多溶洞強富水性場地雙層鋼護筒樁基施工管理探討

周雙科 劉會玲 陳宇飛 黃珺

（中建三局工程設計有限公司 湖北武漢 430000）

1 工程概況

昆明市某綜合性公共建筑，場地面積約25000m2，基礎為樁基礎，共903根樁，其中抗拔樁272根，承壓樁671根，均為嵌巖樁，持力層為中風化灰?guī)r。原樁基方案采用常規(guī)的旋挖成孔灌注樁工藝，施工20余根雙層鋼樁基，有15根樁存在嚴重塌孔，最后采用護筒旋挖成孔灌注樁工藝[1]。

2 地質概況

樁基施工工藝的選擇由場地工程地質及水文地質條件決定。

根據地勘揭示的地層自上而下依次為：①層耕土、②1層粉質黏土、②2層飽和粉土、②3圓礫、②4層黏土、③1層強風化灰?guī)r、③2層中風化灰?guī)r，溶洞分布于③2層中。

溶洞分布概況：基巖為白云質灰?guī)r，巖溶強烈發(fā)育且不均勻，巖溶形態(tài)洞、管、隙并存，局部溶洞呈串珠狀發(fā)育；詳勘鉆探揭露的溶洞發(fā)育洞高0.5～4m不等。

地下水概況：地下水水位較淺，穩(wěn)定水位在地表-0.5m左右。場地內地下水分為上層滯水、孔隙水和巖溶水三種類型。上層滯水主要賦存于①層耕植土中，富水性弱，對工程無影響；孔隙型潛水的主要含水層為圓礫層、粉土層。而圓礫層和粉土層的均勻性、連通性、透水性較好，富水性較強且具微承壓性，對工程樁基施工影響較大；巖溶水以溶隙、溶孔和溶洞為主要儲水空間，富水性不均勻，富水性強。

3 常規(guī)旋挖成孔灌注樁工藝塌孔原因分析

（1）水力梯度不足。泥漿護壁鉆孔灌注樁工藝要求泥漿面高出地下水位1.0～1.5m以上，以保證樁孔處有足夠滲流方向向外的水力梯度使土體穩(wěn)定。場地地下水位位于地表-0.5m左右，現(xiàn)場采用先打樁后挖土的工序，打樁期間降水采用降水井的方法進行降水，過程中降水井逐漸被粉砂填充，降水效果不明顯；而圓礫層、粉土層孔隙型潛水的微承壓性使泥漿面相對地下水水位的高度要求更高，施工過程中水力梯度無法保證。

（2）土層對于擾動敏感。飽和粉土屬于較高靈敏性土質，鉆孔對土體的擾動就可能引發(fā)土體流滑和破環(huán)。

（3）孔隙型潛水具微承壓性，主要含水層為圓礫層、粉土層，水力梯度不足時，微承壓性會使?jié)撍畬觾饶?、砂、礫石等加劇流入孔內，造成塌孔。即使掏出大量坍塌物勉強成孔，在澆筑混凝土時，也可能將水泥砂漿沖走，造成樁身周圍離析，樁體受損，成樁質量無法保證。

（4）當鉆孔至溶洞處，由于突然漏漿造成水頭高度急劇下降，透水層（粉砂層、圓礫層）失穩(wěn)。

4 雙層鋼護筒旋挖成孔灌注樁工藝

普通旋挖成孔灌注樁工藝存在成孔難問題，經施工專家咨詢會討論，專家建議借鑒路橋施工中鋼護筒旋挖成孔灌注樁施工工藝。下面以直徑為1m的工程樁為例，對雙護筒旋挖灌注樁工藝進行說明：

（1）定位放線完成后，采用360型旋挖樁機安裝1.3m直徑鉆頭鉆至灰?guī)r頂面；

（2）將直徑為1.2m的臨時外護筒下至灰?guī)r頂面位置；

（3）改用1.1m直徑的鉆頭進行灰?guī)r層鉆進施工至設計樁底標高；

（4）下放外徑1.02m的永久型內護筒至孔底；

（5）換用直徑0.8m的平底清孔鉆頭進行沉渣清理；

（6）下放鋼筋籠及導管，進行沉渣復測，達標后灌注混凝土，混凝土灌注完成后拔出1.2m直徑的臨時外護筒。

該工藝解決了成孔問題，但在應用過程中出現(xiàn)了樁頂標高下降、抗拔力不足、充盈系數(shù)大等問題。

5 樁基施工過程中典型問題分析

（1）樁頂標高下降嚴重。澆筑半小時后檢查樁頂標高均滿足設計標高要求，但土方開挖完成后，部分樁在設計標高處只見鋼筋籠，未見混凝土，割除外露護筒發(fā)現(xiàn)原樁頂混凝土標高下降0.5～3.0m不等。

原因分析：場地持力層灰?guī)r存在裂隙；由施工工藝可知護筒與巖石存有間隙，存在反漿的可能；巖溶形態(tài)多樣，混凝土終凝前均有可能蠕變至溶洞其他區(qū)。

處理方法：對問題樁采用鉆芯法對樁身完整性、樁身混凝土強度及樁端持力層情況進行檢測。合格則考慮鋼護筒對樁身的保護，僅做界面鑿毛后澆筑混凝土至設計標高；否則補樁處理。

（2）樁基抗拔承載力不足。

理論上鋼護筒與灰?guī)r存在0～80mm的間隙。樁周土層在地下水涌動下隨著時間沉淀，此間隙將會被沙石填充，形成有效的樁側摩阻力，但短時間內間隙將造成樁周無有效側摩阻力?？拱螛稒z測結果（見表1）也證明了間隙對抗拔承載力的影響。

表1 部分抗拔樁檢測結果

抗拔樁檢測結果不滿足，設計單位要求對進行注漿處理。由于改用此工藝后未進行施工前試樁，對此工藝對抗拔承載力的影響預估不足，未在樁側預埋注漿管。現(xiàn)場進行后注漿存在以下問題：①鉆孔無法緊貼側壁，隔一定距離鉆孔，操作中稍微傾斜，鉆頭遇到鋼護筒即無法繼續(xù)下鉆。因無法緊貼側壁注漿效果無法保證。②孔口無法有效封堵，注漿壓力值[2]很難達到要求。最后不得不根據抗拔檢測的統(tǒng)計結果，降低抗拔承載力設計值，重新進行抗浮設計，做補樁處理。在補樁施工困難的位置，采用局部加厚底板的方法進行處理。

（3）充盈系數(shù)大。

鋼護筒只是對鉆孔穿過圓礫層、粉砂層起到護壁作用，對孔底發(fā)生漏漿防護意義不大，普遍存在混凝土反漿至護筒與巖石間隙的情況；地層溶洞較多、巖石裂隙發(fā)育較好，混凝土的用量無法估量。

（4）施工周期長。

原因分析：①相比常規(guī)的旋挖成孔灌注樁工藝，增加了鋼護筒的招采、加工、制作、運輸?shù)戎芷?。②中風化灰?guī)r飽和單軸抗壓強度標準值平均強度達到58.3MPa，最高者達78MPa，增加了機械設備的選擇難度，需采用大型機械，場地內能同時作業(yè)的機械數(shù)量減少。③基巖強度高且?guī)r面起伏不定，具有一定的傾角，鉆孔平面內土巖軟硬不一，容易出現(xiàn)斜孔，因此施工至土巖交界面時需更換高強度鉆頭，減緩鉆機轉速，實時控制鉆桿垂直度，增加了成孔周期。

6 施工管理方面的思考

（1）關于施工前試樁處理不當。

①“優(yōu)待”試樁。規(guī)范規(guī)定：設計等級為甲級的樁基或地基條件復雜、基樁施工質量可靠性低的工程需進行施工前試[3]。采用常規(guī)的旋挖成孔灌注樁工藝，塌孔嚴重，成孔困難，現(xiàn)場施工人員不斷清孔，不計混凝土超灌量，用時近兩周時間完成了4根試樁樁基。經檢測，單樁極限承載力與設計值相符，但這樣特別對待的試驗樁本身已經失去了其他工程樁的代表性，失去了試樁的意義。只關注試樁的結果，未重視試驗樁施工過程，未及時調整施工工藝，進行后續(xù)施工近1個月時間，造成工期嚴重滯后。

②雙護筒旋挖灌注樁未進行施工前試樁。樁基全部完成后檢測顯示抗拔承載力不足，不得不將原工程樁降低抗拔承載力使用，并采取補樁或加厚局部底板等處理措施。

（2）應充分把握施工工藝對樁基的影響。該工藝在路橋基礎施工中較為常見，路橋樁基施工中基本不涉及抗拔問題，而房建項目因存在地下室及地下水位較高等原因樁基會存在抗拔問題。對抗拔樁應用該工藝時，應對工藝進行改進，加入后注漿處理措施。

（3）樁頂標高檢測后，應增加混凝土終凝前復檢流程，及早發(fā)現(xiàn)及早處理。

（4）因持力巖層多溶洞多裂隙及全鋼護筒工藝存在間隙等原因造成的充盈系數(shù)過大及樁頂標高下沉等問題，能否通過對樁端混凝土提高混凝土等級后摻加速凝劑[4]的方式進行處理?，F(xiàn)場實驗確定合理添加量，現(xiàn)場加入商品混凝土攪拌車內，快速攪勻，立即進行卸料施工。通過改變樁端混凝土的流變性能使其快速凝結硬化，進而實現(xiàn)混凝土用量可控，是否可行尚需工程試樁后的充盈系數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據及樁基檢測數(shù)據驗證。

7 結論

（1）應重視試樁，尤其對于場地地質條件復雜的工程尤為重要，施工前試樁可以為設計單位選定樁型和樁端持力層、掌握樁側樁端阻力分布并確定基樁承載力提供依據，同時也為施工單位在新的地基條件下設定并調整施工工藝參數(shù)進行必要的驗證[3]。

（2）對新的施工工藝流程應進行分析，充分了解工藝的優(yōu)缺點，對于工藝自身缺陷對樁基的影響應進行預判，并嘗試對工藝進行改進。