在斷裂帶形成的暗河地段灌注樁施工技術(shù)研究

摘要：在斷裂帶形成的地下暗河地段施工灌注樁時，根據(jù)暗河與暗河周圍的地質(zhì)特征可采取針對性的處置措施：（1）全套管護壁成樁；（2）采用摻入速凝劑的高標號水下混凝土；（3）先采用低標號混凝土填充，再成孔、灌注樁體混凝土。以下以一項典型工程為例論述以上3種處置方案的應(yīng)用。實踐結(jié)果表明：處置措施針對性強，較好地節(jié)省了工程造價，縮短了工期，滿足了“經(jīng)濟上合理、技術(shù)上可行”的基本要求。

關(guān)鍵詞：灌注樁斷裂帶地下暗河地下空洞

中圖分類號：U445.551

ResearchofFillingPilesFoundationConstructionTechnologyintheUndergroundRiverSectionFormedbyFaultZone

XIEChengqi

YunjiSmartEngineeringCo.，Ltd.，ShenzhenCity，GuangdongProvince，518000China

Abstract：Whenconductingfillingpilesworkintheundergroundriversestionformedbyfaultzones，correspondingdisposalmeasuresshouldbetakenaccordingtothegeologicalcharacteristicsoftheundergroundriveranditssurroundings：1）Pileswithfullcasingwallprotection;2）Highgradeunderwaterconcretemixedwithacceleratingagentcanbeused;3）Low-gradeconcretecouldbefirstfilled，andthenpileholeswouldbebored，pileconcretebefilled.Atypicalprojectiscitedasfollowsasanexampletodiscusstheapplicationoftheabovethreedisposalschemes.Thepracticalresultsshowthatthedisposalmeasuresarehighlytargeted，effectivelysavingtheprojectcost，shorteningtheconstructionperiod，andmeetingthebasicrequirementsof"economicallyreasonableandtechnicallyfeasible".

KeyWords：Fillingpiles;Faultzone;Undergroundriver;Undergroundcavity

深圳市的斷裂破碎帶分布范圍廣、形態(tài)多樣；大型工程項目位于斷裂破碎帶上或其影響范圍內(nèi)時，常會因為基礎(chǔ)施工工藝的不適用而導致地基基礎(chǔ)的分部分項工程陷入停滯、延期狀態(tài)。以下論述一例在斷裂帶形成的暗河地段施工灌注樁的成功工藝案例，目的在于啟發(fā)工程技術(shù)人員，并在生產(chǎn)實踐注意以下事項：（1）在斷裂帶（尤其是區(qū)域性大斷裂帶）從事巖土工程勘察時，外業(yè)工作的側(cè)重點；（2）斷裂帶構(gòu)造巖類、裂隙、空洞、地下暗河等的分布對工程建設(shè)產(chǎn)生的影響；（3）在斷裂帶上進行樁基施工時，如何使工程措施更有針對性。

1工程概況

該醫(yī)院工程位于廣東省深圳市龍華區(qū)觀湖街道，東北側(cè)緊鄰平安路（龍瀾大道），西南側(cè)距離橫坑水庫約300m，總用地面積56204.3m2，建設(shè)用地面積約56000m2，總建筑面積（含地下室）約356868m2，建設(shè)內(nèi)容包括新建辦公科研樓、門診樓、內(nèi)科住院樓、外科住院樓、婦幼住院樓及醫(yī)技裙樓等。擬建建筑地上為5～19層，建筑物總高度小于100m。根據(jù)規(guī)劃，以內(nèi)科住院樓東側(cè)邊線為界，西側(cè)為3層地下室，底板標高為41.1m；東側(cè)為1層地下室，底板標高為49.5m。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。上部塔樓采用框筒結(jié)構(gòu)，裙房和地下室采用框架結(jié)構(gòu)，建筑主體采用大直徑旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)。

2地形地貌、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)簡述

場地地勢呈西南高、東北低，原始地形標高為49.64～67.72m，最大相對高差18.08m；原始地貌為低丘間溝谷，溝谷走向為北西～南東，后經(jīng)人工堆填筑高整平，并種植樹木，成為國有儲備用地；場地周邊市政道路路面標高為53.342～65.579m。

地層自上而下有：第四系人工填土（Qml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+pl）、第四系上更新統(tǒng)沼澤相沉積層（Q3h）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）、第四系殘積層（Qel）、場地下伏基巖為侏羅系砂巖（J）及早白堊世坪田凸單元蝕變花崗巖及角礫狀花崗巖（K1Pt）及構(gòu)造巖（F）；部分地段尚有地下空洞，主要分布于構(gòu)造巖層內(nèi)。

場址范圍內(nèi)通過大芬斷裂束丹竹頭斷裂（根據(jù)《深圳地質(zhì)》（地質(zhì)出版社，2009年版），斷裂編號為F3441，屬先張拉后壓扭斷裂），呈北西走向，傾向南西，傾角約70°～75°，斷層及其影響帶橫向?qū)挾?/p>

超過200m。場地內(nèi)基巖受斷裂構(gòu)造影響蝕變嚴重，碎裂、糜棱巖化特征十分明顯，綠泥石化現(xiàn)象明顯；中、微風化基巖中節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面傾角多為70°～80°，節(jié)理裂隙在近地表基巖中呈現(xiàn)極發(fā)育，蝕變嚴重，局部綠泥石化現(xiàn)象明顯，差異風化明顯，風化溝槽密集[1]；場地完全處于斷裂構(gòu)造及其影響帶中，場地內(nèi)中、微風化巖面埋深大且起伏大，厚度變化極大。

場地西南距橫坑水庫約300m，橫坑水庫泄洪通道從場地西側(cè)穿過，現(xiàn)狀為常年流水的小河溝，寬約0.5～2.5m不等，深約0.3～1m，地勢相對較低洼。橫坑水庫面積約250000m2，庫容約2550000m3，正常蓄水水位標高為60.2m，水庫壩堤面標高約為64.5m。

3問題

設(shè)計樁端持力層為中、微風化巖，當構(gòu)造碎裂巖厚度較大（≥15m）時，以構(gòu)造碎裂巖作為樁端持力層，并適當加大嵌巖深度，實際樁長為7～50m。實際成樁后混凝土充盈系數(shù)至少為1.3，相當數(shù)量基樁的充盈系數(shù)達1.5以上，驗證、表明了場址范圍內(nèi)的斷裂構(gòu)造裂隙極發(fā)育，且不排除分布地下空洞的可能性。

問題所在區(qū)域為3層地下室，設(shè)計坑底標高約39.5m。基坑開挖至坑底以上約0.5m處施工工程樁。2019年4月起，本區(qū)進入多雨季節(jié)；4月下旬，施工至門診與醫(yī)技樓西南側(cè)基樁（編號243#）時，澆筑的混凝土快速塌落、流失，無法順利凝固成樁。經(jīng)與建設(shè)單位、監(jiān)理單位溝通，總包單位協(xié)商現(xiàn)場超前鉆施工單位緊鄰于問題樁孔一周施打3個鉆孔，揭示地下垂向呈串珠式分布若干空洞；f5d6f33eb815bc2034b5d3f3ff24a3f41d41e2eb3f8484b718e90b7b1ffb35cc通過研究地勘報告，發(fā)現(xiàn)本地段在詳勘階段已揭示若干地下空洞，主要位于構(gòu)造碎裂巖與基巖內(nèi)；而在2018年施工靠近平安路一側(cè)（位于場地東側(cè)）的支護樁時，同樣遭遇地下空洞。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比、分析，咨詢顧問專家，查明造成243#樁基無法順利成樁的主要原因是：降雨后，本場地地下水極豐富，構(gòu)造裂隙是較好的儲水結(jié)構(gòu)，部分地段空洞互相聯(lián)通，形成地下暗河，水流排向北側(cè)場地外。

結(jié)合地勘報告，由建設(shè)五方責任主體共同確定、選取特定超前鉆位置；2019年5月初到中旬，在可能分布大洞徑地下空洞的位置密集施工超前鉆孔。該區(qū)域除分布小洞徑（洞徑≤50cm）地下孔洞外，有3個樁位（除243#外，尚有257#及269#）處分布大洞徑（洞徑：4.0～8.0m）地下空洞，或可能為地下暗河主要流動通道。

4解決問題的方案

總包單位、樁基分包單位在與設(shè)計單位、地勘單位、巖土工程專家等多方溝通后，采用以下3種方案，經(jīng)試驗成樁，效果較好。

（1）采用全套管護壁工藝成樁，由于整體處于封閉環(huán)境，且采用清水清孔，基樁質(zhì)量非常高，有極高的安全性和穩(wěn)定性[2]；可隔離地下暗河對混凝土的沖刷，避免地下空洞對成樁的不利影響，但造價高，不適宜全面使用，適用于地下空洞垂向分布密度大、洞徑大、地下暗河水量大、流速大的地段；對于成孔施工，為防止孔壁坍塌，亦可采用鋼套筒跟進成孔，即一邊旋挖（沖、鉆）孔，一邊接高套筒，并將其震動下沉至已鉆成的孔段內(nèi)，以有效護壁并隔斷地下水。

（2）使用摻入適量速凝劑的高標號（強度等級≥C60）水下混凝土，并調(diào)整混凝土配合比，使其具有較低的坍落度；同時，為使混凝土較好地充填地下空洞，適當延長灌筑間隔時間；適用于地下暗河水量豐富但流速較小或有地下空洞分布的地段。

（3）先采用低標號（如C20）混凝土灌注，實踐證明，除流失外的部分，可殘留10%～20%的混凝土凝固形成“保護體”，再進行二次成孔、清孔、吊入鋼筋籠、二次清孔、灌注設(shè)計強度混凝土；該方案成本低，適用于裂隙極發(fā)育、封閉空洞多、地下暗河流速低的地段。

使用以上3種措施前，尚采用錨桿機在樁孔周圍2m處鉆孔灌注水玻璃（Na2O·nSiO2）。在注漿壓力的驅(qū)使作用下，水玻璃壓入巖體的空隙和裂縫之中，主要作用是充填巖體的空隙和裂縫[3]，從而增強破碎巖體的整體性，有效避免樁孔施工時孔壁掉塊、坍塌、灌注的混凝土流失。

后兩種措施與水玻璃處理地基為超前地層處理，工作原理為：先在暗河與地下空洞、巖體裂隙發(fā)育地段形成固結(jié)結(jié)構(gòu)，再在固結(jié)結(jié)構(gòu)形成區(qū)域施工灌注樁體[4]。

5方案效果簡述

以上3種方案結(jié)合勘察技術(shù)報告、超前鉆成果，有針對性地施用，取得良好效果，有效避免了該地段樁基施工的進一步延期。充盈系數(shù)為1.3～1.7，經(jīng)低應(yīng)變檢測、超聲波檢測、抽芯檢測、單樁豎向抗壓靜載試驗，樁底沉渣滿足設(shè)計要求，基樁樁身完整性為Ⅱ類～Ⅰ類，單樁豎向抗壓承載力均滿足設(shè)計要求[5]。

6斷裂破碎帶灌注樁施工其他注意要點

工程技術(shù)人員尚應(yīng)以系統(tǒng)性思維考慮工程問題的解決方案，并在提出方案前、提出方案時、實施方案過程中注意以下所述要點。

（1）對于勘察設(shè)計單位、施工單位，有必要收集建筑于本市斷裂帶上與影響范圍內(nèi)的工程資料，對不同的斷裂形態(tài)予以區(qū)分，以總結(jié)出其適用的基礎(chǔ)型式、基坑支護型式、施工工法和工藝；并從技術(shù)經(jīng)濟適用性的角度分析其優(yōu)劣性，用以指導具體項目的實施。

（2）在地下水豐富的地區(qū)施工地基基礎(chǔ)工程，宜盡可能避開豐水期，可避免地下水對施工的干擾，縮短分部分項工程工期，并節(jié)省措施費用。

（3）對斷裂帶形成的地下空洞、地下暗河及裂隙密集地段，亦可借鑒巖溶地區(qū)工程施工的經(jīng)驗。

（4）在斷裂破碎帶進行灌注樁成孔施工時，可用以下現(xiàn)象鑒別破碎帶深度范圍：①出現(xiàn)水頭突降，泥漿流失嚴重；②出現(xiàn)鉆頭漂移、跳鉆、鉆機擺動厲害、斜孔等現(xiàn)象；③沖擊成孔時，吸錘程度嚴重，提錘困難[6]。

（5）樁孔成孔過程中極易發(fā)生孔斜，應(yīng)加大孔斜測定的頻率，并及時采取措施[7]。

（6）基樁成樁后，樁身范圍內(nèi)的任意擴孔改變了樁的豎向承載力的傳導模式，當擴孔直徑大到一定程度時，可能不利于樁端承載力的發(fā)揮，使基樁在設(shè)計荷載下發(fā)生過量下沉。

（7）基礎(chǔ)施工大范圍干擾地下暗河時，除了改變地下水流場，對地下水環(huán)境亦會造成一定的污染。

（8）斷裂破碎帶周邊分布大、中型的常年地表水體，且其蓄水量較大、地勢高時，應(yīng)注意常年的地下水徑流持續(xù)掏空斷裂構(gòu)造巖體，使地下形成空洞、暗河。

（9）對灌注樁需穿透地下暗河的地段，其處理措施為將大塊徑石料加工成數(shù)段適宜尺寸的條石，混入碎石塊，投入孔內(nèi)暗河，埋至暗河頂板后，采用比成孔直徑稍小的沖孔鉆頭進行二次沖擊成孔；該方法尚需通過實踐驗證。

7結(jié)語

隨著深圳市建設(shè)用地的日趨緊張，大規(guī)模的建設(shè)工程常跨越斷裂帶或處在斷裂帶的影響范圍內(nèi)；對斷裂帶的研究與處置直接關(guān)系到工程造價、工期及運營期內(nèi)工程的安全性。上述3個方案較好地解決了建設(shè)工程地基基礎(chǔ)部分位于斷裂帶及其影響范圍內(nèi)時所遭遇的一類典型問題。

參考文獻

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