復雜地質條件下超高層建筑樁基施工

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1 工程概況

西安歐亞論壇三期酒店項目是歐亞經濟論壇配套項目，未來將成為歐亞經濟論壇的永久會址。三期酒店工程包括主樓及周邊裙樓2部分，如圖1所示，其中：主樓建筑高度127 m，構筑物高度147 m，地下1層，地上32層，為超高層建筑；周邊為3層裙樓結構，地下1層。基礎設計為樁基礎，樁徑800 mm，樁長29～53 mm不等，共320根，采用反循環鉆孔灌注樁。

圖1 歐亞經濟論壇三期酒店項目效果圖

本項目位于西安市浐灞生態園區浐河與灞河交匯處，原為采砂場，河道內存在大量的卵石塊。建筑場地為后期填筑而成，地質條件復雜。地層自上而下依次為雜填土（主要為建筑垃圾、礫石、生活垃圾）、淤泥，細砂、中粗砂、粉質黏土等。由于本工程位于河道內，地下水位標高較高，為滿足施工要求，主樓基坑周邊設置了2排高壓旋噴樁，樁徑600 mm，并布置了8口降水井。樁基施工時，主樓與裙樓處地下水均在樁頂標高下4 m左右處，且水位受河道水位影響較大。

地層中主要影響樁基施工的土層為：

1）①層雜填土，主要由建筑垃圾、磚瓦塊混黏性土組成，混有大量大塊徑混凝土，最大直徑達1.20 m。松散-稍密狀態，層厚3.7～7.10 m。

2）②層淤泥，流塑（半流動狀態）。土質極軟，含有少量粉砂顆粒，有明顯腐臭味，層厚0.4～8.7 m；局部有大體積卵石，最大直徑為1 m。

3）③層細砂、中粗砂，該層以中粗砂層為主，稍密-中密狀態。顆粒基本純凈，礦物成分以石英、長石為主，含有少量圓礫、卵石顆粒，層厚2.5～7.6 m。

根據地勘報告可以看出，本項目影響樁基施工的主要地層為以上3層，且地層分布不均勻，給施工帶來了不良影響。

2 常用樁基施工方案適用性分析

常用的灌注樁施工方法包括泥漿護壁鉆孔灌注樁、長螺旋鉆孔灌注樁、沖孔灌注樁以及人工挖孔樁等。

1）泥漿護壁鉆孔灌注樁及長螺旋鉆孔灌注樁適用于黏土、粉土、沙土、素填土以及風化巖層。主要優點在于成孔質量好、施工速度快、成本低。然而針對本項目地層中的雜填土層，由于該土層中含有大量粒徑較大的建筑垃圾，且較為松散，如采用上述2種工藝施工容易導致管道堵塞、泥漿流失嚴重等現象。而若按照傳統做法在孔壁上部安置護筒，則護筒長度需達到8 m，個別樁位甚至要達到10 m以上，使得護筒無法回收，大量增加施工成本[1-3]。

2）沖孔灌注樁主要適用于穿透舊基礎、建筑垃圾填土或者孤石等地層。對于本項目雜填土層有著較好的適用性，但是根據本項目的地質條件，由于雜填土松散，在沖孔過程中，容易造成上部石塊坍落甚至孔壁大范圍坍塌現象，施工難度大，質量無法保證。另一方面，沖擊成孔施工速度較前2種工藝慢，影響工期。

3）人工挖孔樁適用于各種地層，但其在地下水位較高以及厚度較大的淤泥層中適用性差，且容易產生施工事故。本項目原為灞河河床，建筑場地為后期填筑而成，地下水位較高，淤泥層較厚。如采用人工挖孔樁進行施工，需先在場地周邊施工止水帷幕進行降水后方可滿足施工條件。此方法必將增加施工成本，且工期較長。

從以上分析可以看出，如采用單一工藝進行施工，將對成本及工期造成不利影響，甚至無法施工。因此針對本項目地質條件的特殊性，采用多種工藝配合施工，以達到滿足工期、質量、成本等多方面要求[4,5]。

3 復雜地質條件下樁基施工方案優化

由于本項目地質條件的特殊性，使得采用單一施工方法進行施工，將對工期、質量以及成本有不良影響。通過對地質情況的現場實際勘察以及多次的現場實驗論證，最終確定了以人工挖孔、沖擊鉆及反循環多種施工機械配合施工的方案。具體施工方案如下[6,7]：

1）定位放線，確定每個樁位。采用人工排查的方式，將每個樁位的表層土質進行排查，以確定施工方案所適用的范圍，以便安排施工。經過人工勘察確定本項目主樓區域土質較好，可以采用反循環直接成孔，裙樓區域土質采用原設計工藝存在較大困難，因此采用多工藝配合施工。

2）人工開孔。建筑場地存在較為松散的雜填土層，如采用機械施工易造成孔口偏位、坍孔等現象，因此采用人工進行挖孔。人工每下挖1.0 m左右土層，即進行樁孔周壁的清理及直徑和垂直度校核，并澆筑混凝土護壁以保證施工人員安全及孔壁穩定（圖2）。同時為保證后期機械施工及鋼護筒安裝需求，將內徑定為900 mm。

3）當人工挖孔至地下水位后且已挖穿雜填土時，直接使用反循環工藝成孔，若人工挖孔至6.0 m深仍不能穿透雜填土，則用沖擊鉆機成孔再鉆進14 m左右；確保下面大的石塊及障礙等沖碎后，再用旋挖鉆機進行撈渣、鉆進。確認可通過時，再用反循環成孔。采用反循環鉆進時，特別是在砂層及淤泥層鉆進時，應適當提高泥漿濃度，以提高孔內靜水壓力，保持孔壁穩定，降低鉆進速度。如仍無法保持孔壁穩定則在人工挖孔底部安裝鋼護筒。

4）當達到孔底標高時，采用不進尺回轉撈渣的方法清孔，清孔后孔底沉渣厚度≤100 mm，保證孔底沉渣清理干凈方可下鋼筋籠進行混凝土澆筑。

圖2 人工挖孔示意

經過此方案優化，可以將工程場地完全利用，不會造成機械窩工等現象。歐亞經濟論壇三期酒店項目的裙樓及主樓部分樁基均歷時45 d全部完成，比方案優化前的60 d節省15 d。同時由于采用了該施工方法，減少了大量的土方換填工作，節約了工程成本，同時也保證了施工質量。經后期樁基檢測，采用多工藝配合施工的樁基，在樁身完整性以及承載力要求方面均能達到設計要求和國家規范的要求[8]。

4 結語

通過以上分析可以看出，通過合理安排，在復雜地質條件下對超高層建筑樁基采用多種成樁工藝配合施工的方法是可行的。同時，該方法在某些復雜地質條件下，可以節省工程成本，保證工期。