巖溶地質條件下的CFG抗拔樁復合地基綜合施工技術

林佳銘

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高黏結強度樁，通過在基底和樁頂之間設置一定厚度的褥墊層，以保證樁、土共同承擔荷載，使樁、樁間土和褥墊層一起構成復合地基[1-6]。CFG樁復合地基施工技術已經廣泛應用于我國各種類型工程，特別在較為復雜的巖溶地質條件下，CFG樁復合地基在技術、工期及經濟上相比其他處理方法有較大的優勢。

我國巖溶分布地區十分廣泛。巖溶的廣泛分布及復雜性，使得巖溶地質條件下的基礎工程及地基處理相關研究尤為重要。但目前對巖溶地質CFG復合地基的研究往往偏向于CFG復合地基本身的成樁工藝、質量及過程控制，而忽略了CFG樁復合地基施工的前置處理措施。未經前置處理的巖溶地質，往往是CFG樁機倒塌安全事故及影響CFG樁成樁質量的重要因素。通過超前鉆詳勘，結合具體的溶洞及土洞分布，采用注漿加固的前置處理措施，更能發揮CFG樁復合地基在巖溶地質條件下的諸多優勢。

1 工程概況

1.1 建筑概況

背景工程位于廣州市花都區鳳凰路東西兩側，由A、B兩個地塊組成（圖1），總建筑面積約222 700 m2。A地塊由11棟（19層）住宅及幼兒園、垃圾房等配套設置組成，B地塊由4棟（2層）商業配套及3棟（12層）辦公樓組成。B地塊為整體2層地下室，A地塊大部分為整體2層地下室，局部1～3棟住宅樓為1層地下室。幼兒園（3層）為高強預應力管樁的獨立基礎。

圖1 項目效果圖（左側A地塊，右側B地塊）

1.2 地質水文概況

勘察資料揭露，場地內鉆探揭露地層有人工填土層（Qml）、第四系沖積層（Q4al）、石炭系基巖（C）。地層由上而下分布為素填土、粉質黏土、淤泥質土、粉砂、中粗砂、圓礫砂礫、強風化灰巖、微風化灰巖等。其中圓礫砂礫的承載力特征值為220 kPa，樁側摩阻力特征值為50 kPa。強風化灰巖的承載力特征值為400 kPa，樁側摩阻力特征值為100 kPa。

場地內土洞發育，鉆孔見洞率達4.3%，高1.60～ 12.10 m，高度偏大，平面分布較為孤立，均為空洞，利于水流侵蝕作用。施工過程中須特別注意地面塌陷的問題。

場地內巖溶強烈發育，形態主要以溶洞為主。溶洞初勘鉆孔見洞率45.5%，高0.30～17.50 m。場地基巖表面溶蝕，形成由溶槽、溶溝、石牙組成的微小起伏面。溶洞內部現狀大部分無充填物，少數充填紅褐色粉質黏土及少量棱角狀灰巖碎屑。溶洞均位于地下水位以下。鉆探時遇溶洞后有明顯漏漿現象，故推測溶洞連通性較好。由于多為空洞，故地下水流作用強烈（圖2）。

圖2 地塊溶洞初勘平面分布

本項目地處廣州花都區，雨量充沛，尤其是基坑施工正處于梅雨季節，地下水主要為地表水、孔隙水、基巖裂隙水及巖溶水。場地地下水位較高，周邊河流眾多。雨季地下水位會上升，按最不利組合取值，抗浮設防水位高程取9.7 m。

1.3 CFG抗拔樁復合地基設計概況

抗拔樁采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復合地基。抗拔樁為長螺旋泵壓混凝土灌注樁，采用水下C25混凝土，成樁直徑500 mm，采用合金鉆頭施工，以灰巖面為樁端持力層，施工至巖面后要求磨鉆。鋼筋通長布置，其中鋼筋錨入承臺長度至少為40d（d為鋼筋直徑）。鋼筋采用倒插筋法施工，抗拔承載力特征值為250 kN，有效樁長為7～32 m。

2 前置超前鉆詳勘施工

2.1 超前鉆施工概況

本工程原基礎設計2個地塊樁基礎均采用旋挖樁，設計要求所有的灌注樁及預應力管樁均需做超前鉆，根據超前鉆結果確定樁長。后因旋挖樁在巖溶地質條件下成樁效率極低，僅在A地塊1#～3#樓采用旋挖樁，后續的2個地塊樓棟樁基礎設計變更為CFG樁。本項目的周邊項目曾出現在CFG樁施工過程中，樁機因下伏土洞及溶洞坍塌而造成樁機倒塌事故。因此，本項目采取超前鉆，并根據地下室柱網尺寸（約7.8 m×8.0 m）進行鉆探，在初勘溶洞分布密集位置進行加密鉆探。開孔直徑要求采用100 mm。提前詳勘本項目地下溶洞、土洞分布情況，針對不同的類型作出處理分析判斷，確保CFG樁施工安全。

2.2 超前鉆施工技術要點

1）所有鉆孔柱狀圖須從設計樁頂標高開始，結合巖土工程詳細勘察報告，標注并描述工程樁樁側巖層（土層）和樁端巖層的相關設計參數。

2）超前鉆深度：進入微風化灰巖連續不小于4.5D（D為樁直徑）或不小于6.5 m即可終孔。

3）鉆孔完成后，未鉆測到土洞及溶洞的鉆孔，要求用M15水泥砂漿壓力灌漿封閉鉆孔。

4）查明鉆孔底巖層是否存在裂隙噴涌承壓水。

5）根據鉆探，記錄鉆探進尺、不同巖性的分層厚度和采樣位置、土洞的埋藏深度、溶洞的頂板與底板厚度以及深度。

3 溶洞及土洞注漿施工

3.1 溶洞及土洞的處理方法分析

在溶洞及土洞地質條件下，當上部地層表面受到較大壓力時，可能造成地面塌陷、溶洞坍塌，從而嚴重危及地基施工安全。

超前鉆鉆探結果顯示，本項目溶洞中可能有富水的情況。在地下水豐富時，水玻璃加速凝固有利于保證注漿質量，避免水泥漿無方向性流動，控制流動范圍。因此，本項目對溶洞進行預處理，選用添加水玻璃的水泥水玻璃雙液漿，減少地下水對注漿的影響。水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5；水泥漿水灰比1∶0.6。

本項目土洞主要在第四系沖積層，埋藏較淺，洞內無空洞，超前鉆施工過程中存在地面塌陷及鉆機傾斜等現象，因此考慮土洞采用水泥漿（水灰比為1∶0.6）進行注漿預處理。

3.2 溶洞及土洞的處理技術要點

1）注漿處理，利用超前鉆鉆孔尺寸，埋設φ48 mm注漿袖閥管，孔中同時埋設2根φ26 mm的出氣孔。

2）注漿管的長度由超前鉆鉆孔確定，注漿套管嵌入基巖0.5 m。

3）雙液漿施工過程中發現冒漿時應暫停注漿，孔口封堵后再進行注漿，減少注漿壓力或加濃漿液。注漿壓力在一般灰巖中為0.1～0.3 MPa，巖土界面逐步加大到0.3～0.5 MPa，最大1.5 MPa。

4）終注標準：注漿孔口壓力由小到大，逐漸上升到0.4 MPa左右，吸漿量不大于35 L/min，維持30 min；注漿鉆孔基巖完整，或多次注漿，孔口壓力超過1.5 MPa。

4 CFG抗拔樁復合地基施工

4.1 倒插筋的抗拔樁設計

經過前置的超前鉆、溶洞及土洞的注漿加固后，復雜巖溶地質地層相對較為穩定，確保了地下成樁環境良好及地面樁機等眾多施工機械的運行安全。倒插筋的抗拔樁抗拔鋼筋采用3φ28 mm，通長布置，在相對穩定的施工環境下，抗拔樁按照12 m插筋能滿足設計要求，超過12 m的抗拔樁按照12 m插筋，少于12 m的按照有效樁長設置插筋，鋼筋錨入承臺長度至少為40d（d為鋼筋直徑）。鋼筋需采用鋅基涂鍍，對鋼筋自由段進行防腐處理。鋼筋自由段（樁頂至基礎底部分）刷瀝青船底漆、纏裹瀝青玻纖布不少于2層。經過防腐蝕處理后，自由段上下應埋入混凝土構件內50 mm以上（圖3）。

圖3 抗拔樁大樣

4.2 倒插筋施工

鋼筋籠制作及安放均在施工現場進行，鋼筋籠加強環與豎向主筋進行滿焊固定，在鋼筋籠吊點處應加強，避免吊放時開焊。箍筋與主筋在每個交點處均應點焊固定。

鉆機鉆孔至設計深度后，在提鉆的同時利用混凝土泵通過鉆桿中心通道將混凝土灌注到設定標高，再使用25 t汽車吊，采用兩點起吊法，將鋼筋一次起吊。鋼筋下放前，應焊接好箍筋以及定位筋。起吊過程中必須保證垂直度，采用振動錘于鋼筋籠上方將鋼筋籠振動插入混凝土中，利用振動錘的振動力將鋼筋籠振入孔內，嚴格控制鋼筋籠籠頂標高。

振動錘開始振動下沉時應先慢后快，并隨時觀察鋼筋籠的位置準確性，一次性振動到設計標高。

4.3 穿越溶洞及土洞的處理技術

施工過程中，在個別樁基鉆孔時的成孔范圍內沒出現溶洞或土洞，但在抗拔樁施工或混凝土澆筑時，混凝土面上升極緩或泵漿壓力驟降，有時孔內泥漿面還伴有輕微的下降，此時可判斷為出現溶洞或土洞。

1）遇到淺層土洞，即在樁深12 m范圍內，樁長為設計樁長或已到巖面，可提升到土洞位置，澆筑混凝土，直至填滿土洞。

2）當樁身達到設計長度12 m時，根據電流值可以判定鉆頭下方為溶洞或土洞，再將樁管直接下沉到下層巖面或者樁機的最大施工深度（24 m），澆筑混凝土填滿溶洞或土洞。

3）如果施工過程中遇溶洞或土洞時發現混凝土超灌現象，則超灌25 m3后即可停止，待混凝土初凝后，再在原位重新打樁。

5 結語

本文以廣州花都區鳳凰路項目為例，根據項目復合地基施工的實際情況，從超前鉆、溶洞及土洞預處理到倒插筋抗拔樁施工應用，較為綜合地論述了CFG抗拔樁復合地基在巖溶地質中的適用性。目的在于探討巖溶地質條件下CFG復合地基成套綜合技術應用，為CFG復合地基的推廣應用和后續類似工程的施工提供參考借鑒。通過本工程的施工實踐，得出如下主要結論：

1）在巖溶復雜地質條件下，CFG復合地基比旋挖樁及沖孔樁具有更高的成樁效率和更好的地質適用性。

2）根據地下結構柱網尺寸進行超前鉆施工，詳探地下巖溶分布狀況，可為后續注漿處理及CFG樁復合地基施工提供較為準確的判斷依據及穩定的施工環境。

3）利用超前鉆鉆孔對溶洞及土洞進行注漿預處理，可確保大型機械的施工安全及樁基成樁效率和質量。

4）抗拔承載力特征值為250 kN的抗拔樁復合地基，超過12 m的抗拔樁按照12 m插筋，小于12 m的按照有效樁長設置插筋，能滿足設計要求。

[1] 羅偉凱.CFG樁復合地基在巖溶地質中的應用[J].路基工程,2020 (1):145-147.

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