大斜面溶巖區大直徑大承載力嵌巖灌注樁施工技術

程志求 （安慶市重點工程建設處，安徽 安慶 246003）

0 前言

近年來，伴隨我國工程建設技術突飛猛進，高層、超高層建筑大量涌現，樁基基礎施工技術得到了大量運用和長足發展，其中灌注樁施工憑借其無振動、噪音小和適宜在城市建筑密集區域施工等優點被廣泛應用。但國內外對喀斯特地貌富集溶巖地區的樁基礎施工研究有待發展，尤其是大型建筑物溶巖環境樁基礎施工運用灌注樁技術的研究并不成熟。需知全球碳酸鹽巖占大陸殼11%，中國僅裸露型巖溶地區即90萬km以上，為巖溶分布最廣、類型最全的國家。系統研究、解決溶巖區大直徑大承載力灌注樁施工難題，保障樁基礎施工安全、加快施工進度、提高施工質量、減少施工成本已引起業內人士的高度重視。文章通過對該醫院工程門診樓溶巖區大承載力大直徑嵌巖灌注樁施工工藝的研究，希望能為大型建筑物溶巖環境樁基礎施工運用灌注樁技術的工程實踐提供一些參考、借鑒。

1 工程概況

該醫院工程位于安慶市北部新城區，總建筑面積239042.4m2。門診樓地下一層，地下部分建筑面積4489m2，地上五層，地上部分建筑面積16829m2，樁基采用采用鉆孔灌注樁，樁徑規格為1000mm、1200mm、1300mm、1500mm、1600mm四種，設計總樁數為546根，樁以第5層中分化閃長巖為樁端持力層。單樁抗壓承載力特征值6100KN～14000KN，其中14000KN單樁抗壓承載力特征值試驗加載量達到28000KN，為安慶地區單樁抗壓承載力試驗之最。

2 施工難點

①本工程門診樓樁基采用混凝土灌注樁，單樁承載力大，入巖深度深，地質情況復雜。

②場區內地下水豐富，主要分為二類：一類為孔隙型潛水，主要含水層為巖層上方可～軟塑狀粘土，賦水性弱～中等，滲透性均較弱；另一類為基巖裂隙水及巖溶水，賦存于各巖層中，受基巖裂隙的開度及巖溶發肓程度制約。因局部基巖溶（裂）隙貫通，雨水期水量較充沛。

③通過前期施工勘察查明，場區內地質條件復雜，為溶巖微發育地質條件。場區內石灰巖與閃長巖層位相交錯，入巖難以判斷，樁基承載力難以保證。在溶巖地質條件嵌巖灌注樁施工易出現塌孔、漏漿現象，且基巖成孔難度大、施工進度慢，如果處理不當，不僅會對施工工期造成延誤，且也會對建筑工程的穩定性和安全性造成重大影響。

3 方案確定

針對該工程復雜的地質條件和較高的樁基施工質量要求以及較大的工期壓力，我們對溶巖區大承載力大直徑嵌巖灌注樁施工處理進行了仔細的討論和分析，初擬定三種樁基施工方案（表1）。

根據對比分析，結合方案實際施工做法和影響，對初選方案的安全、質量、進度、成本和技術難度給予了選擇依據（表2）。

根據選擇依據，工程技術團隊對三個初選方案進行了評分。為同時滿足安全、質量、進度等綜合考慮，該工程決定采用第3種施工方式，采取旋挖+沖擊鉆孔灌注樁施工方式進行施工，發揮各自施工優勢，確保實現擬定目標（表3）。

4 優選方案分解

我們對樁基施工工藝進行詳細分解，針對過程中會對施工質量和施工進度有重大影響的內容進行列舉并制定了各工序對策表：

沖擊成孔具有適應性廣的特點，在任何地質條件下均能夠實現順利成樁，但是施工效率低，施工進度慢；旋挖成孔具有成孔速度快、效率高的特點，但是溶巖地質條件和入巖施工難度大。利用旋挖成孔和沖擊成孔工藝間的協調作業施工方法，針對溶巖區復雜地質條件下樁基成孔進行了綜合細致的系統研究，充分發揮了旋挖鉆孔和沖擊成孔施工優勢，加快了施工進度、保障了施工質量。

各擬選方案說明 表1

可行性分析表 表2

各工序的具體施工流程如圖1所示。

方案評分表 表3

5 施工措施

5.1 一樁一孔勘探

圖1

該工程巖溶區樁基為大直徑嵌巖樁，要求的單樁承載力相對較大，樁底需全斷面作用在穩定的中風化或微風化基巖上。由于樁基施工成孔選用機械成孔的方法，僅僅依靠打樁機鉆進狀態及所取上來的巖渣無法準確判定樁底是否為全斷面的穩定基巖，而且更不能確定樁底以下3～5m范圍內是否還發育有溶洞、軟弱夾層等影響樁基穩定的不良地質作用。因此該工程嚴格根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）(2009年版)第5.1.5條第4款和第5.1.6條相關要求，在巖溶地區進行施工勘察時，對大直徑嵌巖樁進行一樁一孔逐樁布置。

對策表 表4

5.2 旋挖鉆施工

安裝旋挖鉆機，成孔設備就位平正、穩固，確保在施工過程中不發生傾斜、移動。鉆機就位后準確、穩定埋設護筒。護筒埋設準確、穩定，護筒中心與樁位中心的偏差不大于50mm。護筒可用4～8mm厚鋼板制作，其內徑應大于鉆頭直徑100mm，上部需開設1～2個溢漿孔，護筒的埋設深度應大于等于1.5m，護筒下端外側應采用黏土填實。同時在埋設過程中，一般采用十字栓樁法確保護筒中心與樁位中心重合。鉆頭著地、旋轉、開孔，以鉆頭自重并加液壓作為鉆進壓力。將側面鉸刀安裝在鉆頭內側，開始鉆進。旋挖鉆機成孔應采用跳挖方式。

5.3 溶巖區處理

當旋挖機鉆到溶洞頂時，將溶洞根據地質條件進行分類，采取不同的處理方式，采用沖擊鉆反復沖擊成孔。若溶洞內為全填充時，采用填黏土塊和片石，黏土塊和片石量宜為1∶2；若溶洞內為半填充或無填充時，則采取灌注低標號混凝土，待混凝土強度終凝后利用沖擊鉆反復沖擊成孔。

5.4 入巖成孔施工

5.4.1 入巖成孔施工

樁基入巖施工采用沖擊成孔方式施工。沖擊至巖面時，加大沖程，勤清渣。每鉆進100～200mm取一次巖樣，并妥善保存，以便終孔時驗證。沖擊過程中，為防止跑架，隨時校核鋼絲繩是否對準樁位中心，發生偏差應立即糾正。直至達到設計深度。

5.4.2 斜截面巖石成孔施工

鉆探資料也會有偏差，因為巖層表面并不是一個平面，還沒到鉆探深度的巖層已經碰到巖石，特別是半邊巖這種情況更為明顯。由于巖石的傾角較大，或者由于溶溝、溶槽、形成孔內的“半邊巖”現象，此時沖擊成孔會發生“跑邊”現象，樁頭的鋼絲繩會發生偏斜，鉆孔也會發生明顯的歪斜。這時應提起鉆頭，將孔內拋入片石，進行二次成孔。

5.4.2 擴底施工

圖2為大直徑擴底樁的受力示意圖。由于拉裂縫的出現，使得摩阻力和端阻力處于分離狀態。與直樁的受力和破壞機理不同，樁基擴底可有效改善樁基承載力。

圖2 大直徑擴底樁的受力示意圖

當沖擊鉆至樁持力層，經確認終孔后，即旋挖鉆孔擴底鉆頭進行擴底。

①該工程采用MRS合金擴底鉆頭進行擴底，使用前檢查鉆頭收縮和張開是否靈活（張、收試驗），焊接部位是否牢固，銷軸連結是否可靠，檢查無問題后下入孔內。當擴底鉆頭下入孔底后，在主動鉆桿上做好行程標記，并在擴孔鉆頭底軸下焊接固定鋼板，擴孔鉆頭上裝行程限位器，以便確定擴底終點。

②擴底前，將擴底鉆頭提高孔底，便其處于懸吊狀態，起動鉆機和水泵，待鉆機和水泵工作正常后即可開始擴底，擴底采用低速回轉的技術參數，開始時不隨意加壓，當運轉平穩后，依據鉆機的能力和孔內的反映情況，適當調整壓力。

③在擴底完成后，鉆頭在原位繼續回轉，此時因切削無阻力，轉動較暢順，至清孔完畢后即迅速提鉆。提鉆時輕輕地、漸漸地提動鉆具，使之產生一定的向上收縮力，在徑向和軸向的雙重作用下，收攏鉆頭，提出孔外。如出現提鉆受阻現象，不急躁、不強提、猛拉，采取上下竄動鉆具，并在鉆頭脫離孔底情況下，輕輕旋轉，使鉆頭慢慢收攏。

④清孔作業。在鉆進到設計深度后立即清孔，清孔是保證鉆孔灌注樁成樁質量的重要環節之一，通過清孔確保樁孔的泥漿密度、含砂量、孔底沉渣厚度等指標符合成孔質量要求。先采用旋挖鉆斗磨盤式雙底板撈砂鉆斗進行撈渣法清孔，可一次或多次進行撈渣，清孔后孔底沉渣不得大于50 mm。在孔內安裝好鋼筋籠、灌注導管后，采用大泵量泥漿泵泵入性能指標符合要求的新泥漿，進行正循環法二次清孔，并維持循環30 min以上，確保孔底沉渣厚度符合要求。

5.5 鋼筋籠制作及吊裝

為確保樁基施工質量，該工程施工人員嚴格按照灌注樁樁位圖中的規格加工制作鋼筋籠、內加勁箍及三角支撐筋，并將三角支撐筋端頭伸至護壁與加勁箍點焊固定鋼筋籠，保證鋼筋籠的垂直度及不彎曲、不變形。

鋼筋籠在孔上制作成型后，為確保鋼筋籠吊裝安全，采用吊車整體吊裝的方法進行樁身鋼筋籠安裝。隱蔽驗收時，工程技術人員對標高、主筋直徑、間距、箍筋間距、焊接質量、綁扎質量、保護層等進行嚴格自檢，自檢合格后書面報請監理單位檢查，檢查合格后及時辦理好隱蔽工程簽字手續。

鋼筋籠制作、安裝允許偏差 表5

5.6 水下混凝土澆筑

開始灌注水下混凝土時，管底至孔底的距離宜為300～500mm，并使導管一次埋入混凝土面以下0.8m以上，在以后的澆筑中，導管埋深宜為2～6m；樁頂灌注高度不能偏低，宜為高出設計樁頂標高以上800～1000mm，應使在鑿除泛漿層后，樁頂混凝土要達到強度設計值。首罐混凝土澆筑前，工程技術人員在漏斗頸部設置一個隔水擋板，擋板由細鋼絲繩栓住掛在吊機副鉤上，當混凝土在漏斗內貯存滿后，提起鋼絲繩可把擋板向上拉出并連續向漏斗內灌注混凝土，混凝土壓力使漏斗內的混凝土順利地通過導管并從導管底部流出，向樁四周和上面擠開，減少了混凝土與泥漿的接觸，充分保證了水下混凝土的質量?；炷翝仓瓿?d內，將現場制作的試塊送至工程質量檢測所標準養護28d。

6 結論

在國內外對喀斯特地貌富集溶巖地區的樁基礎施工研究有待發展且大型建筑物溶巖環境樁基礎施工運用灌注樁技術的研究并不成熟的情況下，我們積極研究探索，較好的解決了該工程溶巖區大直徑大承載力灌注樁施工難題。同時，創新性使用旋挖+沖擊鉆孔灌注樁施工方式進行施工，在保證樁基質量的前提下，較好的加快了樁基施工進度，節約了樁基施工成本。同時，該項施工技術已在安慶市老峰片兩區共建和平還建點三期項目和安慶博物館項目先后付諸實踐，均取得較好的效果，具備較好的經濟效益和社會效益。