喀斯特地貌巖溶對水泥廠樁基工程的影響

王兆明

通訊地址：天津水泥工業設計研究院有限公司，天津 300400； 收稿日期：2017-12-18； 編輯：張志紅

某水泥廠處于喀斯特地貌巖溶強發育地區。設計階段地質勘察報告顯示，鉆孔見洞率為53%，施工階段超前鉆結果也充分證實了本場地巖溶十分發育，其中生料庫鉆孔見洞率達61%。現場基槽開挖也顯示了喀斯特地貌特點：水泥庫等車間的基槽開挖后巖面狀如石林，窯中車間開挖后巖層呈現懸崖狀，相鄰幾米遠的巖層高差可達6～7m。基槽開挖巖石狀況見圖1，樁基施工現場情況見圖2。

圖1 基槽開挖巖石狀況（懸崖狀）

1 樁基工程簡介

圖2 樁基施工現場（泥漿護壁）

本工程樁基直徑分為?1 000mm、?600mm兩種，均為嵌巖端承樁，樁端持力層為石灰巖，總樁數為578根，共分布于10個車間，具體車間樁基情況見表1。

表1 車間樁基情況

設計入巖深度為1.5D，根據樁徑及巖石硬度情況，并結合樁機施工速度，綜合確定?1 000mm樁采用沖擊成孔施工工藝，?600mm樁采用旋轉鉆進成孔施工工藝。超前鉆方案采用一樁一孔，并根據鉆探中顯示出的巖溶發育及相鄰鉆孔高差情況適當補充鉆孔。

本樁基工程施工由某勘察研究總院承擔，共投入沖擊鉆機23臺、旋轉鉆機8臺，歷時兩個半月完成。

2 不同階段樁基數據對比

2.1 詳勘-超前鉆兩階段數據對比

設計階段的詳勘鉆孔布置較少，施工階段的超前鉆為一樁一孔（個別位置有補充鉆孔），鉆孔越多，對基巖狀況的判斷越準確。為了解鉆孔數量對判斷基巖狀況的影響，以設計詳勘及超前鉆資料為依據，進行了詳勘、超前鉆兩階段的數據統計，分別給出了各車間基巖埋深變化范圍、基巖高差、平均埋深差值等，詳見表2。

由表2可見，對于基巖高差數據，超前鉆比詳勘大較多，對于平均埋深數據，兩者差值較小。

由于巖溶的復雜性，即使超前鉆鉆孔數量較多，少量數據仍然不能完全符合巖石真實情況，例如，個別鉆孔可能打入巖間裂隙，造成基巖埋深失真。在實際樁基成孔過程中，也反映出了與超前鉆不符的情況，存在溶洞減少及基巖面標高變化的情況。

2.2 設計-超前鉆兩階段數據對比

為了進行溶洞影響的數據對比，以超前鉆資料為依據，進行了設計、超前鉆兩階段樁數據統計。其中，設計數據未計入溶洞影響，超前鉆數據計入了溶洞影響，兩階段的總樁長、入巖總長度、預估混凝土量對比見表3、4。

針對表3、4給出的相關數據，如：總樁長、入巖總長度的超前鉆與設計比值，鉆孔見洞率及最大溶洞等，分析如下：

表2 詳勘-超前鉆兩階段基巖埋深及高差數據對比*

表3 設計-超前鉆兩階段樁基數據對比（1）*

表4 設計-超前鉆兩階段樁基數據對比（2）*

（1）總樁長數據中超前鉆與設計比值為1.46，也就是說受溶洞影響后的總樁長是未考慮溶洞時的1.46倍，可見本工程樁基受溶洞影響很大。值得注意的是，比值1.46與樁的長度及巖溶情況兩個要素有關，本工程各車間平均樁長范圍在6.9～16.4m，樁長總體上偏短，溶洞影響的相對占比就大。

（2）入巖總長度數據中超前鉆與設計比值為4.1，即受溶洞影響后的入巖總長度是未考慮溶洞時的4.1倍，此比值直接反映了溶洞發育情況，比總樁長比值更有參考價值。

（3）本場地石灰巖鉆孔見洞率為47%，按照《建筑地基基礎設計規范》規定，見洞率＞30%為巖溶強發育等級。另外，超前鉆結果顯示，本場地石灰巖中可能存在較大溶洞，例如：原料粉磨可能有13m高的充填溶洞，生料庫可能有9m高的空溶洞，必須做好溶洞處理預案。

2.3 成孔-超前鉆兩階段數據對比

由于樁徑遠大于超前鉆孔直徑，因此超前鉆的結果還不能完全反映樁孔及周圍巖石的情況。樁長的調整，不論是加長還是縮短，均是以樁基施工記錄為新的依據，所以，應充分分析超前鉆結果及樁基施工記錄，并實時作出新的判斷。樁長調整要充分考慮相鄰樁孔的孔底深度，控制高差，以確保安全為原則。本工程樁基成孔過程中主要出現了以下情況：樁端遇到裂隙、嚴重傾斜巖層、溶洞減少、巖面變淺等，這些情況均引起了樁長調整，具體見表5。

根據以上數據對比，可得出以下結果：

詳勘-超前鉆兩階段的平均埋深接近，因此在工程前期工程量估算時，地勘中的平均埋深更有參考利用價值。

設計-超前鉆兩階段的入巖總長度，超前鉆與設計比值為4.1，即受溶洞影響后的入巖總長度是未考慮溶洞時的4.1倍，此比值直接反映了溶洞發育對入巖工程量的影響。

表5 成孔-超前鉆兩階段樁基數據對比*

成孔-超前鉆兩階段的樁深對比中，成孔階段有23個孔進行了調整，占?超前鉆總樁數的3.9%，樁長共調整減少了87.5m，占超前鉆總樁長的1.6%。

3 溶洞處理預案

從超前鉆施工勘察情況來看，場地內溶洞、裂隙發育，大部分樁孔有溶洞、裂隙且漏水嚴重，多數溶洞內充填著可塑粘土、軟塑粘土，少量空洞。本區域溶洞發育特征主要為垂直發育，一般為近于垂直的溶隙，個別溶洞呈串珠狀，水平溶蝕不發育，鉆孔中所發現的溶洞多以垂直溶隙為主，未發現大型溶洞群。根據超前鉆勘察資料，結合當地施工經驗，對場地內不同規模、不同性狀的溶洞擬采取的處理措施見表6。

表6中的處理方法只是一種預案，溶洞情況千差萬別，施工時應根據實際情況選取最合適的措施進行及時處置。對于需要處理的溶洞樁孔，施工組織要緊湊，施工速度應加快，盡量縮短成孔、待灌、灌注時間。

4 樁基施工中的問題及處理

（1）樁基成孔前超前鉆孔的補充

避免“一孔之見”，要結合相鄰鉆孔的持力巖層深度，盡量將相鄰樁底的高差控制在一倍樁間距范圍內。在懸崖處時，樁端擴散角內均應為連續穩定巖體，以保證樁外有一定厚度的巖體。因此，為進一步查明懸崖、溶洞范圍等特殊情況，先前制定的超前鉆布孔方案需要隨著超前鉆施工進程進行調整。本工程在超前鉆過程中，遇到了懸殊高差、大溶洞等不利情況，均在其周圍補做了超前鉆孔。

（2）短樁的處理

巖面高低起伏、落差很大，巖面至承臺底面的距離也就長短不一，有的很短，就形成了短樁。據有關資料介紹，同一承臺下樁長不同，受力不同，甚至差別很大。短樁由于剛度大，受力更加復雜，承受更大的剪力，易出現脆性的剪切破壞等。短樁是天然形成的，很難通過改變巖面來增加樁長，所以設計中應采取必要的措施，例如，有些情況可采取增加樁基配筋的方法來提高短樁的結構附加承載能力；有些情況因樁太短而改變了樁的受力特性，需要重新對樁身進行設計受力分析；個別情況需特別處理，甚至更改設計方案。

（3）沖擊成孔中的問題

本工程場地處在喀斯特地貌區域，很少見平整基巖面，因此成孔過程中遇到較多的問題是傾斜巖面無法成孔，甚至損傷沖擊鉆頭，處理方法是：拋填片石，目的是消除傾斜巖面，重新沖擊成孔；沖擊時，采用低沖程慢沖擊，不求速度，有的樁孔甚至多次拋填片石才會達到糾正效果。另外，除了拋填片石方法外，也可采用灌注混凝土方法，要根據實際情況選擇。

（4）混凝土灌注中的問題

表6 溶洞處理預案

混凝土灌注過程中出現最多的問題主要集中在漏漿、混凝土超量、兩樁連通等。漏漿的處理方法是拋填粘土，堵塞裂隙，注意觀察泥漿液面變化情況；混凝土超量的處理方法是判斷溶洞及裂隙的情況，及時補充混凝土，注意觀察樁頂下沉情況；兩樁連通的處理方法是兩樁同時灌注，注意兩樁間的相互影響。

5 結語

處在喀斯特地貌中的巖溶十分復雜，樁基實施方案需要根據施工超前鉆及成孔過程中對巖溶的重新判斷進行實時調整。所以，巖溶強發育場地中的樁基工程實施步驟較多，主要有：設計詳勘、樁基設計方案、施工超前鉆、依據超前鉆確定樁長、溶洞處理預案、成孔及問題處理、灌注及問題處理、樁基檢測。在這些步驟中，依據超前鉆確定樁長是最重要的承上啟下的一步，現場工程師需要根據樁孔及相鄰鉆孔綜合分析確定樁長；成孔及問題處理也是要重點關注的一步，要根據成孔過程實時接受成孔中的信息，依據成孔對巖層的具體反饋來調整樁長。因此，巖溶強發育場地中的樁基，部分樁的長度只有在成孔完成后才能最終確定。■