基于石渣堆積體復雜地質條件下樁基礎施工的探索與應用

關鍵詞： 旋挖干作業成孔 回填堆渣體 邊坡滲水 塌孔

1 引言

1.1 工程特點

天二公司電站廠房區域臨近南盤江，常年水位高程為440 m 左右，且廠房區域多為早期回填堆渣體，土質松軟，基巖位于河床之下，臨江邊坡坡度較大，地形狹窄，在進行建筑物改造、新建過程中施工難度大，特別是在進行建筑物樁基基礎處理時受地形、巖性及水文條件影響大。

1.2 地質概況場地內地層巖性及分布特征如下。

（1）雜填土層：松散狀態，主要成分為塊石，含少量黏性土及建筑垃圾填充，均勻性較差。

（2）石灰巖：局部地段夾黏性土較多，黏性土由巖石風化溶蝕形成。節理裂隙發育，巖芯較破碎，呈碎塊狀。基巖巖石主要成巖礦物為方解石，巖質堅硬，中風化～微風化，節理裂隙一般發育。

（3）溶洞：部分孔樁前期鉆探發現溶洞，揭露厚度為1.0～1.6 m，平均厚度為1.3 m。

1.3 水文條件

場地下伏巖石為可溶性碳酸鹽巖，存在溶隙、溶洞等蓄水構造。石灰巖為強含水層，富含有巖溶洞穴裂隙水，且垂直巖溶管道發育。巖石采用金剛石鉆頭回轉鉆進時，大部分鉆孔出現鉆探施工水沿基巖節理、裂隙面滲漏現象[1]。

2 影響樁基成型的主要原因

2.1 高斜坡

施工場地為傾斜邊坡，坡比1∶3，高差近10 m，鉆機等大型機械在場地內作業受限，因機械鉆孔時需要保持機身呈水平狀態，否則將影響孔樁完成垂直度，最終引起樁芯位移等問題[2]。

2.2 堆渣體

天二公司廠房右岸尾水區域為早期回填堆渣體，土壤密實度較低，存在大孤石，部分巖石風化溶蝕，巖芯破碎。機械鉆進過程中，因土壤強度低在提鉆時雜填土層產生塌孔現象；局部鉆進至大孤石或溶洞時，由于孔邊受力不均勻導致塌孔現象；汛期下雨頻繁，旋挖孔成型后在雨水浸泡下土壤軟化同樣導致塌孔現象。

2.3 基巖地下水

由于施工區域臨近江邊，基巖層位于河床以下，長期地下水在基巖裂隙中存在，鉆進至基巖以下部分孔樁的水深超過5 m。這一方面對混凝土孔樁的強度成型帶來不利影響，另一方面在地下水長時間的浸泡下存在軟化周邊基巖以上土體，導致孔樁內徑增大，影響較大時在底部區域形成較大的溶洞情況，進一步對孔樁的成型造成不利影響[3]。

2.4 邊坡滲水

施工區域處于亞熱帶季風氣候帶，夏季多雨。邊坡沖刷流水部分在表面匯集，在施工時流入施工場地，會造成土體進一步軟化；此區域處于山體拉線溝出水口，山體徑流經排水暗渠在本區域匯入南盤江，水流流動過程中部分泄漏形成邊坡滲水，且滲流量大，在鉆進過程中部分流入孔樁或在局部區域匯集，最終導致土體軟化、場地泥濘，給孔樁成型和機械轉場造成了困難[4]。

3 針對施工難點的技術措施

3.1 基于斜坡工作面的處理

旋挖機重達100 t 以上，在傾斜面上作業時存在傾覆風險，且對孔樁成孔垂直度有影響。首先對旋挖機進場路線進行規劃及開挖，將進場通道坡度放緩且呈“S”型路線，降低旋挖機在行進過程中的傾覆風險。由于此工程孔樁分4 排布置，不同軸線的孔樁之間高差近2.5 m，不具備在同一高程作業面完成全部孔樁施工條件，應待旋挖樁進入場地最低位置后，在孔樁軸線上平整出匹配孔頂高程同等高度的作業平臺，根據軸線由下而上（見圖1）進行孔樁鉆孔作業。

3.2 基于塌孔現象的處理

根據分析得出結論塌孔的原因，主要是由于雜填土層密實度低、部分基巖涌水及邊坡滲水導致。

3.2.1 針對表層密實度低導致孔口塌陷的處理

針對表層密實度低導致孔口塌陷，在開挖后在孔口設置鋼制護筒，防止表層松土在開挖過程中不斷掉入孔內。鋼板制作宜選用厚度為4～8 mm，護筒內徑宜大于鉆頭直徑100 mm，上部已開設1～2 個易漿孔，鋼護筒的直徑誤差應小于10 mm，護筒頂端高出地面不宜小于0.3 m。護筒下端外側宜采用黏土填實。護筒埋設時，應確定鋼護筒的中心位置。護筒的中心與樁位中心偏差不得大于50 mm，護筒傾斜度不得大于1％。護筒就位后，應在四周對稱、均勻地回填黏土，并分層夯實，夯填時應防止護筒偏斜移位[5]。

3.2.2 針對中底部塌孔的處理

對孔樁成孔過程出現局部在反復鉆孔后仍布線塌陷情況時，采用C15 混凝土回填塌陷部位，孔壁塌孔段塌孔下界面與塌孔堆積鉆渣深度較深時，采用原孔鉆渣回填至下界面以下約50 cm 處，再回填C15 混凝土至上界面以上約50 cm，混凝土坍落度控制在140～160 mm，減小其流動性，避免地基擴散，同時增大混凝土粗骨料粒徑，確保混凝土填充密實形成封閉環，待混凝土強度達到初凝時間，并具有穩定孔壁的能力，再進行二次成孔至設計標高。成孔過程中少部分孔樁多次出現局部塌陷，采取反復灌注混凝土及二次成孔，并做好相應記錄（見圖2）。成孔至設計標高，立即吊放鋼筋籠，灌注孔樁樁身混凝土，直至灌注至樁頂設計標高[6]。

3.3 針對邊坡滲水導致土壤軟化造成塌孔的處理

首先排查出作業區域的滲漏點，對水量大小進行評估，水量小情形可采取局部匯集后通過排水管進行引排，防止在作業區域出現匯集進一步軟化土體；水量大情形可設置永久性地形混凝土管排水設施，現場相鄰孔樁之間最小間距為6.7 m，在孔樁間且在樁承臺設計底部標高以下設置混凝土管，長度跨越整體孔樁范圍。在滲水前入水口設置混凝土井銜接暗埋混凝土排水管，引排所有滲水至跌水井后通過混凝土管流出作業區域（見圖3）。

4 樁基旋挖方式的選擇

4.1 泥漿護壁鉆孔

（1）泥漿護壁鉆孔灌注樁是通過樁機在泥漿護壁條件下慢速鉆進，將鉆渣利用泥漿帶出，并保護孔壁不致坍塌，成孔后再使用水下混凝土澆筑的方法將泥漿置換出來而成的樁。

（2）設備簡單，適用范圍廣，任何地下水位條件的土層都適用。操作方便，不受場地限制，無噪聲和振動影響。泥漿造成現場環境污染，成孔速度不夠快，工作效率不高。

4.2 旋挖干作業成孔

（1）旋挖成孔是在一個可閉合開啟的鉆斗的底部及側邊，鑲焊切削刀具，在伸縮鉆桿旋轉驅動下，旋轉切削挖掘土層，同時切削挖掘下來的土渣會進入鉆斗內，鉆斗裝滿后提出孔外卸土，如此循環形成樁孔[7]。

（2）工藝簡單、施工成本低。在特定地質情況下，由于泥巖遇水軟化，泥漿潤滑，形成打滑、塞齒及糊底現象。而干成孔可消除上述現象，提升剪切破碎效率，無須擔心塌孔問題。

4.3 旋挖作業方式確定

經前文分析可知，現場作業環境對于塌孔的影響較為顯著，且早期回填堆渣體密實度較低，土夾石嚴重，鉆孔鉆機在鉆進過程中擾動孔壁周圍土壤，構成塌孔或泥漿比重不足，導致泥漿護壁很難起到可靠的護壁作用，且塌孔嚴重情形下在進行混凝土灌注時導出泥漿難度大，在透水性強或有地下水流動的土層易產生鉆孔漏漿，進而向孔壁滲透。而干作業成孔方式可以避免因泥漿護壁濕作業環境帶來的土體遇水軟化及打滑現象，可以減少在鉆孔期間塌孔情況，其次綜合對施工成本及工期的考慮，優選旋挖干作業成孔作為此工況下的鉆孔方式[8-9]。

5 施工效果及結論

天生橋二級水力發電有限公司分別在2020 年、2022 年于天二電站廠房區域進行兩次樁基成孔，結合廠區地形地貌、水文條件及施工工藝的總體分析，從技術措施的針對性角度選用旋挖干作業成孔方式，順利地完成145 根灌注樁的鉆孔及灌注，其間很好地解決了邊坡滲水軟化土體、土壤密實度低及部分溶洞導致塌孔帶來的問題，達到了項目實施效果，在相同工況的樁基實施中具有較強的實用推廣價值。