復雜地質條件下鉆孔灌注樁施工技術

史長江 余相懿 李嵩 馮朝暉 李泱

摘 要：湘江歡樂城四星級酒店建設場地為灰巖區，地質條件復雜，溶洞、溶槽及溶蝕裂隙較發育，地勘報告遇洞率45.45%，洞內多充填軟塑，軟-可塑粉質黏土夾砂礫及少量碎石等，最大溶洞高度達12.3m，巖溶強烈發育，場地作為擬建建筑物的適宜性一般。

關鍵詞：灰巖區；溶洞；旋挖灌注樁

1 前言

灰巖地區地質條件復雜，由于地表徑流和地下水流對巖石的溶蝕作用和機械破壞作用，溶洞、構造裂隙較發育，巖溶的發育致使建筑物場地和地基的工程地質條件大為惡化。因此在灰巖地區修建各類工程建筑物時必須對工程地質進行詳細研究，以預測和解決灰巖地區的各種工程地質問題。

2 工程概況

四星級酒店分為酒店和酒店2、3#棟，位于長沙市坪塘鎮大王山旅游度假區中心區，緊靠湘江。地下1層，地上2～13層，總建筑面積約4萬m2，建筑總高度20～68m，基礎形式為沖孔灌注樁。共287根，其中φ900樁173根，φ1000樁44根，φ1200樁31根，φ1400樁20根，φ1600樁10根，φ1800樁3根，φ1900樁6根。樁長7～30m。樁端持力層為微風化灰巖。

3 工程地質概況

四星酒店建設場地為灰巖區，建設場地原始地貌屬湘江高階地丘陵地貌，場地中部有一直徑約55m大水塘，底部有較多淤泥。地層巖土特性由上至下分別為：

（1）雜填土：松散狀，為人工填筑，零星分布，層厚均勻性較差；（2）種植土：呈松散狀，厚度較小，力學性質差；（3）淤泥質粉質黏土：呈軟塑狀態，強度低、壓縮性高，工程性能差；（4）人工填土：稍密狀，雖填筑時間較長，但在地下水作用下，強度低、壓縮性高，工程性能差；（5）人工填土：稍密狀，雖填筑時間較長，但在地下水作用下，強度低、壓縮性高，工程性能差；（6）粉質黏土：①為巖土交界面處土層，軟塑狀，承載力低，工程力學性質差。②可塑狀，承載力較低，工程力學性質差，埋深大，零星分布。③硬塑狀，具中低壓縮性，工程性狀一般，fak=230kPa；（7）微風化灰巖：堅硬巖，節理裂隙發育，巖體基本質量等級為Ⅰ～Ⅱ級，工程性狀好；（8）中風化砂巖：較堅硬巖，節理裂隙發育，巖體基本質量等級為Ⅳ級，工程性狀較好。

場地內主要的不良地質為巖溶，其形態以溶洞（槽）及溶蝕裂隙為主。灰巖區共完成鉆孔55個，其中25個鉆孔遇到溶洞、溶槽及溶蝕裂隙，遇洞率45.45%，洞內多充填軟塑，軟-可塑粉質黏土夾砂礫及少量碎石等。

由于樁基施工段土體主要為粉質黏土和人工填土，且人工回填土層較厚，沖孔灌注樁施工存在如下問題：由于土體穩定性差，黏性大，容易縮孔，成孔過程中需采取拋石擠密等措施。沖孔樁施工作業周期長，成孔效率低，且由于施工作業面有限，現場擺放設備數量有限，難以滿足工程施工進度要求。綜合比較沖孔灌注樁與旋挖灌注樁的施工工藝特點，旋挖樁具有施工作業效率高、成孔快，且能夠滿足設計要求。因此經過業主、設計同意并經過專家論證，將沖孔灌注樁改為旋挖灌注樁。

場地具備作業面以后，我部及時組織人員進行樁基超前鉆工作，根據設計院提供樁基布置圖（共287根），超前鉆一樁一孔，隨著超前鉆的施工，部分樁部位地質與地勘報告不符，項目部邊統計超前鉆結果，邊組織監理、業主、地勘和設計開會。會議決定增加超前鉆數量，再根據多個鉆孔的地質情況進行分析、處理。具體鉆孔數量見下表1。

上述增補超前鉆孔的情況，每一次增補超前鉆孔數量，就意味著樁基施工必須等該批次數據出來才能繼續成孔成樁。樁基進度受制于超前鉆勘探數據的進度和地質條件的巖溶不確定因素，只能被動跟從超前鉆施工，無法按照既定的樁基行走路線實施。新的數據出來之后需要增補樁，則樁基行走需要重新修路，需要在已經完成的工程樁上覆蓋較厚土層，費時費工。

4 施工中的困難

根據地勘報告以及現場超前鉆施工情況，可以發現酒店灰巖地質條件的三大難點，分別是：微風化巖強度非常高、溶洞強烈發育且無規律、淤泥厚度深流動性大。3個困難在處理過程中又包含多個特例，施工難度大，耗時時間久，造成工期和成本增加。

4.1 巖硬度極高

酒店場內巖石主要是以高強度微風化巖為主，根據詳勘報告可知，巖硬度平均超過84MPa，最高達111MPa。我司根據地勘報告綜合選用ZR280D型號旋挖機進行施工，但施工137#、147#、182#三根試樁，成孔時發現巖層硬度異常，ZR280D旋挖機在此三根樁施工作業過程中，多次出現鉆頭磨壞、鉆桿損耗等現象。又如125#樁，樁長達37m，入巖深度約32.6m，我司采用ZR360C大功率旋挖機施工，經過三天三夜鉆磨，磨爛3個鉆頭、兩箱高級子彈頭，才完成125#樁成孔。我司將打磨出來的巖石拿去試驗室測得強度達150MPa。四星級酒店區域共完成約200根旋挖樁（酒店2、3#棟基礎因溶洞由樁基礎改為筏板基礎），但是前后進出場的旋挖樁機設備數量達十多臺，都是由于無法進行高強度巖石的鉆孔，無法適應斜巖、溶洞等地質條件，或者是地質條件導致鉆機設備問題頻出。專業施工隊伍曾主動請求退場或被總包單位清退出場。

4.2 半巖半土的斜巖

高強度巖層區域，又包含大量的斜巖地質。此類巖層，表面光滑，巖層走勢極其不規則，且多半與溶洞共存，施工難度大，極易導致樁基偏位和鉆頭磨損或是機械故障。

對于半巖半土，我部采用的是改變鉆頭的成孔辦法，將盤鉆改為筒鉆，用筒鉆將巖體按設計樁徑邊緣切割成縫槽，然后再用盤鉆將孔內巖體鉆掉。盤鉆鉆進時減慢速度，及時檢查并糾正鉆桿垂直度。

176#樁存在多處半邊巖，我司按上述辦法施工時還是出現卡鉆現象，分析原因如下：樁周圍巖石為跳躍分布，巖石大，較為松動，在鉆孔時受鉆機振動影響，產生偏移滑位，擠壓鉆桿導致卡鉆。最終我司采用砼回填來處理。但在砼回填時，砼自176#樁流向168#樁，說明176#存在較大溶洞，后回填砼72方，接著復鉆底部又遇溶洞、溶洞中填充稀泥，再次回填砼，并下放鋼護筒抵住溶洞段才得以施工完成。176#樁整個施工過程共達17d。

4.3 巖面淺鉆巖深度深

據不完全統計，樁長在15m以上樁，基本都包含較長入巖深度，且巖層越往下，硬度越大，耗時耗能越大，強度超過80MPa的微風化巖，若樁徑為12m，采用中聯ZR280A-1旋挖鉆機設備在淺層巖面每小時入巖約100～150cm左右，到巖層深度較深區域則功效減低為每小時鉆巖30cm，采用中聯ZR360C旋挖鉆機設備每小時平均鉆巖約150cm左右。目前中聯ZR360C旋挖鉆機是湖南省內少見的大型鉆樁設備，租賃費用較高。巖面淺導致鉆巖深度深，設備磨損大，工期影響大。

4.4 溶洞處理

溶洞處理的難度較大。每個溶洞的大小、尺寸、分布情況均不相同，無法用統一的標準和方法來解決這一問題。整個酒店基礎范圍內，包含了大量的溶洞，且溶洞大、溶洞層疊、溶洞串通、連通地下暗河等現象頗為嚴重。根據超前鉆數據的統計分析酒店樁基施工勘察鉆孔的遇洞率高達67.7%，2、3#棟區域96個鉆孔遇洞率高達100%，地質條件極其復雜。

對于溶洞問題體現較為突出的，如57#樁，根據超前鉆數據顯示樁長為12m，樁身范圍內無不良地質狀況。樁基成孔過程中亦未發現不良地質狀況，但是在砼灌注過程中，快灌滿前混凝土面突然下沉，在之后的10h內共連續灌筑455方（設計約14方）才灌滿57#樁。后期超前鉆復鉆時，發現57#樁樁底仍存在深度達10m大溶洞。為確保結構安全，最終在57#樁旁補樁兩根。

相對于溶洞灌注來說，溶洞的鉆孔技術難度更大。如139#、149#、168#、169#、173#、176#樁，均有多層溶洞，多層溶洞導致樁孔較深，溶洞主要的處理辦法包括拋填法、混凝土填充法和套放大小鋼護筒跟進法。

我司針對已探明溶洞的處理主要采用效果較好的混凝土回填法施工。但回填次數過多，耗時耗材，如168#樁，整個成孔過程歷時40d，共回填混凝土218方。

173#樁存在多方面的成樁困難，溶洞現象最為突出。該樁于2015.1.15成孔完畢，準備灌注。因地質條件過于復雜，無法確認底部承載力是否滿足要求，最后接地勘單位通知掩埋等待復鉆。2015.4.1日復鉆時，存在嚴重塌孔現象，樁孔稀泥掏除不盡，采用回填砼處理后，往下鉆底部仍存在大溶洞，下放兩節4.5m長鋼護筒，下節鋼護筒因溶洞過大，滑倒于溶洞中，流出樁身范圍，無法找回。

溶洞現象可分為多類，溶洞的大小不一，溶洞內填充材料，也有無填充、稀泥填充、半填充等區別。無填充小溶洞一次成孔，連續澆筑，一般可順利施工。溶洞填充大量淤泥質土，掏孔過程中存在掏完繼續鉆孔，周邊溶洞又會涌入更多泥漿到樁孔內，甚至出現泥漿瞬間涌入七八米，埋沒鉆桿，無法拔出的突發事件。針對此類樁，采用砼回填法效果微弱，耗時耗材嚴重，而樁機長時間掏孔亦費用高昂，且效率極其低下，嚴重影響工人工作積極性。掏出的稀泥污染整個施工場地，對施工現場文明施工有很大的影響，導致后續施工不便。

2、3#棟區域巖溶強烈發育，遇溶率100%，但坑底設計標高（37.5m）以下一定深度內多基巖出露或覆蓋層厚度較小，下伏巖溶雖發育但多已被充填，加之2、3#棟高度僅4層，上部結構荷載不大，如全部采用樁基，大多數基樁的樁長將達20～30m，基礎造價太高，工期太長。出于經濟合理及施工可行等方面的考慮，設計單位將基礎改為筏板基礎+抗浮錨桿的方案。同時降低地下室底板標高，使絕大部分底板基礎落于灰巖之上。

4.5 淤泥對樁基施工的影響

淤泥區無法承受大型機械設備的重量，且易縮孔、塌孔，在淤泥區施工是一件非常棘手的問題，該區域最難成孔的有17根樁，我司嘗試多種方法，如粉噴樁固結土體、泥漿護壁、鋼護筒跟管法、反復掏孔回灌砼等方法，均無法有效的解決問題或只能解決部分問題。

在部分淤泥區域，地基承載力極低，旋挖機行走或是在鉆孔時，因底部淤泥受到擠壓瞬間流動，致使地基變形，幾乎引起旋挖機側翻，差點造成重大安全事故。我司為解決承載力問題，采用大量磚渣換填，并鋪設多層路基板，方能勉強具備短期的承載力。

大面積塌孔主要是土體承載力差，含水率過高的原因。168#和176#樁施工時，灌注、復打多達6次。每鉆孔深度下降2～3m即會遇底部大范圍塌孔、溶洞填充物無法掏盡。此類問題無較好處理辦法，對工期的影響較大。

5 基巖勘探樁底溶洞問題的處理

樁基檢測抽芯深度達到樁底以下5m。在已完成的48根樁基的抽芯檢測結果發現，16#、31#、57#、86#、87#、100#、101#、107#、108#、129#及130#樁底發現大小不一的溶洞、溶蝕裂隙，最大溶洞16#樁底溶洞高達2m。

針對上述樁基抽芯發現樁底5m基巖范圍內的溶洞情況，我部多次組織五方責任主體進行專題會議，針對樁底溶洞的方案處理進行了多次討論，最終形成如下意見：

通過多次專題會議的召開，基本形成了統一的處理思路：較小的溶洞采用注漿處理，較大的溶洞采用補樁處理。處理之后的樁必須經過檢測確認合格之后，才能認為處理方案有效。

6 施工總結

灰巖地區樁基施工難度較大，施工前必須充分了解場地地質狀況，全面分析各種地質狀況對施工的影響，合理選用施工設備和施工方法，施工完成后應做好樁基檢測，對不合格的樁進行處理并復檢。

參考文獻

[1]許厚材.復雜地質條件下基坑支護灌注樁施工技術[J].探礦工程：巖土鉆掘工程，2012，（11）：54-57.