巖溶地區(qū)樁底持力層檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

劉軍安，樂 俊，楊慧齊，宋江文，楊 浩，李玉才

(中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司，湖北 武漢 430064)

0 引言

樁基已成為高層建筑施工的主要基礎(chǔ)形式，主要分為端承樁和摩擦樁。對(duì)于以樁基作為主要承載力的構(gòu)筑物安全性檢測(cè)，主要包括兩個(gè)方面：一是樁身完整性，二是樁底持力層完整性。因此持力層的承載力情況探明，對(duì)于樁基質(zhì)量具有關(guān)鍵作用。

目前對(duì)于樁基持力層檢測(cè)，主要采用傳統(tǒng)的鉆芯法，同時(shí)也結(jié)合其他應(yīng)用方式，將管波探測(cè)法、平行地震波法、跨孔彈性波層析成像、聲波透射法、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、反射波檢測(cè)、孔內(nèi)攝像頭檢測(cè)等應(yīng)用于樁基持力層檢測(cè)。馬錦國(guó)采用管波探測(cè)法、平行地震波法、跨孔彈性波層析成像及聲波透射法有機(jī)結(jié)合的方式有效查明了樁底持力層完整性情況。許紅葉等基于鉆芯檢測(cè)法定量評(píng)估，給出了樁基持力層強(qiáng)度、持力層厚度為定量指標(biāo)，形成了“一體兩翼”的協(xié)同工作模式。張偉等利用地質(zhì)雷達(dá)的工作原理，將其運(yùn)用于樁基持力層地質(zhì)缺陷探測(cè)，并從理論出發(fā)證實(shí)探測(cè)的精準(zhǔn)度。

本文以傳統(tǒng)鉆探取芯的方式進(jìn)行巖溶地區(qū)超長(zhǎng)樁樁基持力層巖溶情況分析，設(shè)計(jì)一種超長(zhǎng)樁鉆探取芯輔助操作平臺(tái)技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際工程情況進(jìn)行應(yīng)用分析，證實(shí)了該檢測(cè)技術(shù)的可靠性和高效性。

1 工程概況

貴陽(yáng)龍洞堡國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程T3航站樓工程，總共設(shè)計(jì)810根樁基礎(chǔ)，其中大直徑超長(zhǎng)樁29根，全部采用雙套管雙驅(qū)動(dòng)全回轉(zhuǎn)旋挖鉆施工成孔，其中最長(zhǎng)樁基長(zhǎng)度為100.4m。場(chǎng)地內(nèi)巖溶見溶洞率高達(dá)20%以上，巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育，溶洞內(nèi)填充主要由紅黏土、溶蝕碎屑、碎石組成，個(gè)別溶洞為空洞，部分區(qū)域存在多層串珠狀溶洞，溶洞發(fā)育高度達(dá)10～31.7m，分布范圍及深度較廣。

2 巖溶檢測(cè)鉆探輔助平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

對(duì)于成孔后樁孔持力層進(jìn)行鉆探抽芯使用較少，同時(shí)鉆機(jī)在空孔狀態(tài)下進(jìn)行鉆孔作業(yè)，人員設(shè)備安全得不到保障。為了實(shí)現(xiàn)巖溶地層超長(zhǎng)樁樁孔持力層檢測(cè)，借鑒海上鉆探工藝，其特點(diǎn)如下：①設(shè)備不在勘探面，且距勘探面距離較大；②鉆桿處于懸空狀態(tài)，無(wú)堅(jiān)實(shí)地層包裹。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)兩種不同形式的檢測(cè)抽芯設(shè)備，如圖1所示。其中第1種設(shè)備采用混凝土泵管作為空孔鉆桿輔助設(shè)備，第2種設(shè)備利用鋼管和固定的法蘭盤進(jìn)行配合使用作為輔助設(shè)備。

圖1 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)

2.2 方案比選

1)經(jīng)濟(jì)性

對(duì)于第1種設(shè)計(jì)方案，泵管設(shè)計(jì)采用DN125無(wú)縫鋼管，一套超長(zhǎng)樁檢測(cè)輔助平臺(tái)成本為7 820元；第2種設(shè)計(jì)采用DN125無(wú)縫鋼管，一套輔助平臺(tái)從材料到加工成本費(fèi)用共計(jì)31 500元。

2)便捷性

第1種設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的混凝土泵管，在下放連接時(shí)采用管卡，操作簡(jiǎn)單、安裝方便，但穩(wěn)定性不足。第2種設(shè)計(jì)利用鋼板預(yù)留的螺栓孔，采用法蘭盤螺栓連接，安裝簡(jiǎn)單快捷，同時(shí)該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)一次安裝，不同位置進(jìn)行鉆孔取芯，加快取芯效率，縮短多次安裝轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間。

3)實(shí)用性

第1種設(shè)計(jì)采用的泵管長(zhǎng)度超過(guò)20m，單套泵管在樁孔內(nèi)無(wú)法固定，導(dǎo)致樁孔內(nèi)泵管剛度不滿足要求，管卡連接位置較為薄弱，容易在鉆探取芯檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生變形。第2種設(shè)計(jì)方案的平臺(tái)裝置通過(guò)鋼板和鋼管進(jìn)行焊接，單節(jié)整體性好，剛度較大，節(jié)與節(jié)之間通過(guò)法蘭盤螺栓連接，整個(gè)輔助平臺(tái)裝置在樁孔內(nèi)剛度高、穩(wěn)定性好。

通過(guò)對(duì)比分析，最終采用第2種鉆探取芯設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行加工。

2.3 加工制作

確定設(shè)計(jì)方案后，項(xiàng)目依據(jù)需求繪制了詳細(xì)的制作圖紙，對(duì)法蘭盤尺寸的加工精度和法蘭盤與鋼管焊接尺寸精度進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量，結(jié)果如圖2所示。

圖2 實(shí)際測(cè)量結(jié)果

從結(jié)果可以看出，法蘭加工精度、螺栓孔和鋼管中心焊接精度均符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求，抽樣測(cè)量的合格率為100%。而螺栓中心位置的制作精度最大偏差為3mm，抽樣測(cè)量的合格率最小為90%，滿足設(shè)計(jì)要求。因此通過(guò)此設(shè)計(jì)圖和公司制作的平臺(tái)架體，能夠?qū)崿F(xiàn)加工制作精度，滿足施工使用要求。

通過(guò)制作樣品，進(jìn)行地面試拼裝，架體的整體穩(wěn)定比設(shè)計(jì)分析弱。通過(guò)研究分析，由于4根鋼管架體存在平行四邊形不穩(wěn)定扭轉(zhuǎn)力，因此設(shè)計(jì)增加穩(wěn)定性支撐，中間采用桁架進(jìn)行加固焊接，利用三角穩(wěn)定性原理，將鋼管焊接到無(wú)縫鋼管上，提高整個(gè)架體的穩(wěn)定性，加固設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 輔助平臺(tái)加固設(shè)計(jì)

3 輔助平臺(tái)應(yīng)用分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)B1-21樁進(jìn)行巖溶檢測(cè)試驗(yàn)，該樁成孔后，進(jìn)行架體安裝，總共花費(fèi)7h12min。巖溶檢測(cè)輔助裝置安裝完成后，進(jìn)行樁孔底巖溶取芯檢測(cè)，取芯時(shí)間總共花費(fèi)12h33min。之前的回填樁孔進(jìn)行樁底巖溶情況檢測(cè)再進(jìn)行取芯耗時(shí)79h25min，采用該平臺(tái)極大提高了樁基施工效率。

對(duì)其他樁孔的巖溶檢測(cè)所需時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析如圖4所示。

圖4 使用裝置后巖溶取芯時(shí)間統(tǒng)計(jì)

從圖4可以看出，統(tǒng)計(jì)的8根樁基樁底持力層巖溶取芯檢測(cè)時(shí)間大致分布在10～13h，平均12h，與試驗(yàn)樁的巖溶取芯檢測(cè)時(shí)間相近。說(shuō)明該裝置能夠有效應(yīng)用于不同樁長(zhǎng)及樁孔持力層的巖溶檢測(cè)。同時(shí)使用該裝置后，持力層的巖溶檢測(cè)所需時(shí)間平均為12h，極大縮短了樁基施工過(guò)程中持力層檢測(cè)時(shí)間，同時(shí)采用一孔多芯的方式進(jìn)行巖溶檢測(cè)，能夠作為樁孔持力層巖溶情況進(jìn)行較為直觀的參考及分析依據(jù)，解決了空孔進(jìn)行樁底巖溶檢測(cè)時(shí)鉆桿不穩(wěn)定的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)鉆探取芯檢測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了空孔狀態(tài)鉆探取芯目的。

2)設(shè)計(jì)采用的該種輔助平臺(tái)，能夠有效縮短樁基持力層取芯檢測(cè)時(shí)間，避免了樁孔回填及復(fù)鉆，平均1根樁檢測(cè)時(shí)間為12h。

3)該輔助平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了樁孔檢測(cè)的“一樁多孔”取芯過(guò)程，同時(shí)提高了鉆桿穩(wěn)定性。