復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基施工問(wèn)題分析及基礎(chǔ)選型

廣西建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 南寧 530012

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

某工程位于南寧市平樂(lè)大道東側(cè)，由2棟L形塔樓和裙樓組成，建筑面積128 735 m2，結(jié)構(gòu)類型均為地下室3層、地上23層的核心筒-框架結(jié)構(gòu)，總高度99.95 m。原基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)為單樁單柱，設(shè)計(jì)共布設(shè)工程樁313根，采用旋挖樁機(jī)灌注成型。

1.2 地質(zhì)條件

整個(gè)場(chǎng)地土層分布大致為7層，依次為第四系素填土、殘積硬塑含碎石黏土、碎石、硬塑黏土、可塑黏土和泥盆系上統(tǒng)較破碎石灰?guī)r及較完整石灰?guī)r。場(chǎng)地覆蓋層主要為第四系人工填土、第四系殘積黏性土及碎石土，最大厚度51.90 m，下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)扁豆?fàn)钍規(guī)r，巖層產(chǎn)狀較平緩。巖體上段巖溶較發(fā)育，巖體較破碎，下部巖體較完整，基巖面起伏變化大，場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜[1]。

1.3 水文地質(zhì)

本工程地下水主要為第四系覆蓋層中的上層滯水及深部扁豆?fàn)罨規(guī)r中的巖溶裂隙水。其中上層滯水主要賦存于素填土①層及殘積含碎石黏土層上部，水量較小。巖溶裂隙水主要賦存于石灰?guī)r的溶蝕裂隙及洞穴中，溶蝕裂隙水位、水量主要受巖溶貫通程度的影響而變化較大。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工遇到的問(wèn)題

在施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)已施工的工程樁出現(xiàn)大量的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：

1）根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行樁基靜載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)靜載試驗(yàn)的12#、13#樁試驗(yàn)荷載均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具體表現(xiàn)在加載到第7級(jí)時(shí)，樁頭已沒(méi)入土層，樁端下存在未探明的溶洞。而樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)、完整性均達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

2）對(duì)于裙樓及純地下室部分已施工的146根樁，抽取15根樁的鉆芯結(jié)果表明，15根樁均未進(jìn)入較完整巖層，且有的樁底尚有較厚黏土層。

3）在施工過(guò)程中，因本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，超前鉆試驗(yàn)未能準(zhǔn)確反映地底巖層情況。樁施工時(shí)，樁端實(shí)際到達(dá)完整巖的標(biāo)高與地勘資料相差甚大，導(dǎo)致部分樁底持力層厚度無(wú)法滿足“不小于3d或5 m”的設(shè)計(jì)要求。

4）編號(hào)為134、136、138工程樁孔按原設(shè)計(jì)方案采用旋挖機(jī)成孔至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后，因與超前鉆報(bào)告提供的完整巖面標(biāo)高不相符而暫停施工，以上3根樁未進(jìn)行鋼筋籠安放，與混凝土澆筑時(shí)間間隔近1個(gè)月。

3 原因分析

1）地質(zhì)復(fù)雜，超前鉆試驗(yàn)未能準(zhǔn)確反映地底巖層情況。因前期未按相關(guān)要求進(jìn)行加密鉆探孔，導(dǎo)致未能真實(shí)、全面地探明場(chǎng)地的地質(zhì)情況，后結(jié)合詳勘和一樁多孔的超前鉆勘察報(bào)告成果揭示，項(xiàng)目場(chǎng)地巖溶地質(zhì)發(fā)育，基巖起伏大，石芽、溶溝、溶洞、鷹嘴發(fā)育較多，地下水多為巖溶裂隙水，穩(wěn)定水位位于基坑底20～28 m。

2）現(xiàn)場(chǎng)地勘結(jié)果顯示，對(duì)于樁底取芯得出的部分呈褐紅色性狀的巖石，豎向裂隙發(fā)育，不能判斷與灰色完整巖石的強(qiáng)度是否一致，是否能作為持力層。

3）實(shí)際施工時(shí)，旋挖機(jī)施工只按照設(shè)計(jì)深度進(jìn)行施工，現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)沒(méi)有取芯查看是否已進(jìn)入完整巖。

4）由于地質(zhì)復(fù)雜，主樓樁樁徑較大，樁長(zhǎng)較深（有的大于50 m），旋挖機(jī)成孔至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后與地勘資料不符時(shí)，如繼續(xù)成孔施工會(huì)遇到無(wú)法成樁澆筑情況，且存在安全隱患。

4 基礎(chǔ)選型分析及效果

4.1 方案對(duì)比

工程基礎(chǔ)持力層強(qiáng)度不均勻，性質(zhì)變化較大，則難以滿足建筑物對(duì)地基承載力的要求。鑒于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況的復(fù)雜性，基礎(chǔ)工程的繼續(xù)推進(jìn)有3種備選方案：一柱一樁的原樁基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)、復(fù)合地基+筏板基礎(chǔ)。3種基礎(chǔ)方案分析對(duì)比如表1所示。

表1 3種基礎(chǔ)方案對(duì)比分析

針對(duì)上述3種方案，從工期、質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行比對(duì)之后，認(rèn)為如果采用一柱一樁的原樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案，繼續(xù)探明樁底情況非常困難，導(dǎo)致工期和投資損失必然加大。而采用復(fù)合地基形式或樁筏基礎(chǔ)形式，則更符合本工程建造實(shí)際，更能滿足工程安全、質(zhì)量、快速和較低成本的要求[2]。

4.2 方案確定

1）如果采用樁筏基礎(chǔ)，則施工樁基時(shí)，部分孔深要達(dá)到50 m以上，面臨前述樁基施工存在的問(wèn)題。同時(shí)，以目前國(guó)內(nèi)的施工技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，將會(huì)導(dǎo)致很多技術(shù)難題，如溶洞的處理、頂板厚跨比值和完整程度的確定、泥漿濃度過(guò)大可能引起的孔底沉渣過(guò)厚和鋼筋保護(hù)層不足、泥漿污染等。

2）考慮到1#樓、2#樓筏板底部地基巖土主要為硬塑黏土、碎石土、硬塑-可塑黏土及破碎、較破碎石灰?guī)r。硬塑黏土、碎石土、硬塑-可塑黏土承載力較低，破碎、較破碎石灰?guī)r具有一定的承載力，場(chǎng)地地基巖土分布不均勻，性狀變化較大，采用天然地基筏板基礎(chǔ)時(shí)，地基巖土的強(qiáng)度及變形難以滿足要求。故確定采用復(fù)合地基處理方式以提高地基承載力。

3）復(fù)合地基筏板基礎(chǔ)具有整體穩(wěn)定性強(qiáng)、協(xié)調(diào)變形等優(yōu)點(diǎn)。1#樓、2#樓的基礎(chǔ)形式可選用復(fù)合地基+筏板基礎(chǔ)，處理后的復(fù)合地基應(yīng)進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。復(fù)合地基需經(jīng)檢測(cè)合格，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的相關(guān)要求。

4）如采用復(fù)合地基形式處理，以采用較大直徑CFG樁處理工藝為例，選取合適的置換率，采取相應(yīng)的技術(shù)手段，可以做到確保上部結(jié)構(gòu)的承載力要求，并能保證建筑的不均勻沉降要求。經(jīng)初步測(cè)算，置換樁直徑可取800～l 000 mm，混凝土強(qiáng)度一般為C20，強(qiáng)度等級(jí)較低且無(wú)需配筋，主樓的原較厚承臺(tái)也能適當(dāng)減少厚度。

綜上所述，最終確定2棟塔樓采用 “CFG樁+褥墊層”的方式進(jìn)行地基處理，基礎(chǔ)類型均為筏板基礎(chǔ)，樁頂鋼筋與筏板采取柔性連接。最終本工程共設(shè)計(jì)1 151根CFG樁，樁徑600 mm，樁長(zhǎng)為11.9～28.5 m。由于其中的殘積硬塑含碎石黏土(Q3el)層含有分布不規(guī)則的硬度較高的石灰?guī)r，造成在地基處理的CFG樁基施工中，普通樁機(jī)(包括旋挖鉆機(jī)、長(zhǎng)螺旋樁機(jī)等)難以有效穿透，需要潛孔錘鑿巖引孔600根[3,4]。

4.3 基礎(chǔ)施工效果

確定“CFG樁+褥墊層”的地基處理方式后，采用風(fēng)動(dòng)潛孔錘鑿巖引孔施工。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采用2臺(tái)25型長(zhǎng)螺旋設(shè)備進(jìn)行施工，實(shí)際施工僅用30 d完成了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。采用該施工方法，既滿足設(shè)計(jì)和施工要求，又縮短了工期。CFG樁施工后，經(jīng)檢測(cè)施工質(zhì)量良好，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

在巖溶發(fā)育地區(qū)，由于巖體較破碎、基巖面起伏變化大、場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，超前鉆勘探點(diǎn)不可能摸清整個(gè)場(chǎng)地的具體情況，樁基施工時(shí)，樁底高程很難確定，施工質(zhì)量難以控制。合理的基礎(chǔ)選型是工期和質(zhì)量的保證。