多溶洞強(qiáng)富水性場地雙層鋼護(hù)筒樁基施工管理探討

周雙科 劉會(huì)玲 陳宇飛 黃珺

（中建三局工程設(shè)計(jì)有限公司 湖北武漢 430000）

1 工程概況

昆明市某綜合性公共建筑，場地面積約25000m2，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，共903根樁，其中抗拔樁272根，承壓樁671根，均為嵌巖樁，持力層為中風(fēng)化灰?guī)r。原樁基方案采用常規(guī)的旋挖成孔灌注樁工藝，施工20余根雙層鋼樁基，有15根樁存在嚴(yán)重塌孔，最后采用護(hù)筒旋挖成孔灌注樁工藝[1]。

2 地質(zhì)概況

樁基施工工藝的選擇由場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件決定。

根據(jù)地勘揭示的地層自上而下依次為：①層耕土、②1層粉質(zhì)黏土、②2層飽和粉土、②3圓礫、②4層黏土、③1層強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、③2層中風(fēng)化灰?guī)r，溶洞分布于③2層中。

溶洞分布概況：基巖為白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育且不均勻，巖溶形態(tài)洞、管、隙并存，局部溶洞呈串珠狀發(fā)育；詳勘鉆探揭露的溶洞發(fā)育洞高0.5～4m不等。

地下水概況：地下水水位較淺，穩(wěn)定水位在地表-0.5m左右。場地內(nèi)地下水分為上層滯水、孔隙水和巖溶水三種類型。上層滯水主要賦存于①層耕植土中，富水性弱，對(duì)工程無影響；孔隙型潛水的主要含水層為圓礫層、粉土層。而圓礫層和粉土層的均勻性、連通性、透水性較好，富水性較強(qiáng)且具微承壓性，對(duì)工程樁基施工影響較大；巖溶水以溶隙、溶孔和溶洞為主要儲(chǔ)水空間，富水性不均勻，富水性強(qiáng)。

3 常規(guī)旋挖成孔灌注樁工藝塌孔原因分析

（1）水力梯度不足。泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁工藝要求泥漿面高出地下水位1.0～1.5m以上，以保證樁孔處有足夠滲流方向向外的水力梯度使土體穩(wěn)定。場地地下水位位于地表-0.5m左右，現(xiàn)場采用先打樁后挖土的工序，打樁期間降水采用降水井的方法進(jìn)行降水，過程中降水井逐漸被粉砂填充，降水效果不明顯；而圓礫層、粉土層孔隙型潛水的微承壓性使泥漿面相對(duì)地下水水位的高度要求更高，施工過程中水力梯度無法保證。

（2）土層對(duì)于擾動(dòng)敏感。飽和粉土屬于較高靈敏性土質(zhì)，鉆孔對(duì)土體的擾動(dòng)就可能引發(fā)土體流滑和破環(huán)。

（3）孔隙型潛水具微承壓性，主要含水層為圓礫層、粉土層，水力梯度不足時(shí)，微承壓性會(huì)使?jié)撍畬觾?nèi)泥、砂、礫石等加劇流入孔內(nèi)，造成塌孔。即使掏出大量坍塌物勉強(qiáng)成孔，在澆筑混凝土?xí)r，也可能將水泥砂漿沖走，造成樁身周圍離析，樁體受損，成樁質(zhì)量無法保證。

（4）當(dāng)鉆孔至溶洞處，由于突然漏漿造成水頭高度急劇下降，透水層（粉砂層、圓礫層）失穩(wěn)。

4 雙層鋼護(hù)筒旋挖成孔灌注樁工藝

普通旋挖成孔灌注樁工藝存在成孔難問題，經(jīng)施工專家咨詢會(huì)討論，專家建議借鑒路橋施工中鋼護(hù)筒旋挖成孔灌注樁施工工藝。下面以直徑為1m的工程樁為例，對(duì)雙護(hù)筒旋挖灌注樁工藝進(jìn)行說明：

（1）定位放線完成后，采用360型旋挖樁機(jī)安裝1.3m直徑鉆頭鉆至灰?guī)r頂面；

（2）將直徑為1.2m的臨時(shí)外護(hù)筒下至灰?guī)r頂面位置；

（3）改用1.1m直徑的鉆頭進(jìn)行灰?guī)r層鉆進(jìn)施工至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高；

（4）下放外徑1.02m的永久型內(nèi)護(hù)筒至孔底；

（5）換用直徑0.8m的平底清孔鉆頭進(jìn)行沉渣清理；

（6）下放鋼筋籠及導(dǎo)管，進(jìn)行沉渣復(fù)測，達(dá)標(biāo)后灌注混凝土，混凝土灌注完成后拔出1.2m直徑的臨時(shí)外護(hù)筒。

該工藝解決了成孔問題，但在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了樁頂標(biāo)高下降、抗拔力不足、充盈系數(shù)大等問題。

5 樁基施工過程中典型問題分析

（1）樁頂標(biāo)高下降嚴(yán)重。澆筑半小時(shí)后檢查樁頂標(biāo)高均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，但土方開挖完成后，部分樁在設(shè)計(jì)標(biāo)高處只見鋼筋籠，未見混凝土，割除外露護(hù)筒發(fā)現(xiàn)原樁頂混凝土標(biāo)高下降0.5～3.0m不等。

原因分析：場地持力層灰?guī)r存在裂隙；由施工工藝可知護(hù)筒與巖石存有間隙，存在反漿的可能；巖溶形態(tài)多樣，混凝土終凝前均有可能蠕變至溶洞其他區(qū)。

處理方法：對(duì)問題樁采用鉆芯法對(duì)樁身完整性、樁身混凝土強(qiáng)度及樁端持力層情況進(jìn)行檢測。合格則考慮鋼護(hù)筒對(duì)樁身的保護(hù)，僅做界面鑿毛后澆筑混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高；否則補(bǔ)樁處理。

（2）樁基抗拔承載力不足。

理論上鋼護(hù)筒與灰?guī)r存在0～80mm的間隙。樁周土層在地下水涌動(dòng)下隨著時(shí)間沉淀，此間隙將會(huì)被沙石填充，形成有效的樁側(cè)摩阻力，但短時(shí)間內(nèi)間隙將造成樁周無有效側(cè)摩阻力。抗拔樁檢測結(jié)果（見表1）也證明了間隙對(duì)抗拔承載力的影響。

表1 部分抗拔樁檢測結(jié)果

抗拔樁檢測結(jié)果不滿足，設(shè)計(jì)單位要求對(duì)進(jìn)行注漿處理。由于改用此工藝后未進(jìn)行施工前試樁，對(duì)此工藝對(duì)抗拔承載力的影響預(yù)估不足，未在樁側(cè)預(yù)埋注漿管。現(xiàn)場進(jìn)行后注漿存在以下問題：①鉆孔無法緊貼側(cè)壁，隔一定距離鉆孔，操作中稍微傾斜，鉆頭遇到鋼護(hù)筒即無法繼續(xù)下鉆。因無法緊貼側(cè)壁注漿效果無法保證。②孔口無法有效封堵，注漿壓力值[2]很難達(dá)到要求。最后不得不根據(jù)抗拔檢測的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，降低抗拔承載力設(shè)計(jì)值，重新進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，做補(bǔ)樁處理。在補(bǔ)樁施工困難的位置，采用局部加厚底板的方法進(jìn)行處理。

（3）充盈系數(shù)大。

鋼護(hù)筒只是對(duì)鉆孔穿過圓礫層、粉砂層起到護(hù)壁作用，對(duì)孔底發(fā)生漏漿防護(hù)意義不大，普遍存在混凝土反漿至護(hù)筒與巖石間隙的情況；地層溶洞較多、巖石裂隙發(fā)育較好，混凝土的用量無法估量。

（4）施工周期長。

原因分析：①相比常規(guī)的旋挖成孔灌注樁工藝，增加了鋼護(hù)筒的招采、加工、制作、運(yùn)輸?shù)戎芷凇＂谥酗L(fēng)化灰?guī)r飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值平均強(qiáng)度達(dá)到58.3MPa，最高者達(dá)78MPa，增加了機(jī)械設(shè)備的選擇難度，需采用大型機(jī)械，場地內(nèi)能同時(shí)作業(yè)的機(jī)械數(shù)量減少。③基巖強(qiáng)度高且?guī)r面起伏不定，具有一定的傾角，鉆孔平面內(nèi)土巖軟硬不一，容易出現(xiàn)斜孔，因此施工至土巖交界面時(shí)需更換高強(qiáng)度鉆頭，減緩鉆機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)控制鉆桿垂直度，增加了成孔周期。

6 施工管理方面的思考

（1）關(guān)于施工前試樁處理不當(dāng)。

①“優(yōu)待”試樁。規(guī)范規(guī)定：設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的樁基或地基條件復(fù)雜、基樁施工質(zhì)量可靠性低的工程需進(jìn)行施工前試[3]。采用常規(guī)的旋挖成孔灌注樁工藝，塌孔嚴(yán)重，成孔困難，現(xiàn)場施工人員不斷清孔，不計(jì)混凝土超灌量，用時(shí)近兩周時(shí)間完成了4根試樁樁基。經(jīng)檢測，單樁極限承載力與設(shè)計(jì)值相符，但這樣特別對(duì)待的試驗(yàn)樁本身已經(jīng)失去了其他工程樁的代表性，失去了試樁的意義。只關(guān)注試樁的結(jié)果，未重視試驗(yàn)樁施工過程，未及時(shí)調(diào)整施工工藝，進(jìn)行后續(xù)施工近1個(gè)月時(shí)間，造成工期嚴(yán)重滯后。

②雙護(hù)筒旋挖灌注樁未進(jìn)行施工前試樁。樁基全部完成后檢測顯示抗拔承載力不足，不得不將原工程樁降低抗拔承載力使用，并采取補(bǔ)樁或加厚局部底板等處理措施。

（2）應(yīng)充分把握施工工藝對(duì)樁基的影響。該工藝在路橋基礎(chǔ)施工中較為常見，路橋樁基施工中基本不涉及抗拔問題，而房建項(xiàng)目因存在地下室及地下水位較高等原因樁基會(huì)存在抗拔問題。對(duì)抗拔樁應(yīng)用該工藝時(shí)，應(yīng)對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，加入后注漿處理措施。

（3）樁頂標(biāo)高檢測后，應(yīng)增加混凝土終凝前復(fù)檢流程，及早發(fā)現(xiàn)及早處理。

（4）因持力巖層多溶洞多裂隙及全鋼護(hù)筒工藝存在間隙等原因造成的充盈系數(shù)過大及樁頂標(biāo)高下沉等問題，能否通過對(duì)樁端混凝土提高混凝土等級(jí)后摻加速凝劑[4]的方式進(jìn)行處理。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)確定合理添加量，現(xiàn)場加入商品混凝土攪拌車內(nèi)，快速攪勻，立即進(jìn)行卸料施工。通過改變樁端混凝土的流變性能使其快速凝結(jié)硬化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)混凝土用量可控，是否可行尚需工程試樁后的充盈系數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及樁基檢測數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

7 結(jié)論

（1）應(yīng)重視試樁，尤其對(duì)于場地地質(zhì)條件復(fù)雜的工程尤為重要，施工前試樁可以為設(shè)計(jì)單位選定樁型和樁端持力層、掌握樁側(cè)樁端阻力分布并確定基樁承載力提供依據(jù)，同時(shí)也為施工單位在新的地基條件下設(shè)定并調(diào)整施工工藝參數(shù)進(jìn)行必要的驗(yàn)證[3]。

（2）對(duì)新的施工工藝流程應(yīng)進(jìn)行分析，充分了解工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于工藝自身缺陷對(duì)樁基的影響應(yīng)進(jìn)行預(yù)判，并嘗試對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)。