巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū)的質(zhì)子醫(yī)院“零沉降”樁基施工技術(shù)

徐金鑫，程錦濤，鄭松，趙博，雷堅(jiān)，郭善濱

（1.深圳市建筑工務(wù)署工程管理中心，廣東 深圳 518000；2.中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

深圳市質(zhì)子腫瘤治療中心項(xiàng)目總建筑面積為35 062 m2，共有13層，分為地上10層，地下3層，總建筑高度為47 m，其作用為獨(dú)立的放療醫(yī)院，專(zhuān)門(mén)針對(duì)腫瘤治療配置了世界上先進(jìn)的質(zhì)子治療系統(tǒng)，設(shè)備最核心的回旋加速器和束流能量選擇系統(tǒng)位于地下室2層，因?yàn)槠湓O(shè)備的特殊性質(zhì)，要求束流傳輸區(qū)域底板在使用期間的第一個(gè)兩年內(nèi)的變形差≤3 mm，整個(gè)質(zhì)子區(qū)域要求的兩端沉降差為0.002 L或30 mm（L為結(jié)構(gòu)柱柱距，mm）。

1.1 項(xiàng)目地質(zhì)概況

項(xiàng)目所處位置為深圳市龍崗區(qū)，場(chǎng)區(qū)位于深圳斷裂帶中。在南側(cè)橫崗—羅湖斷裂通過(guò)，距離擬建場(chǎng)地最小距離約300 m，根據(jù)鉆探資料，揭露有石灰?guī)r鉆孔185個(gè)，其中，見(jiàn)溶洞鉆孔152個(gè)，鉆孔見(jiàn)洞隙率為82.16%，按GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.6.2條，場(chǎng)地巖溶發(fā)育程度等級(jí)為巖溶強(qiáng)發(fā)育。其中有45個(gè)鉆孔因鉆孔深度超過(guò)90 m沒(méi)有穩(wěn)定完整微風(fēng)化石灰?guī)r9.0 m以上，未找到持力層，其中17個(gè)鉆孔見(jiàn)有5 m以上完整微風(fēng)化石灰?guī)r?？辈煸斍橐?jiàn)表1。

表1 勘察詳情表

1.2 樁基設(shè)計(jì)選型

本工程采用大直徑嵌巖樁+筏板作為基礎(chǔ)選擇，工程樁1、工程樁2、工程樁3為純抗壓樁，工程樁1a為抗拔兼抗壓樁，其中，抗拔樁入巖要求≥1.5 m，抗壓樁入巖要求≥0.5 m，最短樁長(zhǎng)為7 m。

2 工程重難點(diǎn)

2.1 質(zhì)子區(qū)域建筑物沉降變形要求高

本工程引進(jìn)的尖端進(jìn)口設(shè)備在能量調(diào)試出束階段對(duì)能量通道的沉降要求極高，要達(dá)到無(wú)不均勻沉降的要求，即“零沉降”，這對(duì)樁基的成樁質(zhì)量提出了十分嚴(yán)格的要求。

2.2 巖溶強(qiáng)發(fā)育地質(zhì)的樁基施工

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及超前鉆資料，本工程地下溶洞較多，揭露溶洞高度為0.1～26.8 m，溶洞頂板厚度0.1～17.64 m。根據(jù)擬建工程特性，土洞、溶洞對(duì)地基穩(wěn)定性存在影響（如溶洞頂板坍塌、造成基巖面起伏較大，使地基不均勻下沉等），其次，給樁基礎(chǔ)選型和施工帶來(lái)一定影響（如誤判持力層及樁尖滑移、斷樁等現(xiàn)象）。樁基施工應(yīng)穿過(guò)土洞、溶洞層，選擇其下伏穩(wěn)定巖層為基礎(chǔ)持力層，避免空洞、溶洞層對(duì)擬建工程造成的不良影響進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.3 持力層不連續(xù)的樁基施工處理

本工程地下除去溶洞影響外，有部分樁在下部持力層存在不連續(xù)的情況，根據(jù)鉆探結(jié)果，其中有45個(gè)鉆孔因鉆孔深度超過(guò)90 m沒(méi)有穩(wěn)定完整微風(fēng)化石灰?guī)r9.0 m以上，未找到持力層，其中17個(gè)鉆孔見(jiàn)有5 m以上完整微風(fēng)化石灰?guī)r。這說(shuō)明即使在樁基施工階段穿過(guò)溶洞成樁入巖，部分樁無(wú)法保證在進(jìn)入持力層后下部有完整的5 m微風(fēng)化石灰?guī)r，下部持力層無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，若不處理下部持力層，極有可能給設(shè)備調(diào)試帶來(lái)影響，從而導(dǎo)致整個(gè)醫(yī)院無(wú)法正常啟用，故對(duì)下部持力層的處理是工程測(cè)重難點(diǎn)之一。

3 施工工藝流程

3.1 巖溶地區(qū)成樁原則

分析溶洞區(qū)域施工給樁基施工質(zhì)量帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)有3點(diǎn)，一是在工程樁施工過(guò)程中可能造成塌孔等情況；二是樁端下部若存在溶洞，則對(duì)成樁后，后續(xù)結(jié)構(gòu)荷載增加后可能引發(fā)沉降；三是在復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基施工完成后，樁底的沉渣難以控制，常規(guī)的正反循環(huán)清孔可能會(huì)導(dǎo)致下部樁孔側(cè)壁土質(zhì)擾動(dòng)，引發(fā)質(zhì)量塌孔等質(zhì)量事故。

故在巖溶地區(qū)成樁，本項(xiàng)目制定的成樁原則為“先成樁，后處理”，即在地質(zhì)情況復(fù)雜的溶洞區(qū)域溶洞處理的整體流程為：首先，正常旋挖鉆進(jìn)，在樁身遇到溶洞時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行回填泥漿及C20低標(biāo)號(hào)混凝土，起到樁孔護(hù)壁的作用，再繼續(xù)鉆進(jìn)；經(jīng)地勘判巖后終孔，進(jìn)行澆筑，此時(shí)樁身的溶洞將隨樁體澆筑一起填充，澆筑完成后，利用界面管將下部持力層不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行填充注漿，起到填充樁下部溶洞，加強(qiáng)下部持力層的作用，此外，清孔時(shí)，采用泥漿懸浮法+撈砂斗進(jìn)行清孔，加快清孔的效率，提高清孔的質(zhì)量，避免長(zhǎng)時(shí)間清孔誘發(fā)特殊情況發(fā)生。

3.2 樁基施工中遇到溶洞的處理

溶洞體積較大時(shí)，施工表現(xiàn)是漏漿大且快，處理不當(dāng)可能引起埋鉆、塌孔甚至地面塌崩。此類(lèi)土（溶）洞施工前，應(yīng)盡可能根據(jù)超前鉆鉆孔柱狀圖充分了解土（溶）洞的發(fā)育情況、構(gòu)造、填充物等，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好充足的泥漿及較大的泥漿池、水泥包等填塞物。

3.2.1 遇到溶洞穩(wěn)定成孔

在施工時(shí)，先利用撈砂斗進(jìn)行鉆進(jìn)，將成樁過(guò)程中的粉質(zhì)黏土層取出，持續(xù)鉆進(jìn)，根據(jù)勘察資料進(jìn)行分析，在即將遇到溶洞，且施工操作人員明顯感覺(jué)此處撈砂斗取出的樁芯土中伴有部分巖石頭時(shí)，即可更換鉆頭，采用筒鉆進(jìn)行施工，筒鉆施工時(shí)，將溶洞部位采用“吊打式”進(jìn)行施工，目的在于將遇到的溶洞打穿，此時(shí)要注意觀察泥漿護(hù)壁的漿液失水情況，目測(cè)到泥漿穩(wěn)定，不影響護(hù)壁旋挖成孔，不塌孔的情況下，則樁身溶洞隨樁基混凝土澆筑。采取正常成孔方法施工，穿過(guò)土（溶）洞出現(xiàn)漏漿時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充泥漿。

3.2.2 遇到溶洞無(wú)法穩(wěn)定成孔

接近土（溶）洞時(shí)，適當(dāng)加大泥漿比重（1.2～1.3），加強(qiáng)觀察和應(yīng)急準(zhǔn)備，穿透土（溶）洞時(shí)漏漿明顯，應(yīng)迅速投入水泥包等填塞物進(jìn)行堵漏，并及時(shí)補(bǔ)漿，如在筒鉆施工時(shí)泥漿液面一直無(wú)法穩(wěn)定，則可反復(fù)投入伴有水泥的泥漿，此時(shí)施工應(yīng)當(dāng)放慢節(jié)奏，利用樁基鉆頭將黏土擠入土（溶）洞及裂隙中，可增大泥漿比重、減緩泥漿繼續(xù)滲漏，在保持護(hù)筒內(nèi)泥漿液面穩(wěn)定后，持續(xù)緩慢繼續(xù)旋挖成孔。

待漿面穩(wěn)定后，投下混合物，使其擠入土（溶）洞中，堵塞土（溶）洞通道，如出現(xiàn)漿面下降，應(yīng)再及時(shí)補(bǔ)充泥漿和回填黏土，待穩(wěn)定后繼續(xù)鉆進(jìn)，如此循環(huán)反復(fù)，直到樁孔不再漏漿為止，穿越土（溶）洞。

3.2.3 泵送混凝土

若采取上述處理方式仍無(wú)法獲得繼續(xù)穩(wěn)定成孔條件，遇到溶洞較大且極其不穩(wěn)定的情況，需停止鉆進(jìn)，以避免因鉆進(jìn)導(dǎo)致溶洞塌孔，鉆頭可能會(huì)有被埋的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)立即泵送低標(biāo)號(hào)混凝土（C20），利用混凝土及備置好的泥漿進(jìn)行補(bǔ)充，直到不再出現(xiàn)明顯漏漿情況為止，方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

3.3 樁基施工沉渣控制

本工程對(duì)結(jié)構(gòu)沉降要求較高，除去本身采用樁基礎(chǔ)+筏板的選型可較大程度保證底板剛度外，在樁底對(duì)沉渣的控制也十分重要，成渣的多少直接影響樁基的承載力，通過(guò)選優(yōu)的泥漿懸浮法+撈砂斗的清孔方式，可最大限度地減少沉渣的產(chǎn)生，控制樁底的沉渣厚度，如圖1所示。

圖1 抽芯樁底混凝土于下部持力層膠結(jié)“零沉渣”

控制沉渣厚度最好的辦法是不產(chǎn)生沉渣，本工程采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土制作泥漿，以保證樁底沉渣厚度滿(mǎn)足要求。通過(guò)控制泥漿的密度，解決施工時(shí)的靜力平衡問(wèn)題，使?jié){、土受力相對(duì)穩(wěn)定。旋挖鉆機(jī)在施工中，不停地把大顆粒土石撈出，以致成孔后孔中基本不存在大顆粒的土石；而泥漿的表面張力使細(xì)顆粒土石懸浮在泥漿中，孔底不形成沉渣。

3.4 樁底溶洞的注漿技術(shù)

有部分樁在下部持力層存在不連續(xù)的情況，在成樁后，下部持力層無(wú)法滿(mǎn)足5 m的設(shè)計(jì)要求，故在樁基施工完成后，在施工階段預(yù)埋界面管，后期通過(guò)界面管進(jìn)行鉆孔，將下部持力層不連續(xù)的區(qū)域進(jìn)行整體填充，填充高度按照6 m控制，下部“人造持力層”，并且在后期樁基檢測(cè)時(shí)，采用靜載的方式驗(yàn)證“人造持力層”是否滿(mǎn)足要求。

采用填充注漿的形式，在成樁后利用界面管鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)要求的注漿高度，而后進(jìn)行洗孔，后續(xù)注漿。注漿原則為先清孔，再注到孔口返漿即可，達(dá)到填充注滿(mǎn)的效果。

鉆孔（掃孔）：利用鉆機(jī)，通過(guò)預(yù)埋的界面管鉆孔；根據(jù)超前鉆報(bào)告，鉆至溶洞頂標(biāo)高，使注漿管能進(jìn)入溶洞范圍區(qū)進(jìn)行洗孔和注漿。

洗孔：采用空壓機(jī)及注漿泵進(jìn)行清洗。清洗時(shí)，導(dǎo)管應(yīng)下到孔底，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，清洗到孔口返清水（無(wú)明顯淤泥質(zhì)物體懸?。橹筟1]。

注漿：填充注漿。本工程采用常規(guī)填充注漿法，即在清洗孔后進(jìn)行填充即可。溶洞地區(qū)下部地質(zhì)情況復(fù)雜，且溶洞一般均發(fā)育不規(guī)則，采用高壓旋噴注漿可能導(dǎo)致溶洞內(nèi)部擾動(dòng)，填充注漿終止原則為下部溶洞全部填充完成，即孔口返漿，注漿孔設(shè)置在注漿的法蘭盤(pán)中間，返漿孔在注漿孔的一側(cè)，通過(guò)填充的方式進(jìn)行注漿，壓力控制在0.1～0.5 MPa。

補(bǔ)漿工作完成后進(jìn)行壓漿，保證漿體凝固密實(shí)。首先對(duì)每個(gè)注漿孔采用止?jié){筏封孔口，如圖2所示，由其中一個(gè)封孔器與注漿管連接并打開(kāi)開(kāi)關(guān)，其他有關(guān)聯(lián)的封孔器開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，加壓過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重漏漿現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿或再次注漿，循環(huán)往復(fù)[2]。如果穩(wěn)壓時(shí)間超過(guò)5min左右，應(yīng)停止壓漿并立即關(guān)上開(kāi)關(guān)。為了使巖洞內(nèi)水泥漿液與巖石黏結(jié)形成一個(gè)整體，封孔器保持關(guān)閉狀態(tài)30min后取出。

圖2 壓漿封口

4 結(jié)語(yǔ)

本工程基于質(zhì)子醫(yī)院“零沉降”樁基施工，探討了巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū)選擇施工工藝以及樁身溶洞、樁底溶洞的處理技術(shù)，高效完成了187條工程樁的施工，并且在后續(xù)樁基檢測(cè)中，I類(lèi)樁比例達(dá)到98%，后續(xù)沉降觀測(cè)的變形控制在1 mm之內(nèi)，達(dá)到了設(shè)備要求的不均勻“零”沉降的要求。本次研究對(duì)類(lèi)似地質(zhì)的樁基施工提供了參考依據(jù)，但同時(shí)處理溶洞需要一定的花費(fèi)，未來(lái)針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)勘察的準(zhǔn)確性若能提高，可減少相關(guān)措施費(fèi)用。如何更加經(jīng)濟(jì)地處理復(fù)雜地質(zhì)是進(jìn)一步研究的方向。