巖溶地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)分析

顧超

（中建地下空間有限公司，成都 610052）

1 引言

巖溶是一種特殊的地質(zhì)現(xiàn)象，我國(guó)巖溶地區(qū)分布廣泛。隨著工程建設(shè)范圍不斷擴(kuò)大，必須加強(qiáng)對(duì)巖溶地區(qū)工程特點(diǎn)的研究，盡可能減少不可預(yù)見(jiàn)因素，提高地質(zhì)勘查質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提升關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用水平，解決巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工成本高、質(zhì)量差、工期長(zhǎng)、事故多的難題。

2 工程概況

貴州仁懷萬(wàn)達(dá)項(xiàng)目1#地塊位于貴州省遵義市仁懷市，魯班大道北側(cè)，尚禮大道南側(cè)，東側(cè)為在建的錦繡路，項(xiàng)目占地面積約61 400 m2，總建筑面積約24 萬(wàn)m2，由15 棟17 層、26層高層住宅和地下車(chē)庫(kù)兩層（含人防）及設(shè)備用房組成。根據(jù)項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)區(qū)巖溶主要形態(tài)為溶洞及溶蝕裂隙，從鉆探遇洞率及巖面起伏情況來(lái)看，場(chǎng)地部分地段相鄰基巖面起伏高差達(dá)5 m 或大于5 m，故綜合判斷場(chǎng)地為巖溶強(qiáng)發(fā)育，在巖體完整性方面，主要為破碎和較破碎程度。

3 巖溶地區(qū)旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)，采用機(jī)械旋挖鉆孔灌注樁，以中風(fēng)化白云灰?guī)r層為樁端持力層，中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r承載力特征值為4 300 kPa，本工程樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，鉆孔灌注樁的鉆頭直徑應(yīng)等于樁的設(shè)計(jì)直徑，施工時(shí)，鉆頭錐形夾角應(yīng)＞120°，樁身成孔直徑不得出現(xiàn)負(fù)偏差，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有溶洞時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況測(cè)定。鉆孔灌注樁施工時(shí)，應(yīng)在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上留有混凝土灌注長(zhǎng)度，以保證樁頂混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，該長(zhǎng)度不宜＜1 m，且在鑿去超高部分混凝土以后仍能保證樁頂混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。樁終孔時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)樁底下5D（D 為樁徑）且不＜7 m 深度范圍內(nèi)有無(wú)空洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)條件[1]。

3.2 不良地質(zhì)影響

巖溶地區(qū)影響樁基施工的因素有很多，比如，巖溶水位的高低，如果在雨季施工，可能會(huì)出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，而且在巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)域會(huì)形成四通八達(dá)的巖溶網(wǎng)絡(luò)，造成漏漿、塌孔的問(wèn)題，另外，溶洞填充物性質(zhì)、施工環(huán)境限制、巖溶地貌形態(tài)都會(huì)對(duì)樁基礎(chǔ)施工產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)勘察報(bào)告及施工現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，通過(guò)對(duì)不良地質(zhì)條件的分析研究，需要提前制定針對(duì)性應(yīng)對(duì)措施，盡可能將不良影響降到最低，保證施工過(guò)程的順利進(jìn)行，表1 為具體影響情況分析。

表1 本項(xiàng)目地質(zhì)條件對(duì)樁基施工產(chǎn)生的影響分析

3.3 主要施工技術(shù)

3.3.1 旋挖鉆孔灌注樁

在巖溶地區(qū)，土溶洞容易發(fā)育，而且地下水豐富，對(duì)建筑基礎(chǔ)施工造成了很大的困難，樁基成孔和成樁質(zhì)量又直接決定著最終基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性，所以，選擇合適的成孔方式至關(guān)重要。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)踐，適用于巖溶地區(qū)的樁基礎(chǔ)施工工藝主要包括沖擊鉆孔灌注樁、回轉(zhuǎn)鉆孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁，本項(xiàng)目采用旋挖鉆孔灌注樁，主要利用旋挖鉆機(jī)旋挖成孔施工，通過(guò)長(zhǎng)鉆桿帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)剪切并將土體直接裝入鉆頭，然后鉆頭經(jīng)鉆桿上提，循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行鉆孔工作，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。作為一種現(xiàn)代化的施工機(jī)械，旋挖鉆機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，無(wú)論是土層還是巖層均可適用，但對(duì)于復(fù)雜溶洞的穿透效果仍需優(yōu)化，在進(jìn)入持力層時(shí)比較困難，容易傷害鉆頭，而且不能自主造漿，如果出現(xiàn)漏漿較快、補(bǔ)給不及時(shí)的情況，容易產(chǎn)生孔口塌落問(wèn)題，甚至引發(fā)大面積塌陷，所以，必須對(duì)各工藝環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制，盡可能避免因人為、機(jī)械、材料等因素產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題和安全隱患[2]。

3.3.2 成孔垂直度控制

在施工前，全面核對(duì)設(shè)計(jì)圖紙，正確進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣，埋設(shè)好護(hù)筒，并做好成樁過(guò)程垂直度檢測(cè)。為了減少偏孔、塌孔問(wèn)題，采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工。埋設(shè)的鋼護(hù)筒中心要始終與樁中心保持在同一垂直線上，防止鉆孔移位，通常情況下，鋼護(hù)筒埋設(shè)越深效果越好。巖溶地區(qū)巖層的硬度變化較大，需要嚴(yán)格把控鉆進(jìn)速率，尤其是在傾斜巖面、溶洞等地方，很容易出現(xiàn)垂直度偏差較大的問(wèn)題，所以，要根據(jù)地質(zhì)勘察資料合理調(diào)整鉆進(jìn)速率，如果出現(xiàn)鉆頭面傾斜，需要及時(shí)采取糾正措施，比如，加寬施工機(jī)械基座寬度，提高機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)固性，同時(shí)，也可以根據(jù)鋼絲繩受力變化判斷是否存在偏孔問(wèn)題。

3.3.3 穿越溶洞技術(shù)

在巖溶發(fā)育區(qū)域進(jìn)行施工時(shí)，大部分溶洞都無(wú)法避讓?zhuān)枰鞔_穿越溶洞的范圍，采取合適的技術(shù)措施。在旋挖鉆孔施工前，根據(jù)勘察報(bào)告和設(shè)計(jì)要求，對(duì)于連通性較強(qiáng)、體積較大的溶洞，可以提前采取靜壓化學(xué)灌漿法進(jìn)行預(yù)處理，將溶洞加固到一定強(qiáng)度后再開(kāi)始鉆孔作業(yè)；對(duì)于裂隙或新發(fā)現(xiàn)溶洞，需要使用低標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行填充，填充高度為裂隙或溶洞部位上下約50 cm。為了保證施工進(jìn)度，可以在混凝土中摻加早強(qiáng)劑，在混凝土穩(wěn)固后就可以直接鉆進(jìn)成孔，如果溶洞發(fā)育出現(xiàn)大量大型溶洞樁，可以采用毛石多層嵌套管的方式進(jìn)行處理[3]。

3.3.4 混凝土澆筑控制

成孔后，需要馬上清孔，采用專(zhuān)門(mén)的清孔設(shè)備，保證清孔質(zhì)量，終孔驗(yàn)收合格后，才能下鋼筋籠、澆筑混凝土。在鋼筋籠下放過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)卡住等問(wèn)題，甚至?xí)斐伤祝枰磸?fù)嘗試，緩慢提起下放，不能強(qiáng)行下放，如果仍然放不下去，應(yīng)該測(cè)量卡住深度，全面查找原因，采取有效措施進(jìn)行處理，待孔位驗(yàn)收合格后，再次進(jìn)行鋼筋籠下放。在混凝土澆筑前，需要嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，保證導(dǎo)管的防水性，避免出現(xiàn)分層離析、流動(dòng)性較差等問(wèn)題，保證混凝土供應(yīng)穩(wěn)定，連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行澆筑作業(yè)，并密切關(guān)注混凝土澆筑液面的變化。導(dǎo)管應(yīng)埋入混凝土液面以下超過(guò)3 m，并且要處于中心位置，澆筑時(shí)要上下抽動(dòng)，防止卡住，同時(shí)要將鋼筋籠和埋置的鋼護(hù)筒相固定，這樣能夠有效避免鋼筋籠上浮，嚴(yán)格控制混凝土灌注速率，防止出現(xiàn)高壓氣囊導(dǎo)致質(zhì)量缺陷。另外，在混凝土澆筑過(guò)程中，產(chǎn)生的側(cè)向壓力較大，很容易出現(xiàn)混凝土擠入溶洞造成流失的現(xiàn)象，因此，要根據(jù)溶洞分布情況提前準(zhǔn)備余量混凝土；如果出現(xiàn)混凝土液面突然下沉的情況，要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充澆筑，并反復(fù)測(cè)量樁頂標(biāo)高，防止出現(xiàn)斷樁問(wèn)題，充分進(jìn)行混凝土振搗，保證樁身澆筑質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.3.5 成樁質(zhì)量檢測(cè)

本項(xiàng)目樁基礎(chǔ)為端承樁，需要加強(qiáng)成樁質(zhì)量檢測(cè)，主要檢測(cè)樁身完整性和單樁承載力。其中，樁身完整性檢測(cè)的常用方法有低應(yīng)變檢測(cè)和超聲波檢測(cè)，能夠有效判斷樁身的完整性，檢測(cè)出質(zhì)量缺陷的性質(zhì)、位置、大小，前者用到的設(shè)備簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，成本費(fèi)用低，但是通常只能用于定性檢測(cè)，準(zhǔn)確性有待提高，后者檢測(cè)精確度較高，但是需要提前埋設(shè)聲測(cè)管，成孔后，在鋼筋樓上綁扎若干聲測(cè)管，以作為超聲波發(fā)射和接收的通道，綜合費(fèi)用較高。單樁承載力檢測(cè)方法主要有靜載試驗(yàn)法和鉆芯法。靜載試驗(yàn)法通過(guò)施加荷載觀測(cè)樁頂?shù)某两登闆r，可以有效判斷單樁的極限承載力是否滿(mǎn)足相關(guān)要求，該方法比較準(zhǔn)確穩(wěn)定，但是需要一定的工作面、一定的時(shí)間完成檢測(cè)工作，而且少數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并不具備整體代表性，鉆芯法不但能夠檢測(cè)樁身的完整性，而且也是檢測(cè)樁身承載力的可靠方法，適用于直徑不超過(guò)80 cm 的灌注樁，但是也存在著檢測(cè)盲區(qū)，而且費(fèi)工費(fèi)時(shí)，總成本較高。所以，單一檢測(cè)技術(shù)很難對(duì)樁身質(zhì)量做出全面準(zhǔn)確的判斷，需要根據(jù)地質(zhì)條件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、施工水平、工程特點(diǎn)等方面因素，將不同檢測(cè)技術(shù)結(jié)合運(yùn)用。

3.4 典型問(wèn)題處理

巖溶地區(qū)灌注樁施工過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)許多不確定性因素，如塌孔、漏漿、偏孔、卡鉆、掉鉆、混凝土流失等，需要遵循一定的原則，采取合適的處理措施，盡可能避讓溶洞發(fā)育強(qiáng)烈的區(qū)域，加強(qiáng)穩(wěn)定性分析，做好土工試驗(yàn)，提供科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，選擇合適的處理方法，實(shí)現(xiàn)安全施工、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的效果。以下是本項(xiàng)目在旋挖鉆孔灌注樁施工過(guò)程中遇到的典型問(wèn)題及處理辦法。

3.4.1 開(kāi)挖遇溶洞

在開(kāi)挖過(guò)程中遇到溶洞，應(yīng)該根據(jù)地勘報(bào)告，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)溶洞實(shí)際情況，將溶洞內(nèi)的淤泥清掏完畢，然后使用素混凝土進(jìn)行換填，換填到溶洞頂部以上至少1 m 左右的位置，當(dāng)遇到雙層或多層溶洞時(shí)，需要進(jìn)行二次、多次換填，如果遇到勘孔未探明的溶洞，必須立即停止施工，及時(shí)通知相關(guān)單位進(jìn)行補(bǔ)勘，全面準(zhǔn)確地判斷溶洞大小和范圍，制訂合理的換填方案。

3.4.2 開(kāi)挖樁孔偏位

在5#樓樁基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)程中，由于地質(zhì)原因，樁孔開(kāi)挖偏位，具體情況如圖1 所示，一半是中風(fēng)化巖石，一半是巖溶強(qiáng)發(fā)育溶洞、裂隙或可塑紅黏土，導(dǎo)致旋挖機(jī)鉆頭受到中風(fēng)化巖石擠壓，向軟弱層一側(cè)偏移，雖然在開(kāi)挖過(guò)程中持續(xù)進(jìn)行樁心糾偏，但效果均不理想，實(shí)測(cè)偏位42 cm。在遇到這種問(wèn)題時(shí)，采用C30 混凝土換填至孔口或者至實(shí)際開(kāi)始偏位高度上方1 m 處，而且存在二次、多次換填情況，等到混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求，緊固軟弱層一側(cè)孔壁后，才能繼續(xù)向下開(kāi)挖。

圖1 樁孔偏位示意圖

3.4.3 塌孔、竄孔問(wèn)題

樁基施工過(guò)程中，主要出現(xiàn)頂部塌孔、中部塌孔、底部塌孔3 種情況，主要原因有兩方面：（1）新近回填，土層未穩(wěn)定；（2）地下巖石破碎，受到擾動(dòng)后塌孔。面對(duì)塌孔問(wèn)題，必須立即停止施工，并通知相關(guān)單位，經(jīng)過(guò)溝通論證后，采用C15 混凝土換填處理，而且存在二次、多次換填的情況。

竄孔主要是指溶洞之間相互串聯(lián)。在換填處理、樁身混凝土澆筑時(shí)，混凝土流淌到相鄰樁孔內(nèi)，同樣要立即停止施工，通知相關(guān)單位現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證，相鄰兩根或多根樁孔混凝土應(yīng)該澆筑到溶洞上方約1 m 的地方，保證各樁孔澆筑標(biāo)高一致，避免產(chǎn)生壓差。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，與其他地區(qū)不同，巖溶地區(qū)采用鉆孔灌注樁施工具有典型的特點(diǎn)，需要根據(jù)巖溶發(fā)育情況、溶洞分布情況、地下水類(lèi)型等諸多因素，合理運(yùn)用施工技術(shù)，在面對(duì)突發(fā)事故時(shí)，能夠采取有效的應(yīng)對(duì)措施，及時(shí)將質(zhì)量和安全隱患控制在一定范圍內(nèi)，保證工程建設(shè)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。