復(fù)雜巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)的施工

李翀，舒華彬，林國(guó)郁

（1中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶400039；2重慶潤(rùn)一江投資控股（集團(tuán)）有限公司，重慶401120）

復(fù)雜巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)的施工

李翀1，舒華彬2，林國(guó)郁2

（1中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶400039；2重慶潤(rùn)一江投資控股（集團(tuán)）有限公司，重慶401120）

該文以重慶南川名潤(rùn)廣場(chǎng)工程的基礎(chǔ)工程為例，針對(duì)典型的喀斯特地貌巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工和勘察等問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究。溶洞處理準(zhǔn)備了多種措施，對(duì)巖溶成孔采取了混凝土灌注法等措施，采取了合理的排水措施，保證了樁基礎(chǔ)的施工，解決了高層建筑在復(fù)雜巖溶地質(zhì)情況下的基礎(chǔ)問(wèn)題。

喀斯特地貌；巖溶地區(qū)；樁基礎(chǔ)；混凝土灌注法

名潤(rùn)廣場(chǎng)位于重慶市南川市區(qū)（圖1），屬于典型的喀斯特地貌，地基處于溶洞發(fā)育的巖溶地區(qū)，北臨半溪河濱江路，南臨南大街，東面為鐘樓街，地下水豐富，管系縱橫，總用地面積為23843.0m2，總建筑面積約26萬(wàn)多m2。擬建工程為8棟住宅及其商業(yè)裙樓和地下車庫(kù)。地上1-5F為商業(yè)，6-33F為住宅，地下二層車庫(kù)，其中-2F層地下車庫(kù)基坑邊坡最高為12.5m。主樓為框支轉(zhuǎn)換剪力墻結(jié)構(gòu)，裙樓為框架結(jié)構(gòu)，正負(fù)零層為嵌固端，主樓及裙樓下面為整個(gè)-2F層地下車庫(kù)，地下室長(zhǎng)約180m，寬約150m。巖溶發(fā)育，地下水豐富，基礎(chǔ)施工難度較大。

圖1　名潤(rùn)廣場(chǎng)總平面圖

1　地質(zhì)情況與勘察設(shè)計(jì)

項(xiàng)目場(chǎng)地地形較平坦，地形南高北低，高程為527.07～531.80m，高差為4.73m，地形坡角約5°～15°，地形地貌較簡(jiǎn)單，區(qū)域上屬構(gòu)造剝蝕、覆蓋性巖溶淺丘地貌。場(chǎng)地下伏基巖為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組之石灰?guī)r，該層為碳酸巖，為可溶巖；在地質(zhì)構(gòu)造作用下，巖體內(nèi)產(chǎn)生裂隙，然后經(jīng)地表水和地下水的共同作用下，經(jīng)長(zhǎng)期溶蝕作用下形成溶洞，該場(chǎng)地巖溶發(fā)育。

北側(cè)半溪河50年一遇的洪水水位為527.00m，20年一遇的洪水水位為526.00m，常年洪水位約為525.00m，場(chǎng)地內(nèi)受大氣降雨和半溪河河水補(bǔ)給，勘察期間場(chǎng)地內(nèi)形成的統(tǒng)一的地下水水位高程為522.0m左右；擬建場(chǎng)地內(nèi)地下車庫(kù)底高程為518.30m，地下車庫(kù)的底高程低于場(chǎng)地內(nèi)的水位高程522.00m，也低于場(chǎng)地北側(cè)的半溪河的水位高程，故需考慮地下水對(duì)施工、設(shè)計(jì)的影響。

對(duì)該項(xiàng)目處于巖溶發(fā)育地區(qū)的情況，我們依據(jù)《工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（DBJ50-043-2005）的規(guī)定，按建筑物周邊線及角點(diǎn)布置勘探點(diǎn)，主樓下框支柱范圍一柱一探，并要求查清地基下臥層下7m內(nèi)地質(zhì)情況?？咨钤跐M足樁基規(guī)范的基礎(chǔ)上，針對(duì)主樓框支柱荷載較大的情況，加強(qiáng)勘探深度。對(duì)于主樓下1.5m及以上大直徑樁，應(yīng)鉆入預(yù)計(jì)嵌巖面以下3～5d，且不得小于7m并穿過(guò)溶洞、軟弱層、破碎帶，到達(dá)穩(wěn)定地層。針對(duì)溶洞區(qū)域及范圍，采取電法物探和超聲波檢測(cè)。水文地質(zhì)觀測(cè)：對(duì)部分鉆孔進(jìn)行孔內(nèi)簡(jiǎn)易提桶試驗(yàn)，并在全部鉆孔終孔24h后，進(jìn)行孔內(nèi)水位觀測(cè)和測(cè)量，并符合相關(guān)規(guī)范要求。施工階段，完成樁基開(kāi)挖后，進(jìn)行補(bǔ)充勘察，對(duì)1.5m及以上的鉆孔，至少取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)勘，以確認(rèn)樁下7m范圍內(nèi)無(wú)溶洞不良地質(zhì)狀況。

因場(chǎng)地地下水豐富，施工過(guò)程中的場(chǎng)地降水處理成為工程進(jìn)展的關(guān)鍵?？傮w方案采用了擋排結(jié)合的方式：在臨近北側(cè)河水的基坑，采用了周邊邊坡止水帷幕施工，阻止河水浸入基礎(chǔ)施工區(qū)域。止水帷幕采用150鋼管沿場(chǎng)地?fù)跛畟?cè)密集滿布，并噴錨混凝土。場(chǎng)地地表水及地下水水位較高，基礎(chǔ)埋置于地表水及地下水位以下，基礎(chǔ)施工時(shí)地表水和地下水會(huì)通過(guò)基坑側(cè)壁滲匯于基坑內(nèi)，基坑及基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)程中受地下水影響較為嚴(yán)重，因此，基礎(chǔ)施工過(guò)程中應(yīng)做好孔內(nèi)抽排水工作及場(chǎng)地內(nèi)截排水工作，排水方案的實(shí)施即針對(duì)整個(gè)場(chǎng)地平面布排水溝，也針對(duì)每一根樁進(jìn)行單樁抽水排水，為有可靠的排水措施。

排水方案為開(kāi)挖樁平面區(qū)域周邊挖1m寬和0.5m深排水溝，基樁施工區(qū)域內(nèi)排水溝相互20m左右成方格網(wǎng)排列，并在溝交合點(diǎn)打集水孔（或利用樁孔）與之相連，集水孔采用旋挖機(jī)鉆深12～18m，直徑1m深孔集水，每個(gè)孔用3臺(tái)潛水泵抽水排放，如地下水太猛，幾臺(tái)泵都抽不盡，則用水下混凝土的方式澆樁身混凝土，另外對(duì)土石方開(kāi)挖時(shí)基底標(biāo)高控制，對(duì)承重層標(biāo)高控制在地下水位以上，土石方開(kāi)挖至基底規(guī)定標(biāo)高，再用片石將旋挖機(jī)行走道路墊起來(lái)（部份溶洞區(qū)域用片石或建筑渣填充之后再壓實(shí)作為旋挖機(jī)行走道路），待樁鉆完之后再清除墊高部份，抽水之后進(jìn)入正常底板施工。

巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)，應(yīng)根據(jù)溶洞大小和上部荷載的情況進(jìn)行區(qū)分。該工程根據(jù)《重慶市建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ50-047-2006）第5.3.8條進(jìn)行了洞穴抗沖切承載力計(jì)算［1］。公式如下：

對(duì)于圓形基礎(chǔ)：um=（d+λh）π（5.3.8-3）

驗(yàn)算時(shí)應(yīng)符合下列要求（表1）：Fl≥F+G+Vmγ

表1　洞頂抗沖切驗(yàn)算

以該工程最大柱下荷載25000kN進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)地勘報(bào)告提供的巖體抗拉極限標(biāo)準(zhǔn)值（fl=1170kPa），驗(yàn)算結(jié)果如下表所示。規(guī)范最低要求的3d和5m范圍不能滿足該工程基礎(chǔ)的需求?？紤]到該工程的具體情況，框支柱荷載較大，溶洞發(fā)育，裂隙較多的情況，難以準(zhǔn)確判斷洞頂基巖的完整性和50年使用年限以內(nèi)的變化情況。參考計(jì)算值，確定了7m及5倍樁徑下的范圍內(nèi)應(yīng)為不良地質(zhì)情況的地基要求［2］。

2　溶洞的處理措施

該工程基礎(chǔ)，對(duì)地基穩(wěn)定有影響的巖溶洞隙，根據(jù)其位置、大小、埋深、圍巖穩(wěn)定性和水文地質(zhì)條件綜合分析采取下列處理措施。

（1）對(duì)洞口較小的洞隙，宜采用鑲補(bǔ)、嵌塞與跨蓋等方法處理。

（2）對(duì)洞口較大的洞隙，宜采用梁、板和拱等結(jié)構(gòu)跨越?？缭浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支承面。梁式結(jié)構(gòu)在巖石上支承長(zhǎng)度應(yīng)大于梁高的1.5倍，也可采用漿砌塊石等堵塞措施。

（3）對(duì)于圍巖不穩(wěn)定、風(fēng)化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施。

（4）對(duì)規(guī)模較大的間隙，可采用洞底支撐或調(diào)整柱距等方法處理。

（5）為確保樁穿溶洞處理方案正確，必須針對(duì)每一根樁，對(duì)應(yīng)地勘資料，大致摸清樁下部地質(zhì)情況（當(dāng)然也有地勘與實(shí)際不符的地方，但只是少數(shù)樁）一樁一地質(zhì)資料對(duì)號(hào)入座，并增加每樁2～3個(gè)點(diǎn)的地勘鉆點(diǎn)，以使處理方案有一個(gè)詳細(xì)地質(zhì)情況資料。

針對(duì)溶洞的不同，大溶洞最好采用先拋石或填建渣放線后作圓形鋼筒護(hù)壁（也可采用水下混凝土和水下壓力灌漿，現(xiàn)場(chǎng)處理方式主要將溶洞采用C20混凝土整體板結(jié)方案，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到之后再鉆樁孔），一般較干燥的溶洞根據(jù)不同的情況可采用鋼筋混凝土護(hù)壁，下鋼套管，磚砌護(hù)壁作加勁圈，半邊鋼護(hù)壁作加筋箍等方案，注意混凝土應(yīng)釆用早凝措施。

具體到本項(xiàng)目時(shí)，我們針對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)情況預(yù)估了以下4種處理方式：

（1）拋填法

溶洞范圍小、高度小于1m的淺層溶洞，對(duì)照地質(zhì)圖，當(dāng)鉆至溶洞頂板1m左右時(shí)，旋挖穿溶洞，溶洞一被擊穿，孔內(nèi)水頭迅速下降，這時(shí)立即向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿，同時(shí)提鉆至孔口，并向孔內(nèi)投入片石或建筑渣、粘土塊和水泥，也可用素混凝土填充溶洞，當(dāng)孔內(nèi)水頭穩(wěn)定時(shí)，用測(cè)線測(cè)出回填厚度，當(dāng)片石水泥或混凝土回填厚度大于1m時(shí)，使溶洞填充物穩(wěn)定范圍形成護(hù)壁后，再繼續(xù)鉆孔施工（圖2）。

圖2　拋填法

（2）灌注混凝土填充法

溶洞的高度在1.0～3.0m之間，且溶洞為填充或半填充的，則先向拋填片（碎）石、砂混合物和注水泥漿，或采用水下混凝土充填，然后用旋挖機(jī)鉆頭旋轉(zhuǎn)小沖程沖擊片石擠壓到溶洞邊形成泥漿碎石外護(hù)壁（如圖3），水泥砂漿將片石空隙初步堵塞后停止沖擊，24h后，待水泥的強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa后，再繼續(xù)鉆孔，穿過(guò)溶洞。

圖3　灌注混凝土填充法

（3）護(hù)筒跟進(jìn)法

對(duì)于多層溶洞間距較小的采用鋼護(hù)筒穿越處理（如圖4）。先用旋挖機(jī)進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔處理，然后采用振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉至溶洞底部，為保證鋼護(hù)筒的強(qiáng)度和剛度，每隔2m設(shè)置加強(qiáng)鋼板箍。

圖4　護(hù)筒跟進(jìn)法

（4）水下混凝土填充法

當(dāng)溶洞高3～5m時(shí)，先進(jìn)行鉆孔清孔，如邊壁垮塌則采用水下混凝土填充實(shí)后待混凝土達(dá)到強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa后.再二次鉆孔達(dá)到施工要求。

（5）小結(jié)

在施工初期，對(duì)幾種方法均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，淺層小溶洞采用了拋填法，深層溶洞大量采用的是灌注混凝土填充法，個(gè)別大型的溶洞采用了鋼套管護(hù)筒跟進(jìn)法，成孔后仍有地下水的采用了水下混凝土澆筑。綜合考慮，本場(chǎng)地深層小溶洞居多，采用混凝土填充法施工速度快，填充混凝土形成后機(jī)械旋挖樁成孔快，能夠滿足施工進(jìn)度需求，但是實(shí)際混凝土用量一般是常規(guī)成孔用量的2～3倍左右。

3　鉆孔灌注樁的成孔

鉆孔樁的成孔直徑大，適用于單樁荷載大、地下有孤石，夾層分布，巖溶表面不平的情況，用這種樁能鉆穿孤石、夾層，將樁端可靠地支承在持力層上，樁端的嵌巖情況也好。但鉆孔樁不宜用在溶巖裂除多，溶溝多的基巖中，因?yàn)槭┕ぶ腥菀自斐煽ㄣ@、鉆桿沿溶巖斜壁偏斜，以至打偏等現(xiàn)象［3］。穿溶洞施工時(shí)應(yīng)注意：成孔中遇到的溶洞經(jīng)過(guò)了投入片石和板結(jié)混凝土反復(fù)處理，在澆筑水下混凝土的時(shí)候混凝土的流失量就會(huì)比較少。但有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)混凝土面上升極緩，有時(shí)孔內(nèi)泥漿面還伴有輕微的下降的現(xiàn)象，此時(shí)可判斷為樁孔外出現(xiàn)溶洞。該溶洞可能靠近孔壁，鉆孔時(shí)由于孔內(nèi)泥漿護(hù)壁等原因，對(duì)溶洞沒(méi)有產(chǎn)生擾動(dòng)和擠壓，到澆筑混凝土?xí)r，混凝土對(duì)孔壁的沖擊和擠壓擊穿護(hù)壁使該溶洞顯現(xiàn)出來(lái)。為連續(xù)施工必須連續(xù)澆水下混凝土成樁。如溶洞太大必須清孔重新灌漿或加鋼護(hù)筒：由于覆蓋層和溶洞之間相互串通，在地下水的作用下產(chǎn)生動(dòng)壓力，導(dǎo)致溶洞內(nèi)鉆孔所形成的人工造壁坍塌，清孔時(shí)泥漿流失。其處理方法如下：

（1）探明泥漿流失的孔洞高程，在初步清基的基礎(chǔ)上，在鋼筋籠上焊接鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒上下口擴(kuò)成喇叭形，在其上設(shè)止水帶。當(dāng)鋼筋籠帶著堵漏護(hù)筒初步就位后，進(jìn)行正循環(huán)泥漿清孔。

（2）如孔彎斜嚴(yán)重，鋼筋骨架插不下去，再提出鋼筋籠，然后灌注水下素混凝土至洞底，待達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度后，再裝上鉆機(jī)重新擴(kuò)孔施鉆清孔。

施工中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）鋼筋籠的處理：要注意鋼筋籠外保護(hù)層厚度按規(guī)范上限進(jìn)行下料，適度收緊尺寸，避免鋼筋籠下樁孔時(shí)受溶洞突出點(diǎn)掛住鋼筋籠，使之無(wú)法下到樁底，造成返工，為順利放下鋼筋籠也可適度放大樁直徑10cm進(jìn)行擴(kuò)孔處理。

（2）在樁開(kāi)鉆之前要注意復(fù)核樁軸線位置，特別是水淹部份樁孔，成樁之后再?gòu)?fù)核一次軸線座標(biāo)位置，嚴(yán)防鉆孔過(guò)程中樁的水平位移或錯(cuò)位。

（3）由于有的溶洞區(qū)域剖面看溶洞呈葫蘆串狀態(tài)，旋挖機(jī)鉆孔易卡鉆或掉鉆，應(yīng)對(duì)鉆頭與連桿的接頭部份進(jìn)行加固或處理，避免損壞機(jī)械。

（4）樁身水下混凝土要注意調(diào)查當(dāng)?shù)氐牡夭馁|(zhì)量，對(duì)混凝土配合比應(yīng)有試配并請(qǐng)有關(guān)混凝土方面的專家或?qū)I(yè)技術(shù)人員評(píng)估后再實(shí)施，避免水下混凝土強(qiáng)度發(fā)生問(wèn)題。

（5）樁孔內(nèi)孔壁垮塌貫穿于整個(gè)施工過(guò)程，對(duì)于混凝土板結(jié)法在復(fù)雜巖溶地質(zhì)的施工過(guò)程中，一根樁可能反復(fù)進(jìn)行多次混凝土板結(jié)后鉆孔才能成樁，對(duì)于前失敗的樁內(nèi)板結(jié)混凝土塊或混凝土渣，一定在清孔時(shí)將混凝土渣清干凈，避免剩渣太多造成樁檢測(cè)時(shí)不合格。

4　結(jié)論

巖溶地區(qū)的勘察應(yīng)針對(duì)性的采取加深勘探深度，加密勘探范圍，采用多種物探和超聲波檢測(cè)的方法，確認(rèn)巖溶發(fā)育狀況，為后期的設(shè)計(jì)和施工起到重要的參考。

針對(duì)不同的溶洞情況，設(shè)計(jì)采取了相應(yīng)的處理措施?？蛑Ш奢d較大，采取樁基礎(chǔ)穿越法，保障樁下7m范圍內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)狀況。對(duì)于裙樓下的普通框架柱，荷載較小，區(qū)分溶洞情況，淺層溶洞采取穿越，深層溶洞置頂驗(yàn)算。

實(shí)際施工初期需要比選施工方案，不斷探索和總結(jié)幾種施工預(yù)案后可取得良好效果。該工程中大量采用的混凝土灌注法旋挖樁施工工藝，施工速度快，能夠滿足施工進(jìn)度，是巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)穿溶洞施工的有效方法。

綜上所訴，場(chǎng)地復(fù)雜的巖溶地區(qū)施工，應(yīng)從勘察、設(shè)計(jì)入手，多方密切配合，做好施工預(yù)案，對(duì)施工方案進(jìn)行對(duì)比，多種施工工藝結(jié)合，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。

［1］中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司.DBJ50-047-2006重慶市建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.重慶：重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì).

［2］周含川，李正良.高層結(jié)構(gòu)與巖溶洞穴地基基礎(chǔ)共同作用分析［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（3）.

［3］侯勇，王蓉川.巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2010（2）.

責(zé)任編輯：孫蘇

Pile Foundation Construction in Complex KarstRegions

Based on the basic Nanchuan M ingrun Plaza project，and the basic design for the typicalkarstareas，the construction，survey and other issues areanalyzed and studied.A variety ofmeasures are prepared for cave treatment，measures like concrete perfusionmethod for karstpore form ing，and reasonable drainagemeasuresareadopted to ensure the pile foundation construction and solve the basic problemsofhigh-rise buildings in complex karstgeology.

Karst landscape；karstareas；pile foundation；concrete perfusionmethod

TU 473.1

A

1671-9107（2015）01-0041-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2015.01.041

2014-11-13

李翀（1978-），男，重慶人，研究生，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。