淺談沿海地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基礎(chǔ)工程的質(zhì)量控制要點(diǎn)

趙曉磊++武帥

摘 要：沿海地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，多存在軟土觸變、砂土液化、巖溶塌陷、侵蝕塌岸等地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性因素，該文依托于大連灣綜合交通樞紐客運(yùn)站工程樁基礎(chǔ)工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采用嵌巖灌注樁基礎(chǔ)的施工工藝，選擇嵌巖深度為1.5倍的樁徑，并在現(xiàn)場(chǎng)施工采用多種手段確保樁身灌注質(zhì)量，使得該工程順利通過(guò)驗(yàn)收，可供未來(lái)類(lèi)似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械灌注樁 巖溶地區(qū) 過(guò)程控制 沿海地質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU473.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（a）-0069-04

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城鎮(zhèn)可利用的土地儲(chǔ)備逐漸減少，越來(lái)越多的沿海城市選擇了填海造陸來(lái)緩解土地壓力。大連灣綜合交通樞紐客運(yùn)站工程，是大連市重點(diǎn)民生工程之一，建筑面積37 137 m2，工程地處黃海近岸海域，原始地貌類(lèi)型為水下岸坡，現(xiàn)已回填為陸域，場(chǎng)地內(nèi)基巖為震旦系南關(guān)嶺組石灰?guī)r。

根據(jù)前人研究結(jié)果，沿海地區(qū)（包括回填地區(qū)）地質(zhì)情況復(fù)雜，主要存在軟土觸變[1]、砂土液化[2，3]、巖溶塌陷[4]、侵蝕塌岸等危險(xiǎn)因素。

為確保沿海地區(qū)建筑物基礎(chǔ)承載力充足，多采用機(jī)械成孔灌注樁基礎(chǔ)這一成熟的基礎(chǔ)形式。場(chǎng)地內(nèi)基巖為震旦系南關(guān)嶺組石灰?guī)r（Z2n）。該工程采用沖擊鉆進(jìn)成孔與旋挖鉆進(jìn)成孔兩種機(jī)械成孔方式。樁徑有5種尺寸，分別為600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm。不同于地上建筑工程，灌注樁基礎(chǔ)工程是地下隱蔽工程，在沿海地區(qū)及一些復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)往往還是水下工程。根據(jù)該工程具體情況，在施工監(jiān)理中采取一些措施，使得該工程已經(jīng)順利通過(guò)驗(yàn)收，可以對(duì)未來(lái)類(lèi)似工程提供借鑒參考。

1 工程概況

根據(jù)前人對(duì)該地地質(zhì)所做的研究顯示，大連港老港區(qū)搬遷改造大連灣雜貨及滾裝泊位擴(kuò)建工程位于大連市甘井子區(qū)大連灣境內(nèi)，根據(jù)大連市甘井子區(qū)1/10萬(wàn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分區(qū)圖顯示，該評(píng)估區(qū)屬地質(zhì)災(zāi)害低發(fā)區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害一般不發(fā)育。

建設(shè)項(xiàng)目場(chǎng)地地形簡(jiǎn)單，地貌類(lèi)型單一，地勢(shì)相對(duì)高差小。評(píng)估區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖性為灰?guī)r，巖溶較發(fā)育。場(chǎng)地工程水文地質(zhì)條件不良、有可朔性土，承載力小于200 kPa。破壞地質(zhì)環(huán)境的人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈。綜上，評(píng)估區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度屬?gòu)?fù)雜。

區(qū)內(nèi)不同深度發(fā)育有大小不等，形狀各異的溶洞。溶洞有充填、半充填狀態(tài)。充填物為軟塑紅粘土。溶洞多沿節(jié)理面、層理面延伸。其形態(tài)有石芽、溶溝、溶槽、溶洞等，巖溶發(fā)育造成基巖面起伏較大，由于受構(gòu)造裂隙及層理等因素影響和控制，巖溶在縱向、橫向分布上無(wú)明顯規(guī)律。為了說(shuō)明該巖溶狀況，選取其中典型相鄰樁身柱狀圖以作示意，從鉆孔柱狀圖中可以看出，兩兩相鄰不到3 m的樁的溶洞大小、位置、地質(zhì)情況、地層厚度等均有較大差異（如圖1、表1）。通過(guò)這相鄰的3個(gè)樁的具體情況，可以看到該沿?；靥畹貐^(qū)的地質(zhì)情況非常復(fù)雜。

2 樁基礎(chǔ)形式的選擇

2.1 軟土觸變時(shí)的地基選擇

根據(jù)陳蘭云[1]、趙健[5]等人的研究，軟土的正常壓密和固結(jié)度極低，而且具有觸變性，因而壓縮性大，抗剪強(qiáng)度低。軟土段內(nèi)施工，建議采用合理的持力層和基礎(chǔ)型式，并針對(duì)地基進(jìn)行加固，因地基受壓沉降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮所損失的高程。

2.2 地基土液化時(shí)的地基選擇

受動(dòng)力荷載作用后，會(huì)導(dǎo)致地基土體積縮小、孔隙壓力增加、有效壓力減小，土體抗剪強(qiáng)度迅速減小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為地基土液化[2]。地基土液化會(huì)對(duì)構(gòu)筑物造成很大損害，包括地面沉陷、基礎(chǔ)下沉等。

依據(jù)規(guī)范，存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑物的抗震設(shè)防類(lèi)別、地基的液化等級(jí)，結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的抗液化措施。全部消除地基液化沉陷的措施主要有換土法、加密法、深基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，當(dāng)建筑物抗震設(shè)防類(lèi)別高、地基液化勢(shì)高、加密法或換土法等不適用時(shí)，樁基就成為唯一選擇。樁基礎(chǔ)可適用于液化土層埋深較深或厚度較厚的情況，將樁基穿過(guò)可液化的土層、支承在下部不液化的密實(shí)土層上，以消除液化的不利影響。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）[6] 第4.3.7節(jié)，第一條：采用樁基時(shí)，樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長(zhǎng)度（不包括樁基部分）應(yīng)按計(jì)算確定，且對(duì)碎石土，礫、粗、中砂，堅(jiān)硬粘性土和密實(shí)粉土尚應(yīng)不小于0.5 m，對(duì)其他非巖石性土不宜小于1.5 m。

2.3 巖溶塌陷時(shí)的地基選擇

在巖溶發(fā)育地區(qū)最常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害便是巖溶塌陷。其表現(xiàn)形式主要為突然毀壞城鎮(zhèn)設(shè)施，導(dǎo)致道路和建筑物破壞、通訊中斷、農(nóng)田毀壞、水庫(kù)滲漏、大量水潰入礦坑或隧道，以及使一些供水水源受到不同程度的污染，嚴(yán)重時(shí)造成人員傷死[4]。通過(guò)前文鉆孔柱狀圖可知，該項(xiàng)目所處地質(zhì)巖溶較為發(fā)育。

巖溶塌陷的處理方法[8]主要是實(shí)行避讓?zhuān)荒鼙茏寱r(shí)采用板梁跨越塌洞和土洞，人工挖孔樁、灌注樁、鋼管樁支撐，使用剛?cè)狍w反濾層法回填塌坑，或采用強(qiáng)夯法破壞溶洞，夯實(shí)松散塌陷物，制造人工夯實(shí)地基，做柱下地基梁，回填灌漿，做好地面排水，防止管道滲漏及地表水匯集下滲，對(duì)于相對(duì)封閉的巖溶網(wǎng)絡(luò)地段，設(shè)置鉆孔充、排氣防塌等。在巖溶發(fā)育地區(qū)建設(shè)重要的工程，由于對(duì)上部建筑物（構(gòu)筑物）或橋梁的承載力要求較高，采用一般的填堵或強(qiáng)夯等簡(jiǎn)單的方法往往只能消除淺部的土洞，對(duì)承載力的提高幅度不大。因此，常采用嵌巖灌注樁基礎(chǔ)，即將樁基置于較穩(wěn)定的基巖上，并嵌入一定的深度，以滿(mǎn)足承載力的要求。

2.4 沿海地區(qū)該項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)形式

鑒于以上研究，為最大程度地消除軟土觸變、土液化以及巖溶塌陷對(duì)該項(xiàng)目的影響，采用機(jī)械成孔嵌巖灌注樁基礎(chǔ)這一基礎(chǔ)形式，可以在很大程度上減弱甚至消除以上地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)因素。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[9]第8.5.3節(jié)，樁底進(jìn)入持力層的深度，宜為樁身直徑的1～3倍。在確定樁底進(jìn)入持力層深度時(shí)，尚應(yīng)考慮特殊土、巖溶以及震陷液化等影響。嵌巖灌注樁周邊嵌入完整和較完整的未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化硬質(zhì)巖體的最小深度，不宜小于0.5 m。

綜合以上，該工程采用的樁基礎(chǔ)嵌巖深度為1.5倍的樁徑。該項(xiàng)目嵌巖灌注樁的樁徑為600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm這5種尺寸，對(duì)于最小直徑600 mm樁來(lái)說(shuō)，嵌巖深度為900 mm，滿(mǎn)足以上規(guī)范要求。除此之外，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，該工程要求所有樁都進(jìn)行詳勘，一樁一勘，確保所有樁的持力層均為中風(fēng)化石灰?guī)r（見(jiàn)圖2）。

3 施工器械的選擇

根據(jù)該工程所處回填區(qū)的巖溶發(fā)育的特點(diǎn)，該工程樁基礎(chǔ)施工采用沖擊鉆和旋挖機(jī)兩種施工器具。

沖擊鉆成孔是靠自由下落的重鉆頭產(chǎn)生的沖擊力來(lái)削切土層或巖層，排出碎渣成孔。它適用于碎石土、砂土、粘性土及風(fēng)化巖層等，樁徑可達(dá)600～1 500 mm。在硬度較高或者脆的地層下有著非常好的鉆孔性能，且鉆孔效率非常高。使用電能，成本較旋挖機(jī)低，維修方便。

旋挖機(jī)成孔是通過(guò)底部帶有活門(mén)的桶式鉆頭的回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土。旋挖鉆機(jī)效率高、方便靈活、成孔速度快、擴(kuò)孔率小，成孔效率是傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)械的10倍以上。但一次投入費(fèi)用較大，一旦發(fā)生故障，修理時(shí)間較長(zhǎng)。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理中需要注意的事項(xiàng)

為加快施工進(jìn)度，確保按期完工，要求施工單位提前制作鋼筋籠，并在質(zhì)檢員自檢完成后報(bào)監(jiān)理檢查，檢查合格方可放置在合格區(qū)。避免發(fā)生吊籠入孔前檢查鋼筋籠不合格，重新制作或返工造成的延誤。對(duì)鋼筋籠質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，根據(jù)相關(guān)規(guī)定及時(shí)送檢，檢測(cè)合格后方可使用。對(duì)于鋼筋規(guī)格、直徑、加密圈長(zhǎng)度、焊縫長(zhǎng)度等重點(diǎn)項(xiàng)嚴(yán)格審驗(yàn)。

配合地勘人員做好初巖及終孔的檢查工作，并要求施工單位做好樁信息牌工作，信息牌上應(yīng)包含樁號(hào)、樁徑、樁頂標(biāo)高、地面標(biāo)高、設(shè)計(jì)孔深（初巖、終孔）、實(shí)測(cè)孔深（初巖、終孔）、日期、護(hù)筒跟進(jìn)等信息，并拍照存檔（如圖3）。要求施工單位用密封袋保存每個(gè)樁初巖及終孔巖樣，并做好存檔工作。

清孔檢查除用測(cè)繩檢查外，還應(yīng)同時(shí)用泥漿比重計(jì)檢查，在放入鋼筋籠后砼澆筑前還應(yīng)二次測(cè)量孔深及進(jìn)行清孔質(zhì)量檢查，防止吊入鋼筋籠時(shí)造成塌孔而未及時(shí)處理，產(chǎn)生樁身質(zhì)量問(wèn)題。二次清孔合格后應(yīng)立即下導(dǎo)管澆筑混凝土。

對(duì)于樁徑800 mm及以上的樁，由于鉆頭前端魚(yú)嘴處的直徑與最大直徑處有一段距離，終孔時(shí)對(duì)孔深的測(cè)量可能并非最大直徑的孔深，要求施工單位在800 mm以上樁徑的沖擊鉆成孔的樁，在自測(cè)孔深的基礎(chǔ)上多打500 mm，以滿(mǎn)足終孔深度及保證嵌巖深度。600 mm及700 mm的鉆頭因前端魚(yú)嘴直徑與最大直徑相近，采用正?？咨罴纯?。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)沿?；靥铌懹虻刭|(zhì)情況復(fù)雜的特點(diǎn)，特別是巖溶發(fā)育地區(qū)，采用嵌巖深度為1.5倍樁徑的機(jī)械成孔灌注樁方法能減弱甚至消除地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的對(duì)工程的不利影響，在現(xiàn)場(chǎng)施工單位及監(jiān)理人員的相互配合下，目前該工程已完工并通過(guò)各方驗(yàn)收，可以為未來(lái)類(lèi)似地質(zhì)條件的工程提供借鑒。

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