巖溶地帶超高層建筑筏板基礎的地基處理

中建五局第三建設有限公司 長沙 410004

1 工程概況

背景工程位于長沙市，地下4層，地下室為框架-剪力墻結構，地上塔樓75層，主體結構為鋼管混凝土框架加鋼筋混凝土核心筒加伸臂結構的混合結構體系，建筑總高度約350 m。

本工程塔樓基礎為天然地基筏板基礎，基礎持力層為中風化灰?guī)r和微風化灰?guī)r，持力層單軸抗壓強度標準值fa=1 600 kPa。

場內地下巖溶現象、間斷性裂隙多，巖溶主要發(fā)育于灰?guī)r上部。在鉆探揭露范圍內，巖溶隨深度增加而逐漸減弱。溶蝕溝槽、溶洞多被黏性土全填充。經綜合比較各基礎形式的施工工藝特點及專家論證，決定對該工程的塔樓筏板基礎持力層軟弱部分采用地基處理的施工方法。

2 關鍵施工技術與工藝

2.1 施工準備

施工前為對塔樓基底進行三維高密度電法勘探（ERT）、地質雷達勘探和超前鉆勘探，探查基底部位巖溶、斷層及基巖破碎區(qū)域的發(fā)育、分布情況及特征，有效地反映了該區(qū)域宏觀、微觀地質形態(tài)，經設計和專家討論會審后，形成意見，為后續(xù)地基處理探明地底情況，以便有針對性地制訂方案及提出處理意見。

2.2 已經揭露巖溶的處理

對于已經揭露的巖溶，主要采用素混凝土換填，混凝土強度等級不低于C25。從現場揭露情況來看，該部分巖溶內填充著大量黏土。為確保混凝土置換的質量，必須將巖溶內的黏土填充物清除。否則將導致混凝土與灰?guī)r之間存在軟弱接觸面，影響置換區(qū)域的承載力和剛度[1-2]。

1）先對巖溶部位厚度小于50 cm的灰?guī)r和軟弱充填密集的巖塊采用機械強力清除，后采用機械將破碎塊和大量軟弱填充物挖除。

2）再對少量、角落不易清除的軟弱填充物采用人工挖除。

3）最后對未清理干凈的黏土填充物采用高壓水槍沖洗（80～120 MPa壓力），局部角落配合人工毛刷刷洗。采用高壓水槍沖洗的注意事項如下。

（1）采用高壓水槍沖洗填充黏土之前，應確保泥質粉砂巖區(qū)域的墊層已經施工完畢，并且達到50%設計強度，以免沖洗填充物的水軟化泥質粉砂巖。

（2）高壓水槍沖洗、清理出一片區(qū)域后（面積不宜大于250 m2），即刻將該區(qū)域內的泥漿抽走，隨即澆筑混凝土。待已澆筑的混凝土初凝后，方可進行下一區(qū)域的換填。為縮短工期，可進行跳倉施工，原則是避免已經清理干凈的區(qū)域受后清理區(qū)域的污染。

（3）設置泥漿池，沖洗黏土后抽取上來的泥漿經過沉淀后方可排入市政管道，嚴禁抽取上來的泥漿回流至基坑內。

2.3 已經揭露強風化泥灰?guī)r、泥質粉砂巖的處理

基坑開挖至設計標高后，應將已經揭露強風化泥灰?guī)r、泥質粉砂巖進行清理，清理至中風化基巖面后，即刻采用素混凝土回填至設計標高，混凝土強度等級不低于C25。

1）已經揭露的強風化泥灰?guī)r、泥質粉砂巖宜分片區(qū)進行清理，每片區(qū)面積不宜大于200 m2，且當天清理完畢區(qū)域應于當天采用混凝土回填封閉，防止水軟化中風化基巖。

2）注意天氣情況，不能在下雨天清理強風化泥灰?guī)r、泥質粉砂巖層。

3）清理至中風化基巖面后，須即刻由地勘單位現場勘察認可。

2.4 構造破碎帶的處理

對于構造破碎帶，主要采用鉆孔注漿的方式。

1）在勘察報告及坑底現場確認并標記為破碎帶區(qū)域范圍，外擴1.00 m后設置厚250 mm的配筋墊層。墊層混凝土強度等級不低于C25，內配單層φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網片。如圖1、圖2所示。

圖1 破碎帶注漿平面布置

圖2 破碎帶注漿剖面示意

2）為防止通過構造破碎帶滲透到墊層底的水泥漿在注漿壓力作用下將墊層頂起，配筋墊層下設置抗拉短錨桿。錨桿做法類似于錨桿靜壓樁的錨桿做法，采用沖擊鉆成孔，成孔深度不小于0.80 m，內插1根長度約為1.00 m的φ20 mm鋼筋，彎折250 mm后錨入配筋墊層。錨桿的孔內灌注硫磺膠泥或者快硬水泥作為黏結劑。

3）短錨桿的間距采用2.00 m×2.00 m方格網布置（每4 m2設置1根短錨桿）；短錨桿施工完畢后再澆筑配筋墊層。

4）墊層達到50%設計強度后，采用地質鉆機成孔（注漿孔）。終孔的標準為揭露破碎帶，并穿越破碎帶不小于1.00 m。如未見破碎帶，可繼續(xù)往下鉆進，直至到達最大孔深16.00 m（勘察報告顯示的最大破碎帶埋深）處。

5）鉆孔（注漿孔）直徑不宜小于70 mm，注漿孔的間距可采用6.00 m×6.00 m方格網布置。成孔完畢后即刻放置注漿管，注漿管采用厚度不小于3.50 mm的無縫鋼管（也可采用壁厚不小于3.50 mm的鍍鋅鋼管，即自來水管），鋼管之間應采用絲扣連接。

6）注漿管頂部1.50 m不開注漿孔（光管），其余設置注漿孔（花管），端部（底部）采用悶頭堵死；注漿孔的面積不宜超過截面面積的25%；注漿管頂部應設置閥門（或者悶頭），注漿完成后即刻關閉閥門（或者悶頭），以免注漿完畢后漿液返出[3-4]。

7）注漿孔上部1.00 m左右采用水泥漿（水灰比0.55）封閉，待封閉水泥具有一定強度后（一般為3 d左右）開始注漿，注漿管在注漿孔頂以下1.00 m處設置止?jié){環(huán)，防止頂部封孔水泥漿往下滲漏，影響封孔效果。止?jié){環(huán)可采用編織袋（或者干海帶）纏繞，起到隔絕水泥漿的目的。

8）注漿采用P.O 42.5水泥。水泥必須采用合格產品，嚴禁有結塊，以免堵塞注漿管。注漿水泥漿液水灰比為0.70（可根據現場的可注性進行調整），水泥漿必須經過細目鐵絲網過濾后方可用于注漿。

9）注漿壓力應達到6.00 MPa以上方可停止注漿。如單孔注漿量較大（例如超過5 t水泥），而壓力仍未達到6.00 MPa以上，則應及時通知有關單位。嚴禁壓力不滿足要求而擅自停止注漿。

10）注漿采用間歇注漿，即第一次注漿壓力達到6.0 MPa后，關閉注漿管的閥門，間歇一段時間（實際間隔時間根據現場試驗后確定，暫定為10 min），然后開啟閥門再次注漿。一般單孔要進行2～3次間歇注漿。

11）第一個孔注漿時，應記錄注漿壓力達到2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa時的注漿量。因此，漿液拌制后必須放置在存漿筒內，注漿泵從存漿桶內泵送水泥漿。記錄對應壓力下桶內水泥漿液面高度，否則將無法定量不同壓力下的注漿量。

12）注漿的順序：對于條帶狀的破碎帶，可采用從兩端向中間的注漿方向，并且一個孔間隔一個孔注漿，注漿時觀察鄰近未注漿孔內是否有水或者地下水涌出，以此判斷破碎帶的連通性。對成片分布的破碎帶，采用從四周向中間的注漿方向，跳孔間隔注漿[5-6]。

3 結語

該工程經過上述施工技術后，所施工的地基換填、注漿處理后經載荷檢測試驗，均符合基底承載力要求，工程質量和工期得到了保證，值得向同類地區(qū)工程推廣應用。