復(fù)雜巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)工程處理措施研究

梁 彬，張金龍，章臣平，麻金峰

（中交第四公路工程局有限公司第一建筑工程分公司，江蘇 連云港 222000）

1 工程概況

南京市鼓樓區(qū)金燕路西側(cè)地塊保障房建設(shè)項(xiàng)目占地345705.18m2，其中A 地塊建筑面積188146.9m2，包含12 棟主樓及一個(gè)整體地下室，主樓共有灌注樁917 根，樁徑有60cm、70cm、80cm、90cm 四種規(guī)格。工程地貌單元為長(zhǎng)江漫灘與崗地交接地帶，經(jīng)過前期詳勘及一樁一孔勘察，探明本工程地下巖溶情況普遍存在，并且?guī)r溶高度、數(shù)量、位置及填充情況不盡相同，溶洞形式復(fù)雜多樣，包括多層溶洞、串溶洞等各種情況。針對(duì)該項(xiàng)目的復(fù)雜地質(zhì)溶洞條件，結(jié)合前期樁基礎(chǔ)工程試樁報(bào)告結(jié)果等相關(guān)資料文件，對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)加固及施工采取相應(yīng)有效可行的措施。本工程樁基設(shè)計(jì)為端承樁，以⑤-2層中風(fēng)化含砂礫巖、砂礫巖為樁基持力巖層，采用水下C45 混凝土，樁長(zhǎng)根據(jù)一孔一勘報(bào)告結(jié)果進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，6～58m 不等。

2 工程地質(zhì)特點(diǎn)

根據(jù)勘察揭示，場(chǎng)地范圍內(nèi)分布的⑤-2 層中風(fēng)化含礫砂巖、砂礫巖有巖溶發(fā)育，分布有溶洞和溶隙。巖溶洞隙主要順著各巖層層面和節(jié)理面進(jìn)行發(fā)展，以中小型串球狀分布為主，場(chǎng)地巖溶各向異性明顯，豎向和側(cè)向溶蝕均有出現(xiàn)。在勘探過程中可溶巖分布區(qū)鉆孔巖溶遇洞率為44.8%，勘探深度范圍內(nèi)線溶率為21.4%。場(chǎng)地內(nèi)巖溶洞隙分為無填充的空洞及充填率在50%～90%之間的填充溶洞，巖溶內(nèi)部主要以填充的硬～可塑（局部軟塑）狀粉質(zhì)黏土為主，但是局部夾有風(fēng)化巖屑、風(fēng)化硬塊及少量礫石，巖溶內(nèi)部填充物具有強(qiáng)度性能低、壓縮性能高、工程性質(zhì)極差的特點(diǎn)。溶洞洞高0.3～18.1m，洞頂埋深6.1～56.9m。通過對(duì)比分析并查閱相關(guān)規(guī)范，判定本場(chǎng)地可溶巖分布區(qū)巖溶發(fā)育程度等級(jí)為強(qiáng)發(fā)育，必須充分了解掌握該場(chǎng)地內(nèi)的溶洞分布情況及特征，有針對(duì)性地制定相關(guān)技術(shù)手段。

通過地質(zhì)勘查可知，場(chǎng)地地下水主要分為孔隙潛水、承壓水和基巖裂隙水、巖溶水等類型。

潛水主要接受自然界大氣降水的滲透補(bǔ)給，以垂直蒸發(fā)和徑流方式排泄，與場(chǎng)地附近地表水呈互補(bǔ)關(guān)系。地下潛水穩(wěn)定水位在地面下0.2～2.9m，高程為4.14～6.50m。承壓含水層含水豐富，給水性和透水性較好，屬透水地層，其補(bǔ)給來源為地下徑流以及上層孔隙潛水的越流補(bǔ)給，以地下徑流為主要排泄方式。承壓水水頭埋深在地面下3.50m，高程為3.68m?；鶐r裂隙水、巖溶水補(bǔ)給來源為地下徑流和上覆松散地層中孔隙水的補(bǔ)給，由于受巖溶、裂隙分布及相互連通條件的影響，以側(cè)向徑流和下滲為主要排泄方式。水位在地面下8.5～13.5m，高程為-2.28～-6.32m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)果，本場(chǎng)地巖溶水水頭遠(yuǎn)高于巖土交界面。

3 設(shè)計(jì)階段的技術(shù)措施

3.1 溶洞注漿處理

在設(shè)計(jì)階段充分考慮巖溶洞隙對(duì)樁基承載力的影響，根據(jù)地勘報(bào)告，針對(duì)不同的溶洞類型情況，采取不同處理措施。

1）單個(gè)溶洞高度小于8m 或多層溶洞，其中不存在溶洞高度超過8m 的情況，采用直接穿越的方式。

2）單個(gè)溶洞高度大于8m（含8m）或多層溶洞，其中存在至少一個(gè)以上的溶洞高度超過8m的情況，采用填充水泥的注漿方法及針對(duì)復(fù)雜串孔、多層溶洞的注漿方法并穿越。

3.2 溶洞區(qū)域混凝土約束處理

對(duì)于直接穿越的溶洞區(qū)域，溶洞高度雖然不超過8m，但是橫向溶洞擴(kuò)展程度無法確認(rèn)，是否與周邊樁的溶洞相連具有不確定性，因此針對(duì)此區(qū)域的樁身應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的加固。

考慮灌注樁是由鋼筋籠骨架及混凝土組成，在保證混凝土強(qiáng)度等級(jí)及施工和易性的前提下，通過構(gòu)造措施對(duì)鋼筋籠處在溶洞范圍的區(qū)域進(jìn)行加固，以保證樁身強(qiáng)度及完整性。在主體結(jié)構(gòu)中框架柱的箍筋包含三個(gè)作用：抵抗剪力、對(duì)混凝土提供約束及防止縱筋壓屈。本工程利用箍筋對(duì)混凝土的約束作用對(duì)溶洞區(qū)域樁身進(jìn)行加固。

4 施工中的處理措施

4.1 機(jī)械設(shè)備選用

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)一樁一孔的勘察結(jié)果，隨機(jī)抽取1～3 根能夠反映地質(zhì)特征的樁基進(jìn)行試打作業(yè)，以便能夠根據(jù)地質(zhì)情況選用合適有效的機(jī)械設(shè)備及施工工藝進(jìn)行施工作業(yè)。

在試打作業(yè)中，采取了3 種設(shè)備進(jìn)行對(duì)比作業(yè)，分別是回旋鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)。本工程要求主樓樁基入巖深度2.1m 以上，在遇到多層溶洞頂蓋板時(shí)，除了鉆進(jìn)持力巖層外，還得穿越蓋板，巖溶發(fā)育強(qiáng)且復(fù)雜，存在多層溶洞、串溶洞、單個(gè)大型溶洞、無溶洞等情況，因此綜合整體因素，最終決定采用以沖擊鉆為主，旋挖鉆機(jī)為輔的方式進(jìn)行樁基工程施工。

4.2 卡鉆處理

4.2.1 卡鉆的原因

本項(xiàng)目施工多層溶洞的樁基礎(chǔ)時(shí)，在鉆進(jìn)過程中會(huì)遇到多層溶洞蓋板，穿越這些蓋板時(shí)易發(fā)生卡鉆頭現(xiàn)象。

溶洞蓋板一般分為平巖面蓋板和傾斜巖面蓋板兩種情況。施工中穿越平面蓋板時(shí)，正常情況下不會(huì)存在出現(xiàn)卡鉆頭問題；在穿越斜面蓋板時(shí)，鉆頭易出現(xiàn)擺動(dòng)，導(dǎo)致鉆頭傾斜卡鉆，這種情況下建議在鉆至傾斜巖面時(shí)停止鉆孔，回填片石及黏土塊，同時(shí)將沖擊沖程調(diào)小，一般不大于0.6m，之后反復(fù)沖砸穿越蓋板。

4.2.2 卡鉆的處理方法

出現(xiàn)卡鉆頭時(shí)，應(yīng)先調(diào)查其原因，制定針對(duì)性處理措施，不可隨意盲目對(duì)鉆頭進(jìn)行拉拽。先觀察鉆孔是否規(guī)則有無塌孔，如果鉆孔沒有出現(xiàn)特殊情況并且豎向活動(dòng)空間充足時(shí)，可反復(fù)在各方向上進(jìn)行移動(dòng)，然后找到空間較大的位置進(jìn)行提升鉆頭。當(dāng)鉆頭卡在巖石的下方時(shí)，采用上下輕錘擊的方法破碎上部巖石提升鉆頭，或者用小錘解救大錘的方法，將小錘頭放進(jìn)鉆孔內(nèi)輕錘擊碎巖石取出鉆頭，此時(shí)應(yīng)注意不要重錘沖擊將連接在大錘上的鋼絲繩沖斷。

4.2.3 卡鉆的預(yù)防措施

①必須采用合格的鉆頭進(jìn)行施工，同時(shí)在施工過程中應(yīng)注意加強(qiáng)對(duì)鉆頭的維修（包括補(bǔ)焊及更換）；②實(shí)行嚴(yán)格的三級(jí)技術(shù)交底，對(duì)于不同地質(zhì)巖層對(duì)應(yīng)采用相匹配的沖程；③根據(jù)鉆孔一樁一勘情況分析孔內(nèi)巖層分布后采用稠度相適應(yīng)的泥漿，保證護(hù)壁效果防止孔壁坍塌。

4.3 偏孔處理

4.3.1 偏孔的原因

鉆頭鉆進(jìn)時(shí)在遇到大型溶洞、斜巖、溶溝或者半邊巖時(shí)，由于鉆頭接觸面不均勻，容易發(fā)生不均勻沖擊而導(dǎo)致偏孔。樁基施工時(shí)，在鉆孔內(nèi)如果存在片巖或者孤石、探頭石的時(shí)候，容易導(dǎo)致不均勻鉆進(jìn)而出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象。

4.3.2 糾偏方法

1）先用黏土泥塊、卵石或者片石進(jìn)行回填，回填高度應(yīng)保證在偏孔位置2m 以上。

2）待拋石穩(wěn)定后，將沖擊鉆沖程調(diào)小，一般保持在0.6～0.8m，采用高頻低幅的方式繼續(xù)沖孔，直至回填物將孔底巖面充填成高低均衡的水平面后按照正常沖程進(jìn)行鉆進(jìn)，倘若首次回填物無法滿足繼續(xù)正常鉆進(jìn)，應(yīng)繼續(xù)回填并使用強(qiáng)度等級(jí)更高的填充物回填，填充物必須保證能夠被正常沖碎，否則將無法成功解決偏孔問題。

3）若偏孔較大，在拋投片石錘擊無效無法通過回填片石進(jìn)行糾正時(shí)，可用混凝土澆筑密實(shí)至偏孔位置上0.5m 處，等到混凝土強(qiáng)度到達(dá)15MPa之后再重新鉆進(jìn)，以達(dá)到解決偏斜的效果。

4.3.3 偏孔的預(yù)防措施

為避免在施工中因沖擊震動(dòng)而出現(xiàn)偏孔問題，需要注意以下三點(diǎn)：①鉆具組裝規(guī)范，保證水平，起重設(shè)備滑輪、護(hù)筒中心及鉆桿三中心要控制在一條直線上，誤差在2cm 之內(nèi)；②增設(shè)設(shè)置導(dǎo)向架，保證在鉆進(jìn)的過程中沖擊鉆上部結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)大幅度擺動(dòng)；③嚴(yán)格控制沖擊沖程，針對(duì)不同巖層要規(guī)定對(duì)應(yīng)的沖程，切不可盲目沖擊；遇到溶洞時(shí)應(yīng)該每鉆進(jìn)1m 用檢孔器進(jìn)行檢查。

4.4 漏漿處理

4.4.1 漏漿產(chǎn)生的原因

本工程場(chǎng)地內(nèi)多處存在溶洞，包括了多層溶洞、串溶洞、單個(gè)超大溶洞等復(fù)雜情況，在樁基鉆孔過程中溶洞會(huì)出現(xiàn)橫向拓展連通等現(xiàn)象，當(dāng)鉆頭處在這個(gè)位置時(shí)則會(huì)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，使得護(hù)筒內(nèi)的泥漿突然急劇下降。除此之外，巖溶性裂隙也會(huì)導(dǎo)致泥漿緩慢下降。

施工區(qū)域處于串溶洞或橫向者擴(kuò)展性大溶洞時(shí)，當(dāng)鉆頭達(dá)到該位置時(shí)容易發(fā)生大范圍漏漿現(xiàn)象，此時(shí)容易導(dǎo)致孔口護(hù)筒處泥土突然失去橫向支撐力，甚至出現(xiàn)孔口坍塌。因此在該區(qū)域施工樁基時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)提高泥漿比重，保證護(hù)壁效果。

4.4.2 補(bǔ)救措施

在樁基施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)該進(jìn)行全程旁站，尤其是針對(duì)一樁一勘報(bào)告顯示有復(fù)雜巖溶時(shí)，一定要時(shí)刻關(guān)注護(hù)筒內(nèi)漿液面的情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)護(hù)筒內(nèi)泥漿面出現(xiàn)急速下降時(shí)，應(yīng)立刻停止鉆進(jìn)并提出鉆頭，把事先準(zhǔn)備好的碎石等填充物填充到孔內(nèi)，平衡孔內(nèi)泥漿水頭壓力。出現(xiàn)漏漿時(shí)，應(yīng)第一時(shí)間向孔內(nèi)大量補(bǔ)漿，同時(shí)用黏土加固孔口護(hù)筒周邊出現(xiàn)的裂縫，然后填入大量黏土及碎小片石，通過將沖擊鉆調(diào)為小沖程后再進(jìn)行重復(fù)沖砸，以達(dá)到加固孔側(cè)壁的效果。

4.4.3 預(yù)防措施

在巖溶區(qū)域進(jìn)行樁基礎(chǔ)工程施工時(shí)，為保證樁基沖孔質(zhì)量，降低施工成本，可以制備稠度大的泥漿進(jìn)行沖孔施工。同時(shí)通過在回填土中摻入適量的碎石并反復(fù)沖擊振搗，可達(dá)到密實(shí)增強(qiáng)護(hù)壁的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

在復(fù)雜巖溶地區(qū)的樁基工程施工時(shí)，為保證樁基工程質(zhì)量，應(yīng)從設(shè)計(jì)及施工兩方面入手，以設(shè)計(jì)手段提高樁基的承載力及完整性，以施工手段實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，提高樁基質(zhì)量。本工程不良地質(zhì)作用主要為巖溶，在采取本文提出的樁基施工技術(shù)處理措施后，樁基施工取得了較好的工程效果，樁基承載力及地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性能夠滿足工程要求，可以保障后續(xù)工程建設(shè)。