高層建筑深基坑地下水對(duì)鉆孔灌注樁施工的影響及防范措施

摘 要：在城市高層建筑深基坑工程中，鉆孔灌注樁技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。但當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，就會(huì)對(duì)鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生不利的影響甚至造成不良后果。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)深基坑地下水對(duì)鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生的孔壁坍塌和樁身缺陷問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的防范及解決措施，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：深基坑；鉆孔灌注樁；孔壁坍塌；樁身缺陷；原因；防范措施

鉆孔灌注樁作為一種適應(yīng)性強(qiáng)、成本較低，便于施工的基礎(chǔ)形式被廣泛應(yīng)用于高層建筑深基坑工程中。但由于影響鉆孔灌注樁質(zhì)量的影響較多，因此，鉆孔灌注樁也容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。尤其是當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，就會(huì)對(duì)鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生不利的影響甚至造成不良后果。一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題將會(huì)關(guān)系到整個(gè)施工工程的質(zhì)量及進(jìn)度，因此，有關(guān)工作部門必須對(duì)此重視，加強(qiáng)地下水對(duì)鉆孔灌注樁施工影響的控制，避免工程出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。一旦出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，也要及時(shí)的采取處理方法進(jìn)行補(bǔ)救。

1工程簡(jiǎn)介

某高層建筑建設(shè)2棟塔樓，具體布局為：地上19層、15層、6層分別為主樓、附樓、裙樓，此外，還設(shè)3層地下室，以大直徑鉆孔灌注樁為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，把裙樓樁直徑設(shè)φ0.8m，把塔樓樁直徑控制為1.2～2.0m，此外，還需在樁端嵌入花崗巖（規(guī)格為中風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化）。對(duì)樁基進(jìn)行施工前，應(yīng)先對(duì)基坑進(jìn)行開挖，并使之深度為15m，此外，還應(yīng)在基坑內(nèi)對(duì)全面鉆孔灌注樁進(jìn)行施工。基坑上部及下步，應(yīng)分別使用放坡及樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于放坡段的支護(hù)立面及坡面，使用掛網(wǎng)噴射混凝土，對(duì)于支護(hù)樁的樁與樁之間，則使用單管高壓旋噴止水進(jìn)行施工。

2工程地質(zhì)與水文環(huán)境

對(duì)樁基進(jìn)行施工前，已先把基坑開挖至15m，且已把其上部的粉質(zhì)黏土、人工填土以及淤泥進(jìn)行完全挖除，風(fēng)化花崗巖粉質(zhì)礫質(zhì)黏土為開挖面及其以下地層的主要地質(zhì)環(huán)境。對(duì)本區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)分析可知，此工程位于西北向斷裂及次生東西向斷裂的交接位置，兩條斷裂帶會(huì)在很大程度上對(duì)其施工產(chǎn)生影響，此工程處于基巖裂隙的發(fā)育位置，風(fēng)化程度比較嚴(yán)重，風(fēng)化槽的深度高達(dá)60～130m。場(chǎng)地附近所在地段中才基巖都的埋藏深度較淺，因此，在這樣的條件，所形成的風(fēng)化深槽和谷地有較大的相似性，且此地已逐漸成為地下水的匯集區(qū)域，西北向呈張性斷裂，有良好的導(dǎo)水性，且含水量豐富，能在很大程度上為本工程提供豐富的地下水源。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查可知，原地面以下的1.6～2.6m都是本工程穩(wěn)定的地下水位埋深。

3灌注樁前期施工中出現(xiàn)的問(wèn)題及原因

3.1孔壁坍塌及原因

對(duì)工程進(jìn)行施工之前，使用旋挖鉆機(jī)在主樓和附樓挖一個(gè)試成孔，直徑分別為1.6m和2m，在孔口埋設(shè)一個(gè)長(zhǎng)度為4m的長(zhǎng)鋼護(hù)筒，把泥漿的黏度及相對(duì)密度分別設(shè)為16～20s、1.1～1.2，孔壁在鉆頭進(jìn)入到風(fēng)化花崗巖之后，均出現(xiàn)了坍塌現(xiàn)象。對(duì)工程樁進(jìn)行施工的前期，主要使用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及旋挖鉆機(jī)進(jìn)成孔，鉆孔直徑分別為1.1m、1.8 m、以及2.0m，在施工的第一周，12個(gè)鉆孔中有8個(gè)發(fā)生了坍塌，其中3個(gè)鉆孔在終孔安放鋼筋籠時(shí)出現(xiàn)坍塌，5個(gè)在鉆進(jìn)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖時(shí)發(fā)生坍塌。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，多數(shù)孔壁都是在孔深10m之內(nèi)的淺部發(fā)生坍塌。以下為孔壁發(fā)生坍塌的主要因素：

（1）基地土的結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度出現(xiàn)一定降低。對(duì)土方進(jìn)行開挖的過(guò)程中，土體是自重應(yīng)力銀基坑中土體原有的應(yīng)力情況發(fā)生改變而有所釋放，從而導(dǎo)致基坑的坑底發(fā)生向上的回彈狀態(tài)，從而引發(fā)土體出現(xiàn)松弛。

（2）地層的穩(wěn)定性在遇水后受到威脅。鉆孔灌注樁施工中所處的地層多為粗粒花崗巖風(fēng)化殘積土、強(qiáng)風(fēng)化以及全風(fēng)化的花崗巖。蝕變及風(fēng)化的作用下，風(fēng)化物的直徑就會(huì)逐漸變得粗大，結(jié)構(gòu)會(huì)比較松散，此外，孔隙還會(huì)出現(xiàn)一定發(fā)育，而黏土礦物的土質(zhì)為高嶺土，巖層在多種因素的共同作用下，一旦遇到水分就會(huì)很容易出現(xiàn)崩解現(xiàn)象，且還會(huì)發(fā)生松散性的破碎，從而會(huì)使孔壁在鉆孔施工的過(guò)程中發(fā)生掉塊乃至坍塌現(xiàn)象。

（3）雨季的影響。當(dāng)降雨時(shí)間及降雨量達(dá)到一定程度后，就會(huì)給基坑內(nèi)部抽水及排水帶來(lái)一定難度，且坑底的土體在積水的影響下會(huì)出現(xiàn)軟化作用，當(dāng)其強(qiáng)度下降到一定程度后，其就會(huì)很容易發(fā)生坍塌。

（4）支護(hù)體系的施工對(duì)土體產(chǎn)生影響。樁錨結(jié)構(gòu)是基坑支護(hù)所使用的主要結(jié)構(gòu)，周邊工程樁距離基坑支護(hù)樁之間的最小距離為20cm，樁周土體會(huì)施工的過(guò)程中受到影響，從而會(huì)很容易導(dǎo)致距離支護(hù)樁側(cè)土體發(fā)生坍塌。

（5）設(shè)備的影響。本工程中所使用的履帶式起重機(jī)、旋挖鉆機(jī)以及回轉(zhuǎn)鉆機(jī)等設(shè)備的重量都在1000kN以上，它們?cè)谶\(yùn)行及行走的過(guò)程中，會(huì)給土體帶來(lái)明顯的附加應(yīng)力，這樣振動(dòng)及擠壓的影響下，相鄰樁孔就會(huì)極容易發(fā)生坍塌。

（6）孔內(nèi)承壓水的壓力比泥漿柱的壓力大。對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行施工時(shí)，為了使孔壁的穩(wěn)定性得到一定保證，應(yīng)使孔內(nèi)的泥漿液面比地下水位高1.5～2.5m，本工程的承壓水水頭比基坑底面高14m，這樣會(huì)對(duì)樁孔施工時(shí)，達(dá)到承壓水層后，若泥漿密度比較小，那么承壓水壓力就會(huì)高于孔內(nèi)泥漿柱的壓力，從而會(huì)導(dǎo)致承壓水向孔內(nèi)發(fā)生突涌或滲透現(xiàn)象，從而會(huì)在鉆孔的過(guò)程中發(fā)生坍塌現(xiàn)象。

3.2樁身缺陷及原因

使用旋挖鉆機(jī)對(duì)直徑為0.8m樁孔進(jìn)行鉆孔具有一定的優(yōu)越性，但是樁身會(huì)在灌注混凝土后出現(xiàn)多處滲水現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)某些樁身的存在一定缺陷，且完整性僅為Ⅱ類。以下為樁身出現(xiàn)缺陷的重要因素：

（1）孔壁的穩(wěn)定性在灌注的過(guò)程中受到影響，從而發(fā)生坍塌，進(jìn)而導(dǎo)致樁身出現(xiàn)斷樁或夾泥現(xiàn)象。

（2）當(dāng)灌注混凝土中有地下水滲入時(shí)，承壓水層就會(huì)比混凝土的表面高，當(dāng)混凝土沒(méi)有完全凝固之前，承壓水就會(huì)在樁身或樁身附近逐漸形成滲流通道，這樣當(dāng)承壓水上升到一定程度后，其就會(huì)不斷沖把滲流通道附近混凝土中的水泥砂漿，從而會(huì)使混凝土在樁心及樁身周圍發(fā)生比較明顯的蜂窩及離析現(xiàn)象，此外，還可能會(huì)出現(xiàn)向外返水等不良現(xiàn)象。受到基坑內(nèi)外水頭差的影響，地下水可能會(huì)向附近支護(hù)結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁發(fā)生突涌或滲流，從而對(duì)樁身混凝土產(chǎn)生一定的沖刷作用，進(jìn)而使樁身混凝土出現(xiàn)缺陷。

4防范措施

4.1改進(jìn)泥漿性能參數(shù)

鉆孔施工的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合地層的具體情況，使用原地層以自然方法造漿，此外，還應(yīng)適當(dāng)增加純堿及膨潤(rùn)土等對(duì)泥漿的性能參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，為了能在最大程度上避免鉆孔發(fā)生坍塌，對(duì)泥漿進(jìn)行配置及使用的過(guò)程中，應(yīng)注意使孔壁保持穩(wěn)定。

4.2在孔口埋設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒支護(hù)孔壁

對(duì)前期鉆孔具體情況進(jìn)行詳細(xì)分析后可知，大多數(shù)鉆孔都是深度8m以內(nèi)發(fā)生坍塌，因此，為了避免鉆孔發(fā)生坍塌現(xiàn)象，應(yīng)在淺部孔壁加長(zhǎng)孔口護(hù)筒，以增加其穩(wěn)定性。此外，孔口護(hù)筒還可在一定程度上對(duì)地表水的滲漏現(xiàn)象進(jìn)行隔離，并有效避免地表發(fā)生坍塌，另一方面，其還具有以下作用：控制樁位、保持孔內(nèi)水頭高度、導(dǎo)正鉆具、保護(hù)孔口等。

對(duì)于不同的樁徑，應(yīng)選用厚度不同的鋼板制作護(hù)筒，此外，為了對(duì)護(hù)筒進(jìn)行有效保護(hù)并避免其受到埋設(shè)，還應(yīng)使用包箍加厚方法對(duì)護(hù)筒的上、下端外側(cè)進(jìn)行處理。護(hù)筒內(nèi)徑比相應(yīng)樁徑大18～32cm，長(zhǎng)度設(shè)為9～12m，對(duì)于前期坍塌后做回填處理的鉆孔，應(yīng)把之護(hù)筒長(zhǎng)度增加至12m。護(hù)筒頂端，應(yīng)留一個(gè)溢漿口（面積為350mm×350mm），以使泥漿的循環(huán)更加方便，在護(hù)筒的頂部焊接2個(gè)吊環(huán)，以便于護(hù)筒的起吊。

鋼護(hù)筒的質(zhì)量及長(zhǎng)度都比較大，因此，可使用振動(dòng)法對(duì)護(hù)筒進(jìn)行埋設(shè)，為了使鋼護(hù)筒埋設(shè)時(shí)的垂直度和平面偏差都能達(dá)到相關(guān)要求，埋設(shè)前應(yīng)先使用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)和護(hù)筒直徑相同的鉆孔中，鉆孔深度應(yīng)為護(hù)筒長(zhǎng)度的1/3，接著把鋼護(hù)筒放到孔壁內(nèi)部，對(duì)其垂直度及平面位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后背，再利用振動(dòng)錘以振動(dòng)方式對(duì)其進(jìn)行沉放。對(duì)混凝土進(jìn)行灌注完畢后，應(yīng)及時(shí)使用振動(dòng)錘及履帶式起重機(jī)以振動(dòng)方式拔出護(hù)筒。

4.3基坑內(nèi)降水

本工程無(wú)法在基坑外降水，于是通過(guò)在基坑內(nèi)降水來(lái)降低地層中的承壓水位，并使其水位下降至基坑地下室底板以下2～5m；本基坑的開挖面積約為10458m2，在基坑內(nèi)側(cè)設(shè)置20個(gè)降水井，在基坑內(nèi)沿后澆帶設(shè)置8個(gè)降水井，使用是鉆孔直徑為320mm，進(jìn)入強(qiáng)化風(fēng)化巖10～20m，往下鉆入130mm過(guò)濾管成井。以單井單泵自控方式方式給降水井抽水，當(dāng)井水進(jìn)入到基坑內(nèi)的排水溝后，二次抽水就會(huì)逐漸排到場(chǎng)外的市政管道中。

為了對(duì)基坑的降水情況作更進(jìn)一步的了解，于是先分別在基坑主、附樓中設(shè)置2個(gè)觀測(cè)井，然后對(duì)井的深度觀測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)井分別為5m的全風(fēng)化巖花崗巖和10m的強(qiáng)風(fēng)化巖花崗巖。

4.4選用合適的方法鉆孔

本工程中，最大鉆孔深度及最大樁徑分別為27.5m、2.0m，主樓及某些副樓樁都要求把中風(fēng)化花崗巖嵌入樁端，中風(fēng)化的巖面有比較明顯的起伏，會(huì)給施工時(shí)帶來(lái)較大難度，因此，結(jié)合本工程的具體情況并綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)等多種因素，本工程后期選用了旋挖鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)、反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)等多種鉆孔工藝相結(jié)合的方法進(jìn)行施工，以下為具體的施工方法：

（1）沖擊成孔。主、附樓的周邊樁和基坑支護(hù)樁之間的距離比較近，其孔壁比較容易發(fā)生坍塌，而沖擊鉆機(jī)的占地面積較小，鉆進(jìn)時(shí)會(huì)對(duì)孔壁有一定的擠密及穩(wěn)固作用，因此，可使用單繩沖擊鉆的方式使其成孔。

（2）旋挖成孔。對(duì)于某些直徑為1.2m的附樓摩擦樁和直徑為0.8m的裙樓樁，應(yīng)使用強(qiáng)風(fēng)化花崗巖對(duì)樁端的持力層進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的地層具有良好的可鉆性，因此，可使用SD-28型旋挖鉆機(jī)直接鉆進(jìn)成孔。

（3）聯(lián)合使用旋挖和沖擊鉆進(jìn)方式成孔。對(duì)樁身直徑為1.2m的主、附樓而言，成孔時(shí)，把持力層設(shè)計(jì)為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中有中風(fēng)化夾層或強(qiáng)風(fēng)化底部的摩擦端承樁時(shí)，應(yīng)先使用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)到塊狀及砂礫狀的強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中，然后再使用沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)到花崗巖底部，直至其符合設(shè)計(jì)要求。

4.5對(duì)灌注過(guò)程進(jìn)行控制

（1）對(duì)混凝土的攪拌質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的每車混凝土都應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其和易性和坍落度進(jìn)行有效檢查，檢查合格后，才能投入使用。

（2）結(jié)合不同的孔徑，為其配備不同的灌注導(dǎo)管，以使混凝土的埋管深度能在初灌后達(dá)到1.0m或1.0m以上。表1為不同樁徑的所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)管直徑和混凝土初灌量。

（3）對(duì)混凝土進(jìn)行灌注的過(guò)程中，應(yīng)使其灌注量為20～40m3，如果罐車不能行使到孔口，應(yīng)使用混凝土泵車對(duì)混凝土進(jìn)行灌注，以使混凝土的灌注能在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中保持良好的連續(xù)性，此外，還應(yīng)使混凝土的灌注標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高1.0m或1.0m以上。

5結(jié)語(yǔ)

高層建筑深基坑中的地下水會(huì)在很大程度上影響到鉆孔灌注樁的施工，本文結(jié)合工程實(shí)際分析了灌注樁前期施工中出現(xiàn)的問(wèn)題及原因，并提出了相關(guān)的防范措施，以此為相關(guān)工程的施工提供參考。

參考文獻(xiàn)

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