板1m左右時，旋挖穿溶洞，溶洞一被擊穿，孔內水頭迅速下降，這時立即向孔內補充泥漿，同時提鉆至孔口，并向孔內投入片石或建筑渣、粘土塊和水泥，也可用素混凝土填充溶洞，當孔內水頭穩(wěn)定時，用測線測出回填厚度，當片石水泥或混凝土回填厚度大于1m時，使溶洞填充物穩(wěn)定范圍形成護壁后，再繼續(xù)鉆孔施工（圖2）。

圖2　拋填法

（2）灌注混凝土填充法

溶洞的高度在1.0～3.0m之間，且溶洞為填充或半填充的，則先向拋填片（碎）石、砂混合物和注水泥漿，或采用水下混凝土充填，然后用旋挖機鉆頭旋轉小沖程沖擊片石擠壓到溶洞邊形成泥漿碎石外護壁（如圖3），水泥砂漿將片石空隙初步堵塞后停止沖擊，24h后，待水泥的強度達到2.5MPa后，再繼續(xù)鉆孔，穿過溶洞。

圖3　灌注混凝土填充法

（3）護筒跟進法

對于多層溶洞間距較小的采用鋼護筒穿越處理（如圖4）。先用旋挖機進行鉆孔、擴孔處理，然后采用振動錘將鋼護筒振動下沉至溶洞底部，為保證鋼護筒的強度和剛度，每隔2m設置加強鋼板箍。

圖4　護筒跟進法

（4）水下混凝土填充法

當溶洞高3～5m時，先進行鉆孔清孔，如邊壁垮塌則采用水下混凝土填充實后待混凝土達到強度達到2.5MPa后.再二次鉆孔達到施工要求。

（5）小結

在施工初期，對幾種方法均進行了實驗應用，淺層小溶洞采用了拋填法，深層溶洞大量采用的是灌注混凝土填充法，個別大型的溶洞采用了鋼套管護筒跟進法，成孔后仍有地下水的采用了水下混凝土澆筑。綜合考慮，本場地深層小溶洞居多，采用混凝土填充法施工速度快，填充混凝土形成后機械旋挖樁成孔快，能夠滿足施工進度需求，但是實際混凝土用量一般是常規(guī)成孔用量的2～3倍左右。

3　鉆孔灌注樁的成孔

鉆孔樁的成孔直徑大，適用于單樁荷載大、地下有孤石，夾層分布，巖溶表面不平的情況，用這種樁能鉆穿孤石、夾層，將樁端可靠地支承在持力層上，樁端的嵌巖情況也好。但鉆孔樁不宜用在溶巖裂除多，溶溝多的基巖中，因為施工中容易造成卡鉆、鉆桿沿溶巖斜壁偏斜，以至打偏等現(xiàn)象［3］。穿溶洞施工時應注意：成孔中遇到的溶洞經過了投入片石和板結混凝土反復處理，在澆筑水下混凝土的時候混凝土的流失量就會比較少。但有時候會出現(xiàn)混凝土面上升極緩，有時孔內泥漿面還伴有輕微的下降的現(xiàn)象，此時可判斷為樁孔外出現(xiàn)溶洞。該溶洞可能靠近孔壁，鉆孔時由于孔內泥漿護壁等原因，對溶洞沒有產生擾動和擠壓，到澆筑混凝土時，混凝土對孔壁的沖擊和擠壓擊穿護壁使該溶洞顯現(xiàn)出來。為連續(xù)施工必須連續(xù)澆水下混凝土成樁。如溶洞太大必須清孔重新灌漿或加鋼護筒：由于覆蓋層和溶洞之間相互串通，在地下水的作用下產生動壓力，導致溶洞內鉆孔所形成的人工造壁坍塌，清孔時泥漿流失。其處理方法如下：

（1）探明泥漿流失的孔洞高程，在初步清基的基礎上，在鋼筋籠上焊接鋼護筒，鋼護筒上下口擴成喇叭形，在其上設止水帶。當鋼筋籠帶著堵漏護筒初步就位后，進行正循環(huán)泥漿清孔。

（2）如孔彎斜嚴重，鋼筋骨架插不下去，再提出鋼筋籠，然后灌注水下素混凝土至洞底，待達到規(guī)定的強度后，再裝上鉆機重新擴孔施鉆清孔。

施工中還應注意以下幾點：

（1）鋼筋籠的處理：要注意鋼筋籠外保護層厚度按規(guī)范上限進行下料，適度收緊尺寸，避免鋼筋籠下樁孔時受溶洞突出點掛住鋼筋籠，使之無法下到樁底，造成返工，為順利放下鋼筋籠也可適度放大樁直徑10cm進行擴孔處理。

（2）在樁開鉆之前要注意復核樁軸線位置，特別是水淹部份樁孔，成樁之后再復核一次軸線座標位置，嚴防鉆孔過程中樁的水平位移或錯位。

（3）由于有的溶洞區(qū)域剖面看溶洞呈葫蘆串狀態(tài)，旋挖機鉆孔易卡鉆或掉鉆，應對鉆頭與連桿的接頭部份進行加固或處理，避免損壞機械。

（4）樁身水下混凝土要注意調查當地的地材質量，對混凝土配合比應有試配并請有關混凝土方面的專家或專業(yè)技術人員評估后再實施，避免水下混凝土強度發(fā)生問題。

（5）樁孔內孔壁垮塌貫穿于整個施工過程，對于混凝土板結法在復雜巖溶地質的施工過程中，一根樁可能反復進行多次混凝土板結后鉆孔才能成樁，對于前失敗的樁內板結混凝土塊或混凝土渣，一定在清孔時將混凝土渣清干凈，避免剩渣太多造成樁檢測時不合格。

4　結論

巖溶地區(qū)的勘察應針對性的采取加深勘探深度，加密勘探范圍，采用多種物探和超聲波檢測的方法，確認巖溶發(fā)育狀況，為后期的設計和施工起到重要的參考。

針對不同的溶洞情況，設計采取了相應的處理措施?？蛑Ш奢d較大，采取樁基礎穿越法，保障樁下7m范圍內無不良地質狀況。對于裙樓下的普通框架柱，荷載較小，區(qū)分溶洞情況，淺層溶洞采取穿越，深層溶洞置頂驗算。

實際施工初期需要比選施工方案，不斷探索和總結幾種施工預案后可取得良好效果。該工程中大量采用的混凝土灌注法旋挖樁施工工藝，施工速度快，能夠滿足施工進度，是巖溶地區(qū)樁基礎穿溶洞施工的有效方法。

綜上所訴，場地復雜的巖溶地區(qū)施工，應從勘察、設計入手，多方密切配合，做好施工預案，對施工方案進行對比，多種施工工藝結合，滿足現(xiàn)場施工需求。

［1］中冶賽迪工程技術股份有限公司.DBJ50-047-2006重慶市建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.重慶：重慶市城鄉(xiāng)建設委員會.

［2］周含川，李正良.高層結構與巖溶洞穴地基基礎共同作用分析［J］.重慶大學學報，2006（3）.

［3］侯勇，王蓉川.巖溶地區(qū)樁基礎施工［J］.鐵道工程學報，2010（2）.

責任編輯：孫蘇

Pile Foundation Construction in Complex KarstRegions

Based on the basic Nanchuan M ingrun Plaza project，and the basic design for the typicalkarstareas，the construction，survey and other issues areanalyzed and studied.A variety ofmeasures are prepared for cave treatment，measures like concrete perfusionmethod for karstpore form ing，and reasonable drainagemeasuresareadopted to ensure the pile foundation construction and solve the basic problemsofhigh-rise buildings in complex karstgeology.

Karst landscape；karstareas；pile foundation；concrete perfusionmethod

TU 473.1

A

1671-9107（2015）01-0041-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2015.01.041

2014-11-13

李翀（1978-），男，重慶人，研究生，高級工程師，一級注冊結構工程師，主要從事結構設計工作。