巖溶發(fā)育地區(qū)某項目鉆孔灌注樁方案比選

韋世春

上海建工集團股份有限公司，上海 200000

1 工程概況

本工程市政部分包含沿肇慶大道下穿西江北路隧道、下穿肇慶大道車庫聯絡通道。

隧道沿肇慶大道下穿西江北路，隧道采用單箱雙室結構，雙向六車道。隧道總長度455m，分敞開段175m+190m和暗埋段90m。車庫聯絡通道下穿肇慶大道接入北側車庫，通道采用單箱單室結構。通道總長度300m，分敞開段60m、暗埋段240m。

基坑開挖深度5m以下采用拉森鋼板樁圍護，開挖深度大于5m采用鉆孔灌注樁圍護加內支撐和φ600mm高壓旋噴樁止水。

2 工程樁基設計概況

隧道、車庫聯絡通道工程樁總樁數278根，樁徑為800mm，樁長為8～21.5m，保證工程樁進入微風化巖深度不小于0.5m，且樁底以下3m范圍內無溶洞。支護結構立柱樁總樁數88根，樁徑為800mm，樁長為10m。支護樁總樁數1127根，樁徑為800、1000mm，樁長為12～21m，支護樁不滿足嵌固深度時需進入完整灰?guī)r3m。根據設計要求工程樁每根樁施工前均須作“樁位超前鉆”，以便詳細查明樁位處巖面埋深及溶洞分布情況。

3 工程地質情況

3.1 土層分布

根據勘察成果資料，本場地為石炭系地層，巖土性較復雜，巖面埋深起伏較大。土層自上而下為①素填土、②1粉質粘土、②2淤泥、②3碎石、②4粉土、②5粉質粘土、②6淤泥、②7粘土、②8碎石、②9含礫粉質粘土、③1粉質粘土、③2粉質粘土、③3粉質粘土、51中風化灰?guī)r、52微風化灰?guī)r。

3.2 水文條件

場區(qū)地表水為場區(qū)南側波海湖,水量豐富，水位受大氣降水及人工排泄影響，勘察期間測得水位標高約5.50m，波海湖水體與地下含水層間通過滲流、側向徑流互相補給和排泄，具有一定的水力聯系。

地下水主要有以下三種：

（1） 賦存于填土中的上層滯水。填土主要成份為粉質粘土、碎石等，透水性較強、厚度較小、富水性弱，主要受大氣降水和河流側向補給，經地表蒸發(fā)排泄。

（2） 賦存于第四系沖洪積層中的粉土、碎石層中的孔隙潛水。粉土（夾粘性土） ，賦水介質連通性一般，透水性中等，分布范圍較廣，厚度一般，故富水性較強；碎石層賦水介質孔隙率高、連通性好、透水性強、分布范圍較大、厚度較大，故富水性強。地下水補給來源為含水層側向徑流補給，以滲流方式進行排泄。

（3） 賦存于基巖風化帶中的裂隙承壓水。賦水介質存在于中風化灰?guī)r的裂隙中，其透水性、富水性均較弱。該層地下水補給來源為上部含水層越流補給及側向逕流補給，以滲流方式進行排泄。

本次勘察期間，鉆孔中均遇見地下水，24h后觀測其穩(wěn)定（混合） 水位埋深為1.50～2.66m（鉆孔水位埋深詳見勘探點主要數據一覽表） ，相應水位標高為7.37～6.45m。地下水位受季節(jié)性降水影響，據區(qū)域水文地質資料，上部地下水位變幅為1.0～3.0m左右。建議設計根據構筑物類型按不利因素考慮采用，其中基坑抗浮水位可取設計地面標高下0.5m。

3.3 不良地質

根據肇慶市火車站綜合體建設PPP項目巖土工程勘察報告，擬建場地主要的不良地質條件主要為流砂及巖溶。

3.3.1 流砂

擬建場地淺部分布有②4層粉土，擬建場地地下水位埋深較淺，松散粉土在一定動水頭壓力作用下易發(fā)生流砂現象。

3.3.2 巖溶

⑤溶洞：本次鉆探共36個鉆孔揭露有溶洞，見溶洞率為43.75%。洞高0.40～6.70m，由軟塑粉質粘土全充填或無充填物，鉆進漏水，溶洞頂板層厚巖層0.10～6.90m（含破碎巖） ，巖溶作用對擬建遂道抗拔樁設計、水泵房樁基設計及施工有較大的不利影響，設計時需采取合理的處理措施。

本場區(qū)地質情況較復雜，溶洞、溶溝、溶槽等無規(guī)則分布發(fā)育于灰?guī)r中。

4 施工工藝選擇

4.1 沖擊成孔灌注樁

沖孔灌注樁是灌注樁的一種。灌注樁是直接在施工現場樁位上成孔,然后放入鋼筋籠再灌注灌注樁機混凝土而成。沖孔灌注樁施工沖孔機沖擊成孔，為泥漿護壁成孔。

優(yōu)點：樁長和直徑可按設計要求變化自如；樁端可進入持力層或嵌入巖層；單樁承載力大等，可處理溶洞等不良地質情況。

缺點：灌注樁成孔工藝較復雜、成孔時間長、功效低；泥漿護壁產生泥漿量大，污染環(huán)境。工程臨近波海湖，對泥漿控制要求高。

4.2 常規(guī)旋挖鉆孔灌注樁（SR-250C）

旋挖鉆孔灌注樁是指由旋挖鉆機施工成孔的樁型。旋挖鉆機成孔首先是通過底部帶有活門的桶式鉆頭回轉破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內，然后再由鉆機提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。

優(yōu)點：自動化程度高，勞動強度低；鉆進效率高；成樁質量好；環(huán)境污染小。對粘結性好的巖土層，可采用清水鉆進工藝，無需泥漿護壁。而對于松散易坍塌地層，或有地下水分布，孔壁不穩(wěn)定，必須采用靜態(tài)泥漿護壁鉆進工藝，向孔內投入護壁泥漿或穩(wěn)定液進行護壁。

缺點：遇巖層無法鉆進入巖。

4.3 大型旋挖鉆孔灌注樁機（XR360）

配備入巖模式動力頭大型旋挖鉆孔灌注樁機，動力頭最大扭矩360kN·m,可以進行入巖鉆孔，小型溶洞、斜巖可直接成孔。

優(yōu)點：自動化程度高、勞動強度低;鉆進效率高;成樁質量好;環(huán)境污染小。

缺點：鉆機入巖需要特種鉆頭，配件損耗大、綜合成本高。如遇大溶洞、斜巖等不良地質，易卡鉆。

5 工藝試樁

5.1 沖孔試樁情況

根據設計要求，圍護樁要求按設計樁長終樁，巖面較淺不能達到設計樁長則入微風化巖3m，據現場勘察報告及工程樁超前鉆探報告，需入巖率約82.77%，需入3m巖率約44.42%。且場地范圍溶洞相對較多，勘察報告顯示見洞率50%以上，因此初時采用沖孔灌注樁試樁，因施工效率問題，再時采取旋挖鉆孔灌注樁試樁。前后選用沖孔樁機和旋挖樁機成孔兩種工藝。

沖孔試驗樁打設位置在處基坑支護鉆孔灌注樁（D型）和在BK1+622處基坑支護鉆孔灌注樁（C型）共2根。

旋挖試樁選取BK1+520～BK1+542間的基坑支護鉆孔灌注樁（D型）共3根。

鉆孔灌注樁采用從原地面埋設護筒，泥漿循環(huán)系統(tǒng)在原地面以上制作；鉆孔樁原地面至設計樁頂標高采用空樁，混凝土灌注完成后回填片石，確保安全2條試樁均成樁。

（1） 鉆孔樁試樁從2017年9月14日開始到2017年9月21日結束，共計施工8d（中間移機及維修1d，實際試樁時間7d） 。總成孔鉆進時間84h。鉆進過程中土層進尺1.19m/h，中風化層進尺0.31m/h，微風化層進尺0.09m/h。泥漿指標：鉆孔時比重1.2～1.3左右，粘度在18～22s之間，含砂率為4%，快接近終孔時泥漿指標通過間斷的往泥漿池內添加清水，使泥漿指標下調，最終滿足設計及規(guī)范的要求，比重1.07，小于1.15，粘度21s，含砂率1.5。

（2） 在施工過程中耽誤的主要時間是微風化鉆進成孔，共計61.5h，占鉆進時間的73%，試樁總時間的67%。由于場地地質多變，兩條樁均遇斜巖，微風化灰?guī)r強度高，造成不同程度的沖進偏孔，出現偏錘、卡錘現象，施工時采取回填黃泥夾片石小沖程復沖，回填比例為1：1；反復回填復沖；且錘頭磨損嚴重，需要更換錘頭并補焊耐磨塊。

（3） 混凝土灌注是一個完整、連續(xù)、不可間斷的工作，灌注工作開始前，機械管理人員和負責司機應對混凝土灌注所使用的全部機械進行維修、保養(yǎng)，保證機械在施工過程中正常運轉。混凝土灌注用時每條樁均在1h左右。混凝土充盈系數均大于設計要求的“不宜大于1.3”。

經試樁的施工情況說明：場內的地質狀況和地勘報告基本吻合，我公司所選用的施工工藝及機械設備能滿足本工程的成樁施工要求。但施工成樁時間長，而本工程工期緊迫，樁基占用施工時間將過長，不利于工期目標的實現。

5.2 旋挖試樁情況

從2017年9月14日～9月21日沖孔試樁情況來看，雖能試樁成樁成功，但成樁效率很慢，綜合施工場地條件分析，難以滿足工期要求；故我司結合工程實際情況及以往工程、臨近工程經驗，擬采用旋挖機成孔，旋挖機成孔擁有成孔快，施工效率高的特點，可提高成樁效率，故選取旋挖成孔試樁。

10月3日進場SR-250C旋挖機因樁需入巖3m，機身動力不足無法滿足入巖深度，調整后，10月6日進場XR360旋挖機進行試樁。自2017年10月8日至10月12日試樁成樁3條。分別為

更換360旋挖機后3條試樁均成樁。

（1） 旋挖試樁從2017年10月8日開始到2017年10月12日結束，共計施工5d。總鉆進時間20h。鉆進過程中土層進尺8.12m/h，微風化層進尺0.61m/h。泥漿指標：鉆孔時比重1.1～1.2左右，粘度在18～22s之間，含砂率為4%。

（2） 施工過程中未遇明顯漏漿、塌孔情況。

（3） 水下混凝土灌注用時每條樁均在0.5h以內。混凝土充盈系數均大于設計要求的“不宜大于1.3”。

經試樁的施工情況說明：場內的地質狀況和地勘報告基本吻合，我司試樁所選用的施工工藝及機械設備能滿足本工程的成樁施工要求。

6 方案比選

6.1 二種工藝試樁結果對比

通過3種機械試樁情況綜合來看，沖擊成孔及旋挖成孔在本工程地質條件下均滿足成樁施工要求。

5條試樁均入巖3m終孔，沖孔樁機成孔時間每條樁在40～48h，沖孔土層進尺1.19m/h，微風化層進尺0.09m/h；旋挖樁機成孔時間每條樁在6～7h，旋挖土層進尺8.12m/h，微風化層進尺0.61m/h。從施工效率來看，旋挖樁機的工效約是沖孔樁機的7倍。

通過混凝土充盈系數比較，沖孔的2條試樁充盈系數分別為2.39和1.77；旋挖的3條試樁充盈系數分別為1.77、1.62和1.61。旋挖成孔對砼超方的控制優(yōu)于沖擊成孔。

因本次旋挖試樁未明顯漏漿、塌孔，根據以往的工程施工經驗判斷，本次選用旋挖機型可處理本區(qū)域小型溶洞及斜巖，節(jié)省了沖擊成孔處理溶洞、斜巖回填、復沖工序所需的材料、時間。

6.2 進度分析

根據本工程總進度計劃，需于2018年7月30日前達到竣工條件，施工工期緊，施工任務重。樁基施工工期約占總工期的30%，樁基施工進度直接影響總進度計劃目標的實現。因此，施工方案的選擇、比選必須將施工進度做法重要的考量指標。

本工程車庫聯絡通道、隧道設計樁數共1493根，按現有車庫聯絡通道18臺沖孔樁基計算，每臺樁機平均2d完成一根樁，預計需要150d，且需要考慮交通疏導方案，無法按計劃完成進度目標。結合本工程實際情況，為實現工程建設目標，樁基工程有必要選用施工效率高的大功率旋挖樁機施工。

7 結語

故根據本次試樁情況及兩種方案施工對比，結合本工程的地質條件、周邊環(huán)境、工期要求，車庫聯絡通道、隧道工程采取如下后續(xù)施工方案：

（1） 工程樁、基坑支護鉆孔灌注樁采用旋挖成孔方案；

（2） 旋挖成孔遭遇大量漏漿、塌孔或遇斜巖無法鉆進時，回填鉆孔，采取沖擊成孔施工鉆孔灌注樁。利用兩種機械對不同地質處理的優(yōu)勢，最大限度的提高施工工效，同時滿足設計要求和工期要求，減少對環(huán)境的影響，實現較好的社會經濟效益。

（3） 經過本工程實踐，采用2種工藝結合的施工方案，解決了溶巖場地成孔困難問題，加快了施工進度，確保整個工程的順利推進。

[1] 陸青濤.旋挖鉆孔灌注樁施工技術[J].技術與市場，2012, 19（1）：24-25.

[2] JGJ 94—2008， 建筑樁基技術規(guī)范[S].

[3] 周宗道.巖溶地區(qū)沖孔樁施工技術措施探討[J].地質災害與環(huán)境保護，2013,13（3）：79-82.