淺談巖溶地質樁基工程施工方案的探索及應用

摘 要:本文通過某大廈巖溶地質條件下樁基施工方案的分析，得出了巖溶地質條件下合適的施工方案及優缺點，得到了施工方案相關技術參數及技術措施。

關鍵詞:巖溶地質 樁基施工方案 成孔 計量

中圖分類號:TU2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0127-02

1 工程概況

浙江省湖州市長興縣某大廈為24層雙塔商務辦公大樓，地下1層，地上24層，建筑高度99.8m，用地面積6915m2，總建筑面積55842m2，其中地下一層6240m2，地上49602m2;本工程為框架核心筒結構，抗震設防烈度為6度，設計年限為50年。基礎采用混凝土鉆孔灌注樁，其中承壓樁直徑為D800，樁端持力層為入中風化粉砂巖1.5～2.0m，共240根，成孔在50m～59m之間;抗拔兼承壓樁直徑為D600，樁端持力層為8層粉質粘土層，成孔約48m。

2 工程地質條件

本工程地質條件復雜，施工勘察時勘察出4處地下巖溶，為確定地質承載情況能否滿足設計要求，設計要求提前施工靜載試樁，在施工完2根靜載試樁后發現，相對于周邊其余建筑物的樁基施工難度偏大。為了確保該大廈的樁基施工，設計、業主、監理及施工方共同研究后一致提出應對該地質進行詳細勘察，以便查明承載樁基的地質狀況，用以確定樁基施工方案。

2011年5月中旬勘察單位對該大廈的核心筒部分樁基(承載樁基)進行了一孔一探，歷時半個月，基本摸清了該大廈的地質條件。在勘察單位提交報告后，參建各方一起針對該地質條件的情況，進行詳細的分析、研究和討論，存在以下特點:

(1)在240根主樓承載樁基的位置上探明了45個溶洞，其中5個溶洞高差在3m及以上，其余均在0.5m～1.8m之間;

(2)溶洞雖多，但是地質勘察過程中，根據發現的溶洞揭示溶洞之間互不貫通;

(3)該地質條件復雜的另一方面是存在角礫巖及灰巖此類較難鉆進的巖層，其中東北角主要為角礫巖，西北角為灰巖，而場地南部又缺失，地質巖層起伏變化較大。

另據現場了解，場地北側一路之隔的在建大廈項目未發現溶洞，比鄰的場地南側在建大廈項目北側同樣有小溶洞存在，因此，該項目剛好位于巖溶區，地質條件極其復雜。

3 樁基施工方案

本工程設計樁基承載力較高，因此工程樁基采用灌注樁，而在巖溶地質條件下，樁基施工方案一般采用沖孔灌注樁，沖孔灌注樁與鉆孔灌注樁的基本施工工藝相似，區別主要在于成孔方式，沖孔灌注樁為利用沖錘(抓錘)沖擊成孔，鉆孔灌注樁為鉆機鉆進成孔，沖孔灌注樁的缺點是進度慢，成本高，現場管理難度大，兩者的基本施工工藝如圖1。

針對該工程的地質狀況，結合沖孔(鉆孔)灌注樁的施工工藝，為了樁基施工的順利進行，參建各方均派出了專家與會進行了詳細認真地分析、研究和討論，在巖溶地質條件下成孔和控制灌注水下砼方量以免影響其他樁基的施工是實施中的難點，因此，針對該兩項工序，與會專家各抒己見，最終擬定了以下四個方案:

(1)利用GPS-15型及以上鉆機鉆透溶洞，直接澆灌混凝土的方式來施工。

(2)利用GPS-15型及以上鉆機鉆透溶洞，再根據鉆進的數據，采用在穿越溶洞部位的鋼筋籠外包4mm厚的鋼制圓筒，并在溶洞部位上下延伸1.0m以上，確保隔離溶洞，防止澆灌的混凝土注入溶洞，減少混凝土的超方量。

(3)采用沖孔灌注樁施工工藝成孔，沖擊成孔時跟管鉆進，成孔后直接澆灌混凝土，跟進鋼管不拔除。

(4)綜合第2、3種方案，利用沖孔樁機不跟管，直接沖擊成孔，成孔后根據成孔時穿越溶洞的位置，采用鋼筋籠外包4mm厚的鋼制圓筒，并在溶洞部位上下延伸1.0m以上，確保隔離溶洞，防止澆灌的混凝土注入溶洞，減少混凝土的超方量。

4 樁基施工方案的比選及確定

在擬定以上四種樁基施工方案后，與會專家根據以上方案施工的可行性、工期效果、質量控制及經濟性展開了充分的研討論證，具體優、缺點如下:

(1)該種工藝最簡單，工期最短，但灌注混凝土時灌注量不可控制，難以估計經濟性;溶洞部位的混凝土形狀隨溶洞，一則造成質量偏心，力學性能難以掌握，二則造成大體積混凝土，混凝土質量不可控，可能影響周邊樁基施工;且鉆進穿過溶洞時容易卡鉆，必須更改鉆頭。

(2)該種工藝相對簡單，工期相對第一種來說稍長，混凝土灌注量較少，經濟性可行;因成孔直徑存在著上、下不均勻，鋼筋籠外包圓筒會造成下籠困難，且與孔壁間隙的大小難以控制，混凝土灌注施工效果不可控，另外也存在鋼圓筒固定難的問題。

(3)該種工藝相對復雜，存在著工期長，充盈系數大，雖然混凝土灌注量可控，但鋼管跟進，造價最高，在該項目中不存在可行性。

(4)該種工藝較保守，同樣存在著第1、2種方案的缺點，不具備實施的可能性。

通過以上四種施工方案優、缺點的分析，結合本工程地質(小溶洞為主)條件和工期緊張的實際情況，第3、第4兩種方案過于復雜，造價和工期均不理想，因此，首先排除第3、第4兩種方案。由于第1、第2兩種方案施工工藝差別不大，接下來針對第1、第2兩種方案進行進一步的綜合考慮，分析如下:

(1)第1種方案優、缺點均明顯，但對項目工期要求來說最合適;

(2)本工程基本是小溶洞，勘察揭示小溶洞之間又不貫通，因此對于小溶洞的施工不存在大體積混凝土的施工質量問題，也不會影響其他樁基施工;

(3)針對勘察揭示的“大溶洞”，可以采取第2種施工方案彌補;

(4)第2種方案圓筒的半徑如何確定及固定，無歷史施工經驗可參考;

(5)第2種方案存在著安放鋼筋籠困難的難題，影響工期。

在對第1、第2兩種方案的綜合考慮后，有必要對本工程的施工方案進行進一步優化，即采取第1種和第2種方案相結合施工方案，具體如下:

(1)針對1.8m以下相對較小的溶洞，采用第1種方案，施工時先四周，再中間溶洞位置的樁基;

(2)針對1.8m及以上的溶洞，采用第2種方案，先施工溶洞位置的樁基，然后再施工四周的樁基，確保溶洞位置的樁基施工不影響周邊樁基;

(3)施工過程中，如發現未探明溶洞，首先按1.8m的標準進行評判溶洞的大小，根據判斷結果采取何種施工方案。

5 工程施工的控制措施、驗證及改進

在施工方案確定后，施工方在施工前又進行了詳細的方案研究，并在當地咨詢周邊大廈的施工情況，制定了以下具體實施措施:

(1)重新編制樁位圖，特別是對溶洞的大小進行標注區分，并向施工班組發放;

(2)定制專用鉆頭，在鉆頭上安裝導向裝置，解決鉆穿溶洞時卡鉆問題;

(3)抽調公司經驗豐富的樁機操作人員，并認真對樁機操作人員進行交底;

(4)編制樁基施工路線圖，制定施工順序，并要求班組嚴格執行;

(5)現場施工員在施工溶洞位置的樁基時，應在旁指導、記錄施工全過程，發現與地勘資料不符時應及時上報，確保及時進行處理，便于應用針對性的施工方案。

在準備就緒后，該工程于2011年8月19日正式開始施工，整個工程施工分兩個階段，第一階段為施工溶洞較小的樁基，由于樁基操作人員細心操作，項目部管理人員管理到位，在實際鉆進過程中40個溶洞基本與地勘報告相符;地勘報告未揭示有溶洞的樁基在鉆進過程中發現了2處溶洞，高度在0.8m左右，均采用第1種施工方案;總體來說，鉆孔后灌注混凝土比較順利，其中最大的超灌量為5.3m3，由于施工順序比較合理，基本未對周邊樁基產生影響。

第二階段，施工1.8m深度以上，因前面施工小溶洞狀況比較理想，加上小溶洞施工已經有一定的心得，即在鉆穿溶洞時，孔內液面都會有一定的下降，而且下降的多少跟溶洞的大小有關，針對這種情況，我們認為，在施工大溶洞時也可以采用觀察法進行施工，而且根據地勘報告揭示，雖然溶洞比較深，但溶洞體積也不會太大，可以選擇一個存在溶洞的樁位進行試驗，以便確定溶洞的大小及觀察法的有效性，具體如下:該臺施工鉆機單獨設置泥漿池、廢漿池和泥漿循環系統，并對該臺鉆機的用水和泥漿進行計量，以便確定溶洞的大小，從而選擇合適的施工方案。實施后，該臺鉆機鉆進過程比較理想，基本于地勘報告吻合，在接近溶洞位置時，對泥漿池和清水池液面設置標尺，清水池停止進水，在鉆進溶洞的時候，泥漿液面出現輕微的下降，因此現場判斷該溶洞不大，在液面停止下降后，根據計量結果，該溶洞實際超方量為3.4m3，超灌方量與之前施工的小溶洞類似，因此在清孔時我們及時把灌注方案匯報給業主、監理和總承包單位，在征得同意后，采用了第1種施工方案即直接澆灌混凝土，實際超灌方量為3.8m3，與計量結果相差不大，鑒于此，參建各方確定，所謂“大溶洞”的樁基施工均采用單獨泥漿系統和用水計量，并結合計量結果，來確定采用何種施工方案，如出現液面下降較快和計量結果超方量在8m3及以上的，由各方商議下一步施工方案。在2011年12月10日施工完4個“大溶洞”樁基，最大超方量為5.8m3，都采用了直接澆灌混凝土的方式來完成施工。

6 結語

溶洞施工技術一直是樁基施工的難點，特別是房屋建筑方面，施工遇到的情況比較少，這方面的經驗更欠缺，通過本次溶洞施工，收集了一些溶洞方面的施工經驗，具體如下:(1)溶洞施工應采用單獨泥漿循環系統和用水計量，以便確定溶洞大小，針對性地選擇施工方案;(2)采用鉆機施工的鉆頭應設置導向裝置，以免卡鉆;(3)施工前應具體分析研究施工方案的可行性，制定合適的施工順序。

同時發現也存在以下難點，如大體積混凝土對樁基承載力的影響、外包圓筒的鋼筋籠安放等，雖然這次施工未進行，但值得我們去進一步研究和改進。

參考文獻

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