巖溶發(fā)育地區(qū)某項(xiàng)目鉆孔灌注樁方案比選

韋世春

上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200000

1 工程概況

本工程市政部分包含沿肇慶大道下穿西江北路隧道、下穿肇慶大道車庫(kù)聯(lián)絡(luò)通道。

隧道沿肇慶大道下穿西江北路，隧道采用單箱雙室結(jié)構(gòu)，雙向六車道。隧道總長(zhǎng)度455m，分敞開(kāi)段175m+190m和暗埋段90m。車庫(kù)聯(lián)絡(luò)通道下穿肇慶大道接入北側(cè)車庫(kù)，通道采用單箱單室結(jié)構(gòu)。通道總長(zhǎng)度300m，分敞開(kāi)段60m、暗埋段240m。

基坑開(kāi)挖深度5m以下采用拉森鋼板樁圍護(hù)，開(kāi)挖深度大于5m采用鉆孔灌注樁圍護(hù)加內(nèi)支撐和φ600mm高壓旋噴樁止水。

2 工程樁基設(shè)計(jì)概況

隧道、車庫(kù)聯(lián)絡(luò)通道工程樁總樁數(shù)278根，樁徑為800mm，樁長(zhǎng)為8～21.5m，保證工程樁進(jìn)入微風(fēng)化巖深度不小于0.5m，且樁底以下3m范圍內(nèi)無(wú)溶洞。支護(hù)結(jié)構(gòu)立柱樁總樁數(shù)88根，樁徑為800mm，樁長(zhǎng)為10m。支護(hù)樁總樁數(shù)1127根，樁徑為800、1000mm，樁長(zhǎng)為12～21m，支護(hù)樁不滿足嵌固深度時(shí)需進(jìn)入完整灰?guī)r3m。根據(jù)設(shè)計(jì)要求工程樁每根樁施工前均須作“樁位超前鉆”，以便詳細(xì)查明樁位處巖面埋深及溶洞分布情況。

3 工程地質(zhì)情況

3.1 土層分布

根據(jù)勘察成果資料，本場(chǎng)地為石炭系地層，巖土性較復(fù)雜，巖面埋深起伏較大。土層自上而下為①素填土、②1粉質(zhì)粘土、②2淤泥、②3碎石、②4粉土、②5粉質(zhì)粘土、②6淤泥、②7粘土、②8碎石、②9含礫粉質(zhì)粘土、③1粉質(zhì)粘土、③2粉質(zhì)粘土、③3粉質(zhì)粘土、51中風(fēng)化灰?guī)r、52微風(fēng)化灰?guī)r。

3.2 水文條件

場(chǎng)區(qū)地表水為場(chǎng)區(qū)南側(cè)波海湖,水量豐富，水位受大氣降水及人工排泄影響，勘察期間測(cè)得水位標(biāo)高約5.50m，波海湖水體與地下含水層間通過(guò)滲流、側(cè)向徑流互相補(bǔ)給和排泄，具有一定的水力聯(lián)系。

地下水主要有以下三種：

（1） 賦存于填土中的上層滯水。填土主要成份為粉質(zhì)粘土、碎石等，透水性較強(qiáng)、厚度較小、富水性弱，主要受大氣降水和河流側(cè)向補(bǔ)給，經(jīng)地表蒸發(fā)排泄。

（2） 賦存于第四系沖洪積層中的粉土、碎石層中的孔隙潛水。粉土（夾粘性土） ，賦水介質(zhì)連通性一般，透水性中等，分布范圍較廣，厚度一般，故富水性較強(qiáng)；碎石層賦水介質(zhì)孔隙率高、連通性好、透水性強(qiáng)、分布范圍較大、厚度較大，故富水性強(qiáng)。地下水補(bǔ)給來(lái)源為含水層側(cè)向徑流補(bǔ)給，以滲流方式進(jìn)行排泄。

（3） 賦存于基巖風(fēng)化帶中的裂隙承壓水。賦水介質(zhì)存在于中風(fēng)化灰?guī)r的裂隙中，其透水性、富水性均較弱。該層地下水補(bǔ)給來(lái)源為上部含水層越流補(bǔ)給及側(cè)向逕流補(bǔ)給，以滲流方式進(jìn)行排泄。

本次勘察期間，鉆孔中均遇見(jiàn)地下水，24h后觀測(cè)其穩(wěn)定（混合） 水位埋深為1.50～2.66m（鉆孔水位埋深詳見(jiàn)勘探點(diǎn)主要數(shù)據(jù)一覽表） ，相應(yīng)水位標(biāo)高為7.37～6.45m。地下水位受季節(jié)性降水影響，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，上部地下水位變幅為1.0～3.0m左右。建議設(shè)計(jì)根據(jù)構(gòu)筑物類型按不利因素考慮采用，其中基坑抗浮水位可取設(shè)計(jì)地面標(biāo)高下0.5m。

3.3 不良地質(zhì)

根據(jù)肇慶市火車站綜合體建設(shè)PPP項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)地主要的不良地質(zhì)條件主要為流砂及巖溶。

3.3.1 流砂

擬建場(chǎng)地淺部分布有②4層粉土，擬建場(chǎng)地地下水位埋深較淺，松散粉土在一定動(dòng)水頭壓力作用下易發(fā)生流砂現(xiàn)象。

3.3.2 巖溶

⑤溶洞：本次鉆探共36個(gè)鉆孔揭露有溶洞，見(jiàn)溶洞率為43.75%。洞高0.40～6.70m，由軟塑粉質(zhì)粘土全充填或無(wú)充填物，鉆進(jìn)漏水，溶洞頂板層厚巖層0.10～6.90m（含破碎巖） ，巖溶作用對(duì)擬建遂道抗拔樁設(shè)計(jì)、水泵房樁基設(shè)計(jì)及施工有較大的不利影響，設(shè)計(jì)時(shí)需采取合理的處理措施。

本場(chǎng)區(qū)地質(zhì)情況較復(fù)雜，溶洞、溶溝、溶槽等無(wú)規(guī)則分布發(fā)育于灰?guī)r中。

4 施工工藝選擇

4.1 沖擊成孔灌注樁

沖孔灌注樁是灌注樁的一種。灌注樁是直接在施工現(xiàn)場(chǎng)樁位上成孔,然后放入鋼筋籠再灌注灌注樁機(jī)混凝土而成。沖孔灌注樁施工沖孔機(jī)沖擊成孔，為泥漿護(hù)壁成孔。

優(yōu)點(diǎn)：樁長(zhǎng)和直徑可按設(shè)計(jì)要求變化自如；樁端可進(jìn)入持力層或嵌入巖層；單樁承載力大等，可處理溶洞等不良地質(zhì)情況。

缺點(diǎn)：灌注樁成孔工藝較復(fù)雜、成孔時(shí)間長(zhǎng)、功效低；泥漿護(hù)壁產(chǎn)生泥漿量大，污染環(huán)境。工程臨近波海湖，對(duì)泥漿控制要求高。

4.2 常規(guī)旋挖鉆孔灌注樁（SR-250C）

旋挖鉆孔灌注樁是指由旋挖鉆機(jī)施工成孔的樁型。旋挖鉆機(jī)成孔首先是通過(guò)底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆斗內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。

優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低；鉆進(jìn)效率高；成樁質(zhì)量好；環(huán)境污染小。對(duì)粘結(jié)性好的巖土層，可采用清水鉆進(jìn)工藝，無(wú)需泥漿護(hù)壁。而對(duì)于松散易坍塌地層，或有地下水分布，孔壁不穩(wěn)定，必須采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)工藝，向孔內(nèi)投入護(hù)壁泥漿或穩(wěn)定液進(jìn)行護(hù)壁。

缺點(diǎn)：遇巖層無(wú)法鉆進(jìn)入巖。

4.3 大型旋挖鉆孔灌注樁機(jī)（XR360）

配備入巖模式動(dòng)力頭大型旋挖鉆孔灌注樁機(jī)，動(dòng)力頭最大扭矩360kN·m,可以進(jìn)行入巖鉆孔，小型溶洞、斜巖可直接成孔。

優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低;鉆進(jìn)效率高;成樁質(zhì)量好;環(huán)境污染小。

缺點(diǎn)：鉆機(jī)入巖需要特種鉆頭，配件損耗大、綜合成本高。如遇大溶洞、斜巖等不良地質(zhì)，易卡鉆。

5 工藝試樁

5.1 沖孔試樁情況

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，圍護(hù)樁要求按設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)終樁，巖面較淺不能達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)則入微風(fēng)化巖3m，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察報(bào)告及工程樁超前鉆探報(bào)告，需入巖率約82.77%，需入3m巖率約44.42%。且場(chǎng)地范圍溶洞相對(duì)較多，勘察報(bào)告顯示見(jiàn)洞率50%以上，因此初時(shí)采用沖孔灌注樁試樁，因施工效率問(wèn)題，再時(shí)采取旋挖鉆孔灌注樁試樁。前后選用沖孔樁機(jī)和旋挖樁機(jī)成孔兩種工藝。

沖孔試驗(yàn)樁打設(shè)位置在處基坑支護(hù)鉆孔灌注樁（D型）和在BK1+622處基坑支護(hù)鉆孔灌注樁（C型）共2根。

旋挖試樁選取BK1+520～BK1+542間的基坑支護(hù)鉆孔灌注樁（D型）共3根。

鉆孔灌注樁采用從原地面埋設(shè)護(hù)筒，泥漿循環(huán)系統(tǒng)在原地面以上制作；鉆孔樁原地面至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高采用空樁，混凝土灌注完成后回填片石，確保安全2條試樁均成樁。

（1） 鉆孔樁試樁從2017年9月14日開(kāi)始到2017年9月21日結(jié)束，共計(jì)施工8d（中間移機(jī)及維修1d，實(shí)際試樁時(shí)間7d） 。總成孔鉆進(jìn)時(shí)間84h。鉆進(jìn)過(guò)程中土層進(jìn)尺1.19m/h，中風(fēng)化層進(jìn)尺0.31m/h，微風(fēng)化層進(jìn)尺0.09m/h。泥漿指標(biāo)：鉆孔時(shí)比重1.2～1.3左右，粘度在18～22s之間，含砂率為4%，快接近終孔時(shí)泥漿指標(biāo)通過(guò)間斷的往泥漿池內(nèi)添加清水，使泥漿指標(biāo)下調(diào)，最終滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，比重1.07，小于1.15，粘度21s，含砂率1.5。

（2） 在施工過(guò)程中耽誤的主要時(shí)間是微風(fēng)化鉆進(jìn)成孔，共計(jì)61.5h，占鉆進(jìn)時(shí)間的73%，試樁總時(shí)間的67%。由于場(chǎng)地地質(zhì)多變，兩條樁均遇斜巖，微風(fēng)化灰?guī)r強(qiáng)度高，造成不同程度的沖進(jìn)偏孔，出現(xiàn)偏錘、卡錘現(xiàn)象，施工時(shí)采取回填黃泥夾片石小沖程復(fù)沖，回填比例為1：1；反復(fù)回填復(fù)沖；且錘頭磨損嚴(yán)重，需要更換錘頭并補(bǔ)焊耐磨塊。

（3） 混凝土灌注是一個(gè)完整、連續(xù)、不可間斷的工作，灌注工作開(kāi)始前，機(jī)械管理人員和負(fù)責(zé)司機(jī)應(yīng)對(duì)混凝土灌注所使用的全部機(jī)械進(jìn)行維修、保養(yǎng)，保證機(jī)械在施工過(guò)程中正常運(yùn)轉(zhuǎn)。混凝土灌注用時(shí)每條樁均在1h左右。混凝土充盈系數(shù)均大于設(shè)計(jì)要求的“不宜大于1.3”。

經(jīng)試樁的施工情況說(shuō)明：場(chǎng)內(nèi)的地質(zhì)狀況和地勘報(bào)告基本吻合，我公司所選用的施工工藝及機(jī)械設(shè)備能滿足本工程的成樁施工要求。但施工成樁時(shí)間長(zhǎng)，而本工程工期緊迫，樁基占用施工時(shí)間將過(guò)長(zhǎng)，不利于工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

5.2 旋挖試樁情況

從2017年9月14日～9月21日沖孔試樁情況來(lái)看，雖能試樁成樁成功，但成樁效率很慢，綜合施工場(chǎng)地條件分析，難以滿足工期要求；故我司結(jié)合工程實(shí)際情況及以往工程、臨近工程經(jīng)驗(yàn)，擬采用旋挖機(jī)成孔，旋挖機(jī)成孔擁有成孔快，施工效率高的特點(diǎn)，可提高成樁效率，故選取旋挖成孔試樁。

10月3日進(jìn)場(chǎng)SR-250C旋挖機(jī)因樁需入巖3m，機(jī)身動(dòng)力不足無(wú)法滿足入巖深度，調(diào)整后，10月6日進(jìn)場(chǎng)XR360旋挖機(jī)進(jìn)行試樁。自2017年10月8日至10月12日試樁成樁3條。分別為

更換360旋挖機(jī)后3條試樁均成樁。

（1） 旋挖試樁從2017年10月8日開(kāi)始到2017年10月12日結(jié)束，共計(jì)施工5d。總鉆進(jìn)時(shí)間20h。鉆進(jìn)過(guò)程中土層進(jìn)尺8.12m/h，微風(fēng)化層進(jìn)尺0.61m/h。泥漿指標(biāo)：鉆孔時(shí)比重1.1～1.2左右，粘度在18～22s之間，含砂率為4%。

（2） 施工過(guò)程中未遇明顯漏漿、塌孔情況。

（3） 水下混凝土灌注用時(shí)每條樁均在0.5h以內(nèi)。混凝土充盈系數(shù)均大于設(shè)計(jì)要求的“不宜大于1.3”。

經(jīng)試樁的施工情況說(shuō)明：場(chǎng)內(nèi)的地質(zhì)狀況和地勘報(bào)告基本吻合，我司試樁所選用的施工工藝及機(jī)械設(shè)備能滿足本工程的成樁施工要求。

6 方案比選

6.1 二種工藝試樁結(jié)果對(duì)比

通過(guò)3種機(jī)械試樁情況綜合來(lái)看，沖擊成孔及旋挖成孔在本工程地質(zhì)條件下均滿足成樁施工要求。

5條試樁均入巖3m終孔，沖孔樁機(jī)成孔時(shí)間每條樁在40～48h，沖孔土層進(jìn)尺1.19m/h，微風(fēng)化層進(jìn)尺0.09m/h；旋挖樁機(jī)成孔時(shí)間每條樁在6～7h，旋挖土層進(jìn)尺8.12m/h，微風(fēng)化層進(jìn)尺0.61m/h。從施工效率來(lái)看，旋挖樁機(jī)的工效約是沖孔樁機(jī)的7倍。

通過(guò)混凝土充盈系數(shù)比較，沖孔的2條試樁充盈系數(shù)分別為2.39和1.77；旋挖的3條試樁充盈系數(shù)分別為1.77、1.62和1.61。旋挖成孔對(duì)砼超方的控制優(yōu)于沖擊成孔。

因本次旋挖試樁未明顯漏漿、塌孔，根據(jù)以往的工程施工經(jīng)驗(yàn)判斷，本次選用旋挖機(jī)型可處理本區(qū)域小型溶洞及斜巖，節(jié)省了沖擊成孔處理溶洞、斜巖回填、復(fù)沖工序所需的材料、時(shí)間。

6.2 進(jìn)度分析

根據(jù)本工程總進(jìn)度計(jì)劃，需于2018年7月30日前達(dá)到竣工條件，施工工期緊，施工任務(wù)重。樁基施工工期約占總工期的30%，樁基施工進(jìn)度直接影響總進(jìn)度計(jì)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，施工方案的選擇、比選必須將施工進(jìn)度做法重要的考量指標(biāo)。

本工程車庫(kù)聯(lián)絡(luò)通道、隧道設(shè)計(jì)樁數(shù)共1493根，按現(xiàn)有車庫(kù)聯(lián)絡(luò)通道18臺(tái)沖孔樁基計(jì)算，每臺(tái)樁機(jī)平均2d完成一根樁，預(yù)計(jì)需要150d，且需要考慮交通疏導(dǎo)方案，無(wú)法按計(jì)劃完成進(jìn)度目標(biāo)。結(jié)合本工程實(shí)際情況，為實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)目標(biāo)，樁基工程有必要選用施工效率高的大功率旋挖樁機(jī)施工。

7 結(jié)語(yǔ)

故根據(jù)本次試樁情況及兩種方案施工對(duì)比，結(jié)合本工程的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、工期要求，車庫(kù)聯(lián)絡(luò)通道、隧道工程采取如下后續(xù)施工方案：

（1） 工程樁、基坑支護(hù)鉆孔灌注樁采用旋挖成孔方案；

（2） 旋挖成孔遭遇大量漏漿、塌孔或遇斜巖無(wú)法鉆進(jìn)時(shí)，回填鉆孔，采取沖擊成孔施工鉆孔灌注樁。利用兩種機(jī)械對(duì)不同地質(zhì)處理的優(yōu)勢(shì)，最大限度的提高施工工效，同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求和工期要求，減少對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

（3） 經(jīng)過(guò)本工程實(shí)踐，采用2種工藝結(jié)合的施工方案，解決了溶巖場(chǎng)地成孔困難問(wèn)題，加快了施工進(jìn)度，確保整個(gè)工程的順利推進(jìn)。

[1] 陸青濤.旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2012, 19（1）：24-25.

[2] JGJ 94—2008， 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 周宗道.巖溶地區(qū)沖孔樁施工技術(shù)措施探討[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2013,13（3）：79-82.