淺談沿海地區復雜地質條件下樁基礎工程的質量控制要點

趙曉磊++武帥

摘 要：沿海地區地質條件復雜，多存在軟土觸變、砂土液化、巖溶塌陷、侵蝕塌岸等地質災害危險性因素，該文依托于大連灣綜合交通樞紐客運站工程樁基礎工程的實際經驗，采用嵌巖灌注樁基礎的施工工藝，選擇嵌巖深度為1.5倍的樁徑，并在現場施工采用多種手段確保樁身灌注質量，使得該工程順利通過驗收，可供未來類似工程借鑒。

關鍵詞：機械灌注樁 巖溶地區 過程控制 沿海地質

中圖分類號：TU473.1+4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0069-04

隨著我國經濟的高速發展，城鎮可利用的土地儲備逐漸減少，越來越多的沿海城市選擇了填海造陸來緩解土地壓力。大連灣綜合交通樞紐客運站工程，是大連市重點民生工程之一，建筑面積37 137 m2，工程地處黃海近岸海域，原始地貌類型為水下岸坡，現已回填為陸域，場地內基巖為震旦系南關嶺組石灰巖。

根據前人研究結果，沿海地區（包括回填地區）地質情況復雜，主要存在軟土觸變[1]、砂土液化[2，3]、巖溶塌陷[4]、侵蝕塌岸等危險因素。

為確保沿海地區建筑物基礎承載力充足，多采用機械成孔灌注樁基礎這一成熟的基礎形式。場地內基巖為震旦系南關嶺組石灰巖（Z2n）。該工程采用沖擊鉆進成孔與旋挖鉆進成孔兩種機械成孔方式。樁徑有5種尺寸，分別為600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm。不同于地上建筑工程，灌注樁基礎工程是地下隱蔽工程，在沿海地區及一些復雜地質條件地區往往還是水下工程。根據該工程具體情況，在施工監理中采取一些措施，使得該工程已經順利通過驗收，可以對未來類似工程提供借鑒參考。

1 工程概況

根據前人對該地地質所做的研究顯示，大連港老港區搬遷改造大連灣雜貨及滾裝泊位擴建工程位于大連市甘井子區大連灣境內，根據大連市甘井子區1/10萬地質災害易發區分區圖顯示，該評估區屬地質災害低發區，地質災害一般不發育。

建設項目場地地形簡單，地貌類型單一，地勢相對高差小。評估區地質構造簡單，巖性為灰巖，巖溶較發育。場地工程水文地質條件不良、有可朔性土，承載力小于200 kPa。破壞地質環境的人類工程活動強烈。綜上，評估區的地質環境條件復雜程度屬復雜。

區內不同深度發育有大小不等，形狀各異的溶洞。溶洞有充填、半充填狀態。充填物為軟塑紅粘土。溶洞多沿節理面、層理面延伸。其形態有石芽、溶溝、溶槽、溶洞等，巖溶發育造成基巖面起伏較大，由于受構造裂隙及層理等因素影響和控制，巖溶在縱向、橫向分布上無明顯規律。為了說明該巖溶狀況，選取其中典型相鄰樁身柱狀圖以作示意，從鉆孔柱狀圖中可以看出，兩兩相鄰不到3 m的樁的溶洞大小、位置、地質情況、地層厚度等均有較大差異（如圖1、表1）。通過這相鄰的3個樁的具體情況，可以看到該沿海回填地區的地質情況非常復雜。

2 樁基礎形式的選擇

2.1 軟土觸變時的地基選擇

根據陳蘭云[1]、趙健[5]等人的研究，軟土的正常壓密和固結度極低，而且具有觸變性，因而壓縮性大，抗剪強度低。軟土段內施工，建議采用合理的持力層和基礎型式，并針對地基進行加固，因地基受壓沉降，設計時應考慮所損失的高程。

2.2 地基土液化時的地基選擇

受動力荷載作用后，會導致地基土體積縮小、孔隙壓力增加、有效壓力減小，土體抗剪強度迅速減小，這種現象稱為地基土液化[2]。地基土液化會對構筑物造成很大損害，包括地面沉陷、基礎下沉等。

依據規范，存在液化土層的地基，應根據建筑物的抗震設防類別、地基的液化等級，結合具體情況采取相應的抗液化措施。全部消除地基液化沉陷的措施主要有換土法、加密法、深基礎或樁基礎，當建筑物抗震設防類別高、地基液化勢高、加密法或換土法等不適用時，樁基就成為唯一選擇。樁基礎可適用于液化土層埋深較深或厚度較厚的情況，將樁基穿過可液化的土層、支承在下部不液化的密實土層上，以消除液化的不利影響。

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）[6] 第4.3.7節，第一條：采用樁基時，樁端深入液化深度以下穩定土層中的長度（不包括樁基部分）應按計算確定，且對碎石土，礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚應不小于0.5 m，對其他非巖石性土不宜小于1.5 m。

2.3 巖溶塌陷時的地基選擇

在巖溶發育地區最常見的地質災害便是巖溶塌陷。其表現形式主要為突然毀壞城鎮設施，導致道路和建筑物破壞、通訊中斷、農田毀壞、水庫滲漏、大量水潰入礦坑或隧道，以及使一些供水水源受到不同程度的污染，嚴重時造成人員傷死[4]。通過前文鉆孔柱狀圖可知，該項目所處地質巖溶較為發育。

巖溶塌陷的處理方法[8]主要是實行避讓，不能避讓時采用板梁跨越塌洞和土洞，人工挖孔樁、灌注樁、鋼管樁支撐，使用剛柔體反濾層法回填塌坑，或采用強夯法破壞溶洞，夯實松散塌陷物，制造人工夯實地基，做柱下地基梁，回填灌漿，做好地面排水，防止管道滲漏及地表水匯集下滲，對于相對封閉的巖溶網絡地段，設置鉆孔充、排氣防塌等。在巖溶發育地區建設重要的工程，由于對上部建筑物（構筑物）或橋梁的承載力要求較高，采用一般的填堵或強夯等簡單的方法往往只能消除淺部的土洞，對承載力的提高幅度不大。因此，常采用嵌巖灌注樁基礎，即將樁基置于較穩定的基巖上，并嵌入一定的深度，以滿足承載力的要求。

2.4 沿海地區該項目的樁基礎形式

鑒于以上研究，為最大程度地消除軟土觸變、土液化以及巖溶塌陷對該項目的影響，采用機械成孔嵌巖灌注樁基礎這一基礎形式，可以在很大程度上減弱甚至消除以上地質災害危險因素。

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）[9]第8.5.3節，樁底進入持力層的深度，宜為樁身直徑的1～3倍。在確定樁底進入持力層深度時，尚應考慮特殊土、巖溶以及震陷液化等影響。嵌巖灌注樁周邊嵌入完整和較完整的未風化、微風化、中風化硬質巖體的最小深度，不宜小于0.5 m。

綜合以上，該工程采用的樁基礎嵌巖深度為1.5倍的樁徑。該項目嵌巖灌注樁的樁徑為600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm這5種尺寸，對于最小直徑600 mm樁來說，嵌巖深度為900 mm，滿足以上規范要求。除此之外，根據地質勘查報告，該工程要求所有樁都進行詳勘，一樁一勘，確保所有樁的持力層均為中風化石灰巖（見圖2）。

3 施工器械的選擇

根據該工程所處回填區的巖溶發育的特點，該工程樁基礎施工采用沖擊鉆和旋挖機兩種施工器具。

沖擊鉆成孔是靠自由下落的重鉆頭產生的沖擊力來削切土層或巖層，排出碎渣成孔。它適用于碎石土、砂土、粘性土及風化巖層等，樁徑可達600～1 500 mm。在硬度較高或者脆的地層下有著非常好的鉆孔性能，且鉆孔效率非常高。使用電能，成本較旋挖機低，維修方便。

旋挖機成孔是通過底部帶有活門的桶式鉆頭的回轉破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內，然后再由鉆機提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土。旋挖鉆機效率高、方便靈活、成孔速度快、擴孔率小，成孔效率是傳統的鉆孔機械的10倍以上。但一次投入費用較大，一旦發生故障，修理時間較長。

4 現場監理中需要注意的事項

為加快施工進度，確保按期完工，要求施工單位提前制作鋼筋籠，并在質檢員自檢完成后報監理檢查，檢查合格方可放置在合格區。避免發生吊籠入孔前檢查鋼筋籠不合格，重新制作或返工造成的延誤。對鋼筋籠質量嚴格把關，根據相關規定及時送檢，檢測合格后方可使用。對于鋼筋規格、直徑、加密圈長度、焊縫長度等重點項嚴格審驗。

配合地勘人員做好初巖及終孔的檢查工作，并要求施工單位做好樁信息牌工作，信息牌上應包含樁號、樁徑、樁頂標高、地面標高、設計孔深（初巖、終孔）、實測孔深（初巖、終孔）、日期、護筒跟進等信息，并拍照存檔（如圖3）。要求施工單位用密封袋保存每個樁初巖及終孔巖樣，并做好存檔工作。

清孔檢查除用測繩檢查外，還應同時用泥漿比重計檢查，在放入鋼筋籠后砼澆筑前還應二次測量孔深及進行清孔質量檢查，防止吊入鋼筋籠時造成塌孔而未及時處理，產生樁身質量問題。二次清孔合格后應立即下導管澆筑混凝土。

對于樁徑800 mm及以上的樁，由于鉆頭前端魚嘴處的直徑與最大直徑處有一段距離，終孔時對孔深的測量可能并非最大直徑的孔深，要求施工單位在800 mm以上樁徑的沖擊鉆成孔的樁，在自測孔深的基礎上多打500 mm，以滿足終孔深度及保證嵌巖深度。600 mm及700 mm的鉆頭因前端魚嘴直徑與最大直徑相近，采用正常孔深即可。

5 結語

針對沿海回填陸域地質情況復雜的特點，特別是巖溶發育地區，采用嵌巖深度為1.5倍樁徑的機械成孔灌注樁方法能減弱甚至消除地質災害產生的對工程的不利影響，在現場施工單位及監理人員的相互配合下，目前該工程已完工并通過各方驗收，可以為未來類似地質條件的工程提供借鑒。

參考文獻

[1] 陳蘭云，陳云敏，張衛民.飽和軟土中鉆孔灌注樁豎向承載力時效分析[J].巖土力學，2006，27（3）：471-474.

[2] 劉雙.樁基處理地基土液化設計要點分析與工程應用[J].中國市政工程，2013（5）：66-69.

[3] 謝立民，張琦.盤錦地區地質災害及防治措施[J].化工礦產地質，2008，30（1）：41-44.

[4] 楊立中，王建秀.國外巖溶塌陷研究的發展及我國的研究現狀[J].中國地質災害與防治學報，1997（8）：6-10.

[5] 趙健.軟土地基強度試驗研究及其增長計算理論[D].中南大學，2010.

[6] 朱炳寅.GB 50011-2010，建筑抗震設計規范應用與分析[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[7] 王革立.巖溶地基嵌巖樁樁基特性分析與試驗研究[D].中南大學地學與環境工程學院，2002.

[8] 中華人民共和國建設部.GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.