復雜巖溶地區高層建筑樁基礎施工技術

【摘 要】 在巖溶地區，針對工作量十分巨大的嵌巖灌注樁基礎，有條件地選擇人工挖孔樁和沖孔灌注樁相結合的施工技術，對縮短工期、降低工程造價是行之有效的。對于地層復雜的樁孔可能存在的沉碴問題，提出了“后注漿“處理措施。

【關鍵詞】 巖溶地基，嵌巖樁基礎，施工技術，后注漿處理

緒言

近年來某市區高層建筑發展十分迅猛，城區范圍內新開發建設的住宅小區絕大部分為高層住宅，對地基基礎的要求越來越高。鑒于高層建筑擬建區域大部分為可溶巖分布區，巖面高低起伏不平，溶洞和溶蝕破碎帶發育，設計時考慮到高層建筑對不均勻沉降的敏感性及基礎承載力因素，普遍采用嵌巖灌注樁基礎，持力層要求為具有一定厚度的連續完整巖層。由于巖溶地區地質條件的復雜性以及樁基施工過程中不可控制的因素較多，這就需要在前期勘察過程中較準確地掌握溶洞等地質情況，根據不同的巖溶發育情況選擇合適的樁基施工工藝，以達到樁基施工“多、快、好、省”的目的。

1、工程及地質概況

某小區位于某市城南汽車站附近，一期規劃建設五幢28層（地下1-2層）的商業住宅樓，框剪結構，基礎形式為一柱一樁嵌巖灌注樁。設計要求樁孔穿過中風化巖層上部的溶蝕破碎帶和溶洞，全斷面嵌入完整巖體深度不小于500mm并保證樁端以下中風化完整基巖的厚度不小于5m，樁徑分別為φ1000、φ1200、φ1300、φ1800和φ2000五種，共621根嵌巖灌注樁。

根據前期工程地質詳勘資料，本場地為石灰巖巖溶發育地區，勘察鉆孔揭露上覆第四系土層主要為厚薄不等的新近人工填土以及硬-軟可塑狀態的紅粘土，下伏基巖為石炭系中上統壺天群灰巖，溶洞及溶蝕裂隙發育，巖面起伏較大，埋深在1.2～17.5m之間，溶洞及溶蝕裂隙中富含巖溶裂隙水，具微承壓性，地質情況異常復雜。

根據規范要求結合本場地巖溶發育實際情況，樁基施工之前按“一樁一探”或“一樁多探”原則對所有樁孔進行了超前鉆探（施工勘察），以獲取單個樁孔具體的巖溶地層發育資料并在此基礎上確定單樁樁端位置、樁長等樁基參數。綜合施工勘察資料，所有621個樁位中有305個樁位揭露存在洞高0.2～4.5m不等的溶洞，占樁孔總數的近一半左右，為巖溶強烈發育地段。單個樁孔揭露的溶洞在深度范圍內絕大多數呈串珠狀分布，少的二、三層，多的六、七層，最多的單孔揭露存在十層溶洞及溶蝕破碎帶，溶洞充填情況以無充填和半充填為主，充填物為軟～可塑狀粘性土夾少量灰巖塊石。另有82個樁位揭露厚度2-8m的溶蝕裂隙帶和巖體破碎層105處。

2、工期要求及成孔工藝選擇

本項目工期要求十分緊張，為及時投入施工并贏得工期，在超前鉆探（施工勘察）確定樁基礎施工參數的基礎上，具體樁孔成孔施工工藝選擇如下：

樁長（樁孔開孔深度）小于12m且無巖溶發育的樁孔采用人工挖孔成孔工藝，其余樁孔則采用沖擊成孔工藝，以最大范圍地開展樁孔成孔施工，縮短施工工期。

2.1 人工挖孔樁

人工挖孔樁是采用人工直接挖孔成樁的一種施工方法，該工藝具有易于進行持力層鑒別和孔底沉碴控制、樁底易做擴大頭以增加單樁承載力、施工現場噪聲干擾少、孔徑不受施工機具的限制可隨需要控制、成孔質量直接可觀、混凝土灌注質量容易保證和設備投入少、投入大量的人力即可保障施工進度等優點。但本場地內巖溶發育的樁孔內地下水十分豐富，且處于城區范圍內周邊建筑物密集，樁孔施工時不能大量抽排地下水，某市城區以往因人工挖孔樁施工大量抽排地下水導致周邊建筑物變形開裂的事例很多，教訓十分沉重，該部分樁孔不宜采用人工挖孔樁工藝；對于深度超過12m的樁孔，即使無巖溶發育，但開挖至巖土結合面時仍將存在較大的涌水，加上孔深過大人工挖孔施工安全性較差，也不宜選用。

2.2 沖孔灌注樁

沖擊鉆孔使用沖擊錐這種具有沖擊兼擠壓側壁作用的鉆具，可沖穿上層溶洞頂板而到達下層溶洞頂板，適用于地下巖溶發育、存在多層溶洞的地質條件，在處理斜面開孔、半邊巖、石筍、溶溝、溶槽等復雜地質條件時比較有利，特別是該施工工藝不需抽排地下水，不會對周邊地質環境條件造成大的影響，是近年來某市城區范圍內高層建筑嵌巖樁施工的主要工藝。相對來說，該施工工藝成孔時事故較多，進尺較慢，對操作熟練程度要求較高。

3、施工要點

3.1 人工成孔要點

人工挖孔灌注樁施工時除按常規方法控制孔徑、垂直度外，在嵌入基巖500mm范圍內不應采用大劑量爆破開挖，如必須爆破，最好采用膨脹炸藥。對于接近巖土結合面的軟～流塑狀土體，可采取開挖施工時縮短裝模長度、增加護壁強度等方法通過。

3.2 沖擊鉆進要點

沖鉆時要視巖石硬度情況確定沖程，若巖石強度低，沖程可略低；反之，沖程則略高。對于巖溶地區地層中存在的探頭石、孤石等，宜采用高錘錳擊或高低沖程交替沖擊，將孤石等搗碎擠入孔壁，并通過粘稠的泥漿和鉆碴將孔壁石縫堵實，避免孔壁漏水，防止發生斜孔、坍孔事故。

3.3 穿過多層溶洞要點

對于一般溶腔較小、多為粘性土充填的溶洞，沖孔時可以直接采用投入大量潮濕的粘性土和片石并立即補水，利用沖擊錐沖擊粘性土和片石擠入溶洞孔壁及其裂隙中；對于溶腔較大的空溶洞或充填物為流塑狀時，則可選擇下沉內外鋼護筒，首先以比設計樁徑大10cm的外鋼護筒下沉至溶洞頂板，當鉆穿溶洞頂板時暫停鉆進，將與設計樁徑同大的內鋼護筒沉入溶洞部位，隨鉆孔跟進至穩定巖面。

3.4 確定樁端位置要點

在地質超前鉆探確定樁端位置的基礎上，鑒于巖溶地區地質條件的復雜性和溶洞形態、分布的突然性，為確保樁基嵌巖深度和樁端完整巖體的厚度達到規范和設計要求，在整個沖擊鉆進過程中，應嚴格管理、仔細觀察，如發現與超前鉆探地質資料不符的地方，及時與施工勘察和設計方聯系，探明情況后方可進一步施工。

3.5 施工順序控制要點

本項目施工場地相對狹小，根據超前鉆探資料，同一地段既布置有沖孔灌注樁，也存在人工挖孔樁，兩者雜亂相處，互相交錯。考慮至巖溶發育區溶洞具有連通性強的特點為，要特別注意樁基的施工次序，相鄰樁基采用人工挖孔樁工藝和沖孔灌注樁工藝時不應同時施工，以免樁孔之間串漿、坍孔，危及人工挖孔施工。

3.6 個別樁孔沉碴過厚處理要點

由于部分樁孔巖溶十分發育，成孔后采取常規的換漿清孔措施時，由于泥漿比重降低、粘度下降，會引發孔壁滲漏、坍孔等事故，孔底沉碴厚度難以控制在設計和規范要求的范圍內，如不進行處理，樁基完工加載后沉降量較大，若其周邊其他樁孔（特別是人工挖孔樁）孔底沉碴控制較好，有可能引起建筑物的不均勻沉降，對高層建筑來說危害性較大。對于這種情況可采取“后注漿”工藝對孔底沉碴進行加固處理，即在下入鋼筋籠時預埋灌漿管，等樁身混凝土初凝后、終凝前用高壓水開塞，繼而對樁底沉碴進行壓力灌漿加固，提高其強度。

4、沖孔灌注樁施工過程中可能出現的情況及處理措施

4.1 卡鉆、掉鉆

在遇到探頭石、孤石、溶溝、溶槽或擊穿溶溶洞頂板時，容易發生卡鉆，其發生的主要原因是擊穿溶洞頂板過猛，鉆頭突然進入溶洞，造成孔形不圓順或掉入大空洞內而卡鉆。

遇到卡鉆時，應仔細分析原因，不可妄動，以免造成越卡越緊或掉鉆事故，當鉆頭可活動時，可上下提動鉆頭，并使鉆頭轉動一個角度，反復嘗試，有可能提出，或用吊車配合鉆機，同時或交替提動，有時能將錘頭提出。用小沖錘（以圓鋼或鋼軌焊接）在樁孔一側沖擊，并配合高壓空氣或高壓水沖射，使卡點松動后提出鉆頭。必要時可試用水下爆破法，震松錘，吊車配合提出鉆頭。

掉鉆的原因主要是大錘的老化破斷，或大繩與錘頭連接不好，鉆孔中應時常檢查機具設備防止掉鉆。

4.2 漏漿

漏漿是指孔內泥漿突然大量漏失的現象。漏漿產生的主要原因是鉆穿溶洞頂板遇無充填物或少量充填物的大空洞，孔壁失去孔內壓力，孔內水頭急劇下降，外部地下水滲透水壓過高而產生水壓力，引起孔壁坍塌，造成泥漿嚴重流失。

遇到漏漿時應立即提出鉆頭，向孔內補漿或補水，保持住孔內漿（水）面高度，如漿面仍不斷下降，應及時進行散拋填，將片石、粘土及水泥制成混合物，視漏漿程度反復拋填，每次應達到1-3m，直到不漏漿為止。當漏漿太快，散填難以達到目的時，應采用集中拋填將粘土袋、袋裝水泥、片石等集中在短時間內大量填入。對于溶洞較發育地區，如拋填措施無效時，可采用全護筒跟進方法，并使其長度跟進至巖溶底部巖層。

4.3 樁孔偏斜

由于鉆機鉆孔時產生位移、局部下沉或傾斜，或在傾斜的巖面上鉆孔、巖質軟硬不均時容易造成斜孔和偏孔。

遇到樁孔偏斜時，可采取下列預防補救措施：①在入巖部位、溶洞處理部位要時刻觀察鋼繩在沖擊過程中的擺動情況，校正鋼繩與樁孔中心的偏差。②如遇到探頭石引起，可用小型鉆機對探頭石打眼爆破。也可回填片石、卵石，用沖擊錘打掉探頭后，或將鉆架略移向探頭石一側，用沖擊錘高錘猛擊，斬斷探頭石。③當發生孔斜時，應立即進行修孔，對于高度小于lm的斜孔段，用小沖程修孔，在傾斜的巖面上沖擊出一個臺階，再采用較大沖程沖擊。對于斜孔段高度在1m以時，應采用填石修孔法。

4.4 塌孔

塌孔主要是由于漏漿嚴重，補水來不及造成的。

常用的處理方法：及時補足泥漿，保持孔內水頭高度，同時加粘土、片石混合料，采用小沖程沖孔固壁，防止塌孔擴大；若塌孔擴大，導致地表塌陷時，其處理方法是：小面積塌陷護筒無位移時，應及時回填粘土并用袋裝粘土加固護筒后再重鉆；若護筒口有較大橫向位移并且無法糾偏時，拔出剛護筒，回填塌孔，重新壓入護筒再鉆。

4.5 斷樁

由于溶洞之間的連通性較好，灌注時難以測出混凝土的數量，水下混凝土流失嚴重時會造成斷樁。

針對斷樁的處理措施有：事先做好應急預案，灌注前通知混凝土供應商保證混凝土供應，灌注現場始終保持兩輛以下混凝土罐車待灌，混凝土漏失后，立即將導管隨漿面下插，并連續進行水下混凝土灌注，若出現大方量超灌且混凝土面不上升，可在灌注一定方量后暫停片刻再進行灌注。

5、結束語

由于巖溶地區地質條件的復雜性和多樣性，因此在巖溶地區進行嵌巖樁施工時，必須堅持前期“一樁一探”或“一樁一探”，盡可探時樁孔地層情況，為后期選擇施工工藝提供依據。此外，還必須根據工程實際要求和場地地層條件制訂科學合理的、行之有效的施工方案，保證工程技術可行、質量可靠；針對可能出現的問題，做好應急處理預案。實踐表明，在本場地有條件地選擇人工挖孔樁和沖孔灌注樁相結合的施工技術，對縮短工期、降低工程造價是行之有效的。