穿越斜巖面樁基礎施工技術

劉宇樺，曾昭武，白小兵，王 竺

（中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004）

樁基礎是橋梁工程中最常用的一種深基礎形式，其具有承載力高、基礎沉降小的特點。樁基礎按照其承載方式的不同，分為摩擦型樁、端承型樁和摩擦-端承混合型樁。摩擦樁適用于巖層埋置較深，且樁頭受荷小的情況，其主要依靠樁周的摩阻力承擔上部荷載，其對應的土層是除巖土以外的其他土層，施工方法有預制擠土樁、鉆孔灌注樁，由于不入巖，施工效率相對較高。而端承樁用于巖層埋置較淺、樁頭受荷大的情況，其主要靠樁尖的豎向承壓承擔樁頭荷載，樁周摩阻力較小，只能采用先成孔后澆筑混凝土的方法進行施工，目前工程采用旋挖成孔灌注樁和沖擊成孔灌注樁。摩擦-端承混合型樁是針對有一定樁長且需入巖的基礎樁，其依靠樁周摩阻力和樁尖承壓承擔樁頭傳遞的荷載，因為要入巖，其施工方法與端承樁一樣。

當前，穿越斜巖面的樁在入巖施工時經(jīng)常存在如卡錘、每次進尺小甚至無法進尺的問題，或即使成孔但澆筑混凝土時充盈系數(shù)非常大，為此造成施工進度過慢、施工成本加大的現(xiàn)實問題。研究表明，導致上述情況的原因主要是復雜的地質情況，特別是溶洞和傾斜巖層。針對溶洞存在的場地開展樁基礎的施工研究已較多，并取得良好的工程效益，但對于斜巖層施工樁基礎則鮮有文獻。

本文從地質構造入手，闡述巖層傾斜的機理及其分布特征，提出依據(jù)地勘報告及場地巖土地質資料繪制工程場地傾斜場地巖層布置圖，并進行精細化施工，對樁基礎成孔過程的進尺進行監(jiān)控，以獲得施工樁位處的傾斜巖層深度及方向，設計成有斜度的鋼護筒，然后清孔下放鋼護筒至斜巖面，澆筑C60以上高強度等級混凝土至斜巖面最高面以上0．5m處，養(yǎng)護2d，即可進行鉆孔施工。

1 工程概況

柳州市公共交通配套工程（一期）土建施工02標線路長6．36km，共計5站5區(qū)間，包括：蓮花客運站站—龍珠河站區(qū)間、龍珠河站、龍珠河站—響水河站區(qū)間、響水河站、響水河站—洛維工業(yè)園站區(qū)間、洛維工業(yè)園站、洛維工業(yè)園站—都樂園站區(qū)間、都樂園站、都樂園站—白蓮洞站區(qū)間、白蓮洞站。施工內容為土建施工（含車站基礎及上部結構、區(qū)間橋梁及安裝）、各系統(tǒng)預埋預留件（基礎、鋼板、管、溝槽）、外立面裝修、防雷接地等。

施工區(qū)域位于柳州市魚峰區(qū)柳石路，道路寬50m，雙向8車道，為進出城市主干道，橋墩及車站位于路中9m寬的綠化帶內，管線遷改和綠化移植工程量較大（見圖1）。沿線有社區(qū)、學校、廠房等設施。根據(jù)地勘資料顯示，施工區(qū)域整段均為巖溶發(fā)育區(qū)域。

2 工程地質概況與樁基礎施工難點

圖1 工程效果

工程施工場地主要地質主要為巖溶強發(fā)育場地，主要以滯水溶洞、斜巖、半邊巖為主。根據(jù)初勘鉆孔統(tǒng)計，鉆孔遇斜巖率為20%。斜巖地質廣泛分布于整個沿線場區(qū)。在斜巖施工過程中，樁在入巖施工時經(jīng)常存在卡錘、偏斜、無法鉆進等施工問題。在澆筑混凝土時，由于成孔偏斜，會產(chǎn)生混凝土充盈系數(shù)過大的問題，由此導致施工成本高、效率低。因此樁基斜巖入巖施工為項目技術攻關的重點。

3 斜巖面樁基礎施工特性分析

1）當采用沖擊成孔時，由于斜巖面的存在，錘擊的落點會出現(xiàn)部分巖強度高部分強度低的特點，如果兩者強度相差較大時，將導致快速下落的錘發(fā)生傾斜，導致斜巖面處孔洞直徑變大，這是導致充盈系數(shù)大的原因。當錘撞擊斜面時，其對斜面的撞擊力會隨著斜面角度的增加迅速減弱，這是導致每次錘擊進尺尺寸微小的原因。

2）旋挖成孔的原理是利用設備動力頭給土體一定壓力并施加扭矩切割土體，其一般適用于以砂土、粉土、黏性土及風化巖石。當旋挖成孔遇到傾斜巖面時，加上采用泥漿護壁導致巖面處摩擦力降低，當旋挖施加壓力時，設備會沿巖面發(fā)生滑移，無法施加切割力，因此導致無法進尺甚至有鉆頭被埋入孔底發(fā)生塌孔問題。

無論采用何種方法進行成孔施工，必須在孔底有一個接近水平的等強受力面，為此，只有在斜巖面制造等強的水平面，將斜巖面變?yōu)榈葟姸绕矫?，才可提高斜巖面施工效率，保障施工質量。

4 斜巖面樁基礎施工方法

4.1 解決斜巖面樁基礎施工的關鍵問題

1）為在斜面上打造水平受力面，變斜巖面為水平巖面最可行的方法是依據(jù)斜巖的強度指標，回灌一定厚度的與該位置巖土強度相當?shù)幕炷?。根?jù)文獻，常見巖石強度指標為：硅質砂巖強度為80～200MPa；泥質砂巖強度為40～50MPa甚至更??；頁巖強度為20～70MPa，甚至更低；石灰?guī)r（白云巖）強度為40～80MPa；泥巖強度為6～30MPa。目前，工程上可制配的混凝土強度可達C100，即立方體抗壓強度達到100MPa，完全可以達到巖石的強度。

2）為減小混凝土充盈率，應從減少斜巖面處的孔洞直徑入手，應根據(jù)場地詳勘鉆孔資料及巖層形成機理和巖層分布特點，繪制全場地的地層布置圖，以確定場地斜巖面狀況。目前，詳細勘察階段存在勘探孔數(shù)量不足的情況，導致無法繪制準確的地形圖，從解決斜巖施工樁復雜問題的角度，承建單位可要求增加勘測孔個數(shù)，以探明地下斜巖的布置情況。若條件無法滿足，施工單位亦可用一定剛度的型鋼，一節(jié)一節(jié)放下去，然后沿著孔壁一周測量斜巖面高度，繪制出斜巖面情況。在鉆孔時，當?shù)竭_斜巖面后，應輕錘一定次數(shù)，將斜巖面處的軟弱土層清理掉，同時不會增加斜巖面處的孔洞直徑，然后清孔，根據(jù)地勘探明的斜巖在孔洞范圍內的高差，澆筑擬定高強度混凝土，等混凝土強度達到與巖層等強時，即可進行鉆孔施工?；炷翝仓叨葢刃睅r面高0．5m左右，此高度也可通過現(xiàn)場試驗確定。如果斜巖面處孔洞直徑變大，則考慮下放鋼護筒，施工單位可在進場后即根據(jù)地勘所提供的斜巖情況，制作各斜巖樁基相應的鋼護筒，護筒高度可與澆筑混凝土的高度相同，護筒形狀要與巖面起伏情況一致，如圖2所示。

圖2 澆筑高強混凝土

4.2 施工流程

研究場地地勘資料繪制場地巖層布置圖；鉆孔作業(yè)至斜巖面，輕錘沖孔或低功率旋挖；測量樁孔處斜面形狀、繪制樁孔處斜巖位置；由地勘資料確定斜巖強度進而確定灌注混凝土強度等級；由有無擴孔確定是否需要鋼護；澆筑混凝土并待強度達到斜巖等強后鉆孔作業(yè)。

4.3 施工操作要點與質量保證措施

1）根據(jù)場地鉆探資料繪制場地地層布置圖并根據(jù)樁基礎的施工過程修改該場地地層布置圖，以更準確地指導施工。

2）斜巖面位置的判定首先依據(jù)場地地形圖和樁超前鉆柱狀圖，在成孔過程中要依據(jù)現(xiàn)場鉆孔進尺記錄判定。若每小時平均尺寸比正常情況緩慢，同時存在偏錘現(xiàn)象時，可制作T形簡易工具探測是否遇到斜巖，由2根直徑為25mm的鋼筋焊接，L為樁孔直徑的0．5倍。若為斜巖樁，則需用型鋼沿樁孔周長一圈測定樁底標高，繪制該樁的斜巖面。

圖3 T形檢測工具

3）根據(jù)實際的斜巖面逐樁制作鋼護筒，鋼護筒制作與普通鋼護筒要求一致。

4）由于斜巖面的鋼護筒需與斜巖面保持一致，鋼護筒下放時，要嚴格按照樁實際巖面開展，需要在現(xiàn)場將斜巖面情況標出，然后根據(jù)標志固定鋼護筒的擺放狀態(tài)，再下鋼護筒。由于護筒本身重量較大，可依靠自重深入樁底殘渣中，不需額外堵漏。

5）要根據(jù)鋼護筒的高度及斜巖面的實際情況計算混凝土量，在滿足環(huán)保要求的情況下，現(xiàn)場調配。混凝土澆筑與普通水下樁混凝土澆筑方法相同。

6）待澆筑完混凝土2d后方能繼續(xù)鉆孔。鉆孔時，由于鋼護筒對混凝土具有套箍作業(yè)，當孔穿過斜面時，鋼護筒已破損。

7）當成孔達到設計標高之后，要用T形檢測工具查看斜巖面處有沒有形成擴孔，如果有，在澆筑樁基礎混凝土時，仍需下放從斜巖面至樁底的鋼護筒，以保證樁基礎施工質量和減小混凝土的充盈系數(shù)。

5 經(jīng)濟效果分析

傳統(tǒng)片石回填配合沖擊鉆：每天進度0．5m，需回填片石4次，一次4m3，片石材料費60元／m3，工費 150 元／m3，則回填費用為3 360元。若錘發(fā)生傾斜，導致斜巖面處孔洞直徑變大，則需要超灌混凝土假設為3m3C35混凝土，C35混凝土350元／m3，則費用為4 410元，處理1根斜巖樁基平均時間為10d。

采用鋼護筒配合高強度混凝土方法，鋼護筒價格3 000元／個，假設采用2m3C60混凝土進行回填，C60混凝土450元／m3，則費用為3 900元。并可防止因為孔徑變大而造成的超方。節(jié)省費用510元。處理1根斜巖樁基平均時間為4d。

6 結語

針對跨越斜巖面的樁基礎施工這一施工難題，必須從斜巖產(chǎn)生機理入手，精確分析并確定斜巖位置，采用高強混凝土可將斜巖面變?yōu)樗矫?，并對擴孔部分采用鋼護筒的辦法，從而減小混凝土充盈系數(shù)，進而降低施工成本。由于本文方法僅提供解決穿越斜巖面施工的思路，如混凝土澆筑高度、混凝土強度等級與斜巖強度等級關系等參數(shù)，還需經(jīng)過工程實踐驗證以獲取更多有價值的參數(shù)。