高層建筑深基坑地下水對鉆孔灌注樁施工的影響及防范措施

摘 要：在城市高層建筑深基坑工程中，鉆孔灌注樁技術已被廣泛應用。但當地下水位較高時，就會對鉆孔灌注樁施工產生不利的影響甚至造成不良后果。本文結合工程實例，對深基坑地下水對鉆孔灌注樁施工產生的孔壁坍塌和樁身缺陷問題進行了分析，提出了相應的防范及解決措施，可供類似工程參考。

關鍵詞：深基坑；鉆孔灌注樁；孔壁坍塌；樁身缺陷；原因；防范措施

鉆孔灌注樁作為一種適應性強、成本較低，便于施工的基礎形式被廣泛應用于高層建筑深基坑工程中。但由于影響鉆孔灌注樁質量的影響較多，因此，鉆孔灌注樁也容易出現質量問題。尤其是當地下水位較高時，就會對鉆孔灌注樁施工產生不利的影響甚至造成不良后果。一旦出現質量問題將會關系到整個施工工程的質量及進度，因此，有關工作部門必須對此重視，加強地下水對鉆孔灌注樁施工影響的控制，避免工程出現質量缺陷。一旦出現質量缺陷，也要及時的采取處理方法進行補救。

1工程簡介

某高層建筑建設2棟塔樓，具體布局為：地上19層、15層、6層分別為主樓、附樓、裙樓，此外，還設3層地下室，以大直徑鉆孔灌注樁為基礎設計，把裙樓樁直徑設φ0.8m，把塔樓樁直徑控制為1.2～2.0m，此外，還需在樁端嵌入花崗巖（規格為中風化或強風化）。對樁基進行施工前，應先對基坑進行開挖，并使之深度為15m，此外，還應在基坑內對全面鉆孔灌注樁進行施工。基坑上部及下步，應分別使用放坡及樁錨支護結構，對于放坡段的支護立面及坡面，使用掛網噴射混凝土，對于支護樁的樁與樁之間，則使用單管高壓旋噴止水進行施工。

2工程地質與水文環境

對樁基進行施工前，已先把基坑開挖至15m，且已把其上部的粉質黏土、人工填土以及淤泥進行完全挖除，風化花崗巖粉質礫質黏土為開挖面及其以下地層的主要地質環境。對本區域的地質情況進行詳細分析可知，此工程位于西北向斷裂及次生東西向斷裂的交接位置，兩條斷裂帶會在很大程度上對其施工產生影響，此工程處于基巖裂隙的發育位置，風化程度比較嚴重，風化槽的深度高達60～130m。場地附近所在地段中才基巖都的埋藏深度較淺，因此，在這樣的條件，所形成的風化深槽和谷地有較大的相似性，且此地已逐漸成為地下水的匯集區域，西北向呈張性斷裂，有良好的導水性，且含水量豐富，能在很大程度上為本工程提供豐富的地下水源。據現場勘查可知，原地面以下的1.6～2.6m都是本工程穩定的地下水位埋深。

3灌注樁前期施工中出現的問題及原因

3.1孔壁坍塌及原因

對工程進行施工之前，使用旋挖鉆機在主樓和附樓挖一個試成孔，直徑分別為1.6m和2m，在孔口埋設一個長度為4m的長鋼護筒，把泥漿的黏度及相對密度分別設為16～20s、1.1～1.2，孔壁在鉆頭進入到風化花崗巖之后，均出現了坍塌現象。對工程樁進行施工的前期，主要使用回轉鉆機及旋挖鉆機進成孔，鉆孔直徑分別為1.1m、1.8 m、以及2.0m，在施工的第一周，12個鉆孔中有8個發生了坍塌，其中3個鉆孔在終孔安放鋼筋籠時出現坍塌，5個在鉆進強風化花崗巖時發生坍塌。經現場檢查，多數孔壁都是在孔深10m之內的淺部發生坍塌。以下為孔壁發生坍塌的主要因素：

（1）基地土的結構受到破壞，強度出現一定降低。對土方進行開挖的過程中，土體是自重應力銀基坑中土體原有的應力情況發生改變而有所釋放，從而導致基坑的坑底發生向上的回彈狀態，從而引發土體出現松弛。

（2）地層的穩定性在遇水后受到威脅。鉆孔灌注樁施工中所處的地層多為粗粒花崗巖風化殘積土、強風化以及全風化的花崗巖。蝕變及風化的作用下，風化物的直徑就會逐漸變得粗大，結構會比較松散，此外，孔隙還會出現一定發育，而黏土礦物的土質為高嶺土，巖層在多種因素的共同作用下，一旦遇到水分就會很容易出現崩解現象，且還會發生松散性的破碎，從而會使孔壁在鉆孔施工的過程中發生掉塊乃至坍塌現象。

（3）雨季的影響。當降雨時間及降雨量達到一定程度后，就會給基坑內部抽水及排水帶來一定難度，且坑底的土體在積水的影響下會出現軟化作用，當其強度下降到一定程度后，其就會很容易發生坍塌。

（4）支護體系的施工對土體產生影響。樁錨結構是基坑支護所使用的主要結構，周邊工程樁距離基坑支護樁之間的最小距離為20cm，樁周土體會施工的過程中受到影響，從而會很容易導致距離支護樁側土體發生坍塌。

（5）設備的影響。本工程中所使用的履帶式起重機、旋挖鉆機以及回轉鉆機等設備的重量都在1000kN以上，它們在運行及行走的過程中，會給土體帶來明顯的附加應力，這樣振動及擠壓的影響下，相鄰樁孔就會極容易發生坍塌。

（6）孔內承壓水的壓力比泥漿柱的壓力大。對鉆孔灌注樁進行施工時，為了使孔壁的穩定性得到一定保證，應使孔內的泥漿液面比地下水位高1.5～2.5m，本工程的承壓水水頭比基坑底面高14m，這樣會對樁孔施工時，達到承壓水層后，若泥漿密度比較小，那么承壓水壓力就會高于孔內泥漿柱的壓力，從而會導致承壓水向孔內發生突涌或滲透現象，從而會在鉆孔的過程中發生坍塌現象。

3.2樁身缺陷及原因

使用旋挖鉆機對直徑為0.8m樁孔進行鉆孔具有一定的優越性，但是樁身會在灌注混凝土后出現多處滲水現象，對其進行低應變檢測后，發現某些樁身的存在一定缺陷，且完整性僅為Ⅱ類。以下為樁身出現缺陷的重要因素：

（1）孔壁的穩定性在灌注的過程中受到影響，從而發生坍塌，進而導致樁身出現斷樁或夾泥現象。

（2）當灌注混凝土中有地下水滲入時，承壓水層就會比混凝土的表面高，當混凝土沒有完全凝固之前，承壓水就會在樁身或樁身附近逐漸形成滲流通道，這樣當承壓水上升到一定程度后，其就會不斷沖把滲流通道附近混凝土中的水泥砂漿，從而會使混凝土在樁心及樁身周圍發生比較明顯的蜂窩及離析現象，此外，還可能會出現向外返水等不良現象。受到基坑內外水頭差的影響，地下水可能會向附近支護結構的鉆孔灌注樁發生突涌或滲流，從而對樁身混凝土產生一定的沖刷作用，進而使樁身混凝土出現缺陷。

4防范措施

4.1改進泥漿性能參數

鉆孔施工的過程中，應結合地層的具體情況，使用原地層以自然方法造漿，此外，還應適當增加純堿及膨潤土等對泥漿的性能參數進行有效調節，為了能在最大程度上避免鉆孔發生坍塌，對泥漿進行配置及使用的過程中，應注意使孔壁保持穩定。

4.2在孔口埋設長護筒支護孔壁

對前期鉆孔具體情況進行詳細分析后可知，大多數鉆孔都是深度8m以內發生坍塌，因此，為了避免鉆孔發生坍塌現象，應在淺部孔壁加長孔口護筒，以增加其穩定性。此外，孔口護筒還可在一定程度上對地表水的滲漏現象進行隔離，并有效避免地表發生坍塌，另一方面，其還具有以下作用：控制樁位、保持孔內水頭高度、導正鉆具、保護孔口等。

對于不同的樁徑，應選用厚度不同的鋼板制作護筒，此外，為了對護筒進行有效保護并避免其受到埋設，還應使用包箍加厚方法對護筒的上、下端外側進行處理。護筒內徑比相應樁徑大18～32cm，長度設為9～12m，對于前期坍塌后做回填處理的鉆孔，應把之護筒長度增加至12m。護筒頂端，應留一個溢漿口（面積為350mm×350mm），以使泥漿的循環更加方便，在護筒的頂部焊接2個吊環，以便于護筒的起吊。

鋼護筒的質量及長度都比較大，因此，可使用振動法對護筒進行埋設，為了使鋼護筒埋設時的垂直度和平面偏差都能達到相關要求，埋設前應先使用旋挖鉆機鉆進和護筒直徑相同的鉆孔中，鉆孔深度應為護筒長度的1/3，接著把鋼護筒放到孔壁內部，對其垂直度及平面位置進行適當調整后背，再利用振動錘以振動方式對其進行沉放。對混凝土進行灌注完畢后，應及時使用振動錘及履帶式起重機以振動方式拔出護筒。

4.3基坑內降水

本工程無法在基坑外降水，于是通過在基坑內降水來降低地層中的承壓水位，并使其水位下降至基坑地下室底板以下2～5m；本基坑的開挖面積約為10458m2，在基坑內側設置20個降水井，在基坑內沿后澆帶設置8個降水井，使用是鉆孔直徑為320mm，進入強化風化巖10～20m，往下鉆入130mm過濾管成井。以單井單泵自控方式方式給降水井抽水，當井水進入到基坑內的排水溝后，二次抽水就會逐漸排到場外的市政管道中。

為了對基坑的降水情況作更進一步的了解，于是先分別在基坑主、附樓中設置2個觀測井，然后對井的深度觀測，結果發現兩個井分別為5m的全風化巖花崗巖和10m的強風化巖花崗巖。

4.4選用合適的方法鉆孔

本工程中，最大鉆孔深度及最大樁徑分別為27.5m、2.0m，主樓及某些副樓樁都要求把中風化花崗巖嵌入樁端，中風化的巖面有比較明顯的起伏，會給施工時帶來較大難度，因此，結合本工程的具體情況并綜合考慮安全性、經濟等多種因素，本工程后期選用了旋挖鉆機、沖擊鉆機、反循環回轉鉆機等多種鉆孔工藝相結合的方法進行施工，以下為具體的施工方法：

（1）沖擊成孔。主、附樓的周邊樁和基坑支護樁之間的距離比較近，其孔壁比較容易發生坍塌，而沖擊鉆機的占地面積較小，鉆進時會對孔壁有一定的擠密及穩固作用，因此，可使用單繩沖擊鉆的方式使其成孔。

（2）旋挖成孔。對于某些直徑為1.2m的附樓摩擦樁和直徑為0.8m的裙樓樁，應使用強風化花崗巖對樁端的持力層進行設計，這樣的地層具有良好的可鉆性，因此，可使用SD-28型旋挖鉆機直接鉆進成孔。

（3）聯合使用旋挖和沖擊鉆進方式成孔。對樁身直徑為1.2m的主、附樓而言，成孔時，把持力層設計為強風化花崗巖中有中風化夾層或強風化底部的摩擦端承樁時，應先使用旋挖鉆機鉆進到塊狀及砂礫狀的強風化花崗巖中，然后再使用沖擊鉆機鉆進到花崗巖底部，直至其符合設計要求。

4.5對灌注過程進行控制

（1）對混凝土的攪拌質量進行嚴格控制，對于作業現場中的每車混凝土都應按照相關標準對其和易性和坍落度進行有效檢查，檢查合格后，才能投入使用。

（2）結合不同的孔徑，為其配備不同的灌注導管，以使混凝土的埋管深度能在初灌后達到1.0m或1.0m以上。表1為不同樁徑的所對應的導管直徑和混凝土初灌量。

（3）對混凝土進行灌注的過程中，應使其灌注量為20～40m3，如果罐車不能行使到孔口，應使用混凝土泵車對混凝土進行灌注，以使混凝土的灌注能在運輸的過程中保持良好的連續性，此外，還應使混凝土的灌注標高比設計標高1.0m或1.0m以上。

5結語

高層建筑深基坑中的地下水會在很大程度上影響到鉆孔灌注樁的施工，本文結合工程實際分析了灌注樁前期施工中出現的問題及原因，并提出了相關的防范措施，以此為相關工程的施工提供參考。

參考文獻

[1] 王文明；丁力生；梁旭黎；王自強.深基坑地下水對鉆孔灌注樁施工的影響及對策[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2013年04期

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