巖溶地區(qū)樁底持力層檢測平臺設計與應用*

劉軍安，樂 俊，楊慧齊，宋江文，楊 浩，李玉才

(中建三局基礎設施建設投資有限公司，湖北 武漢 430064)

0 引言

樁基已成為高層建筑施工的主要基礎形式，主要分為端承樁和摩擦樁。對于以樁基作為主要承載力的構筑物安全性檢測，主要包括兩個方面：一是樁身完整性，二是樁底持力層完整性。因此持力層的承載力情況探明，對于樁基質量具有關鍵作用。

目前對于樁基持力層檢測，主要采用傳統(tǒng)的鉆芯法，同時也結合其他應用方式，將管波探測法、平行地震波法、跨孔彈性波層析成像、聲波透射法、地質雷達探測、反射波檢測、孔內攝像頭檢測等應用于樁基持力層檢測。馬錦國采用管波探測法、平行地震波法、跨孔彈性波層析成像及聲波透射法有機結合的方式有效查明了樁底持力層完整性情況。許紅葉等基于鉆芯檢測法定量評估，給出了樁基持力層強度、持力層厚度為定量指標，形成了“一體兩翼”的協(xié)同工作模式。張偉等利用地質雷達的工作原理，將其運用于樁基持力層地質缺陷探測，并從理論出發(fā)證實探測的精準度。

本文以傳統(tǒng)鉆探取芯的方式進行巖溶地區(qū)超長樁樁基持力層巖溶情況分析，設計一種超長樁鉆探取芯輔助操作平臺技術，并結合實際工程情況進行應用分析，證實了該檢測技術的可靠性和高效性。

1 工程概況

貴陽龍洞堡國際機場三期擴建工程T3航站樓工程，總共設計810根樁基礎，其中大直徑超長樁29根，全部采用雙套管雙驅動全回轉旋挖鉆施工成孔，其中最長樁基長度為100.4m。場地內巖溶見溶洞率高達20%以上，巖溶發(fā)育程度為強發(fā)育，溶洞內填充主要由紅黏土、溶蝕碎屑、碎石組成，個別溶洞為空洞，部分區(qū)域存在多層串珠狀溶洞，溶洞發(fā)育高度達10～31.7m，分布范圍及深度較廣。

2 巖溶檢測鉆探輔助平臺設計

2.1 平臺設計

對于成孔后樁孔持力層進行鉆探抽芯使用較少，同時鉆機在空孔狀態(tài)下進行鉆孔作業(yè)，人員設備安全得不到保障。為了實現(xiàn)巖溶地層超長樁樁孔持力層檢測，借鑒海上鉆探工藝，其特點如下：①設備不在勘探面，且距勘探面距離較大；②鉆桿處于懸空狀態(tài)，無堅實地層包裹。在此基礎上，設計兩種不同形式的檢測抽芯設備，如圖1所示。其中第1種設備采用混凝土泵管作為空孔鉆桿輔助設備，第2種設備利用鋼管和固定的法蘭盤進行配合使用作為輔助設備。

圖1 輔助設備設計

2.2 方案比選

1)經濟性

對于第1種設計方案，泵管設計采用DN125無縫鋼管，一套超長樁檢測輔助平臺成本為7 820元；第2種設計采用DN125無縫鋼管，一套輔助平臺從材料到加工成本費用共計31 500元。

2)便捷性

第1種設計采用傳統(tǒng)的混凝土泵管，在下放連接時采用管卡，操作簡單、安裝方便，但穩(wěn)定性不足。第2種設計利用鋼板預留的螺栓孔，采用法蘭盤螺栓連接，安裝簡單快捷，同時該設備能夠實現(xiàn)一次安裝，不同位置進行鉆孔取芯，加快取芯效率，縮短多次安裝轉運時間。

3)實用性

第1種設計采用的泵管長度超過20m，單套泵管在樁孔內無法固定，導致樁孔內泵管剛度不滿足要求，管卡連接位置較為薄弱，容易在鉆探取芯檢測過程中發(fā)生變形。第2種設計方案的平臺裝置通過鋼板和鋼管進行焊接，單節(jié)整體性好，剛度較大，節(jié)與節(jié)之間通過法蘭盤螺栓連接，整個輔助平臺裝置在樁孔內剛度高、穩(wěn)定性好。

通過對比分析，最終采用第2種鉆探取芯設計平臺進行加工。

2.3 加工制作

確定設計方案后，項目依據(jù)需求繪制了詳細的制作圖紙，對法蘭盤尺寸的加工精度和法蘭盤與鋼管焊接尺寸精度進行實測實量，結果如圖2所示。

圖2 實際測量結果

從結果可以看出，法蘭加工精度、螺栓孔和鋼管中心焊接精度均符合設計規(guī)定要求，抽樣測量的合格率為100%。而螺栓中心位置的制作精度最大偏差為3mm，抽樣測量的合格率最小為90%，滿足設計要求。因此通過此設計圖和公司制作的平臺架體，能夠實現(xiàn)加工制作精度，滿足施工使用要求。

通過制作樣品，進行地面試拼裝，架體的整體穩(wěn)定比設計分析弱。通過研究分析，由于4根鋼管架體存在平行四邊形不穩(wěn)定扭轉力，因此設計增加穩(wěn)定性支撐，中間采用桁架進行加固焊接，利用三角穩(wěn)定性原理，將鋼管焊接到無縫鋼管上，提高整個架體的穩(wěn)定性，加固設計如圖3所示。

圖3 輔助平臺加固設計

3 輔助平臺應用分析

對現(xiàn)場B1-21樁進行巖溶檢測試驗，該樁成孔后，進行架體安裝，總共花費7h12min。巖溶檢測輔助裝置安裝完成后，進行樁孔底巖溶取芯檢測，取芯時間總共花費12h33min。之前的回填樁孔進行樁底巖溶情況檢測再進行取芯耗時79h25min，采用該平臺極大提高了樁基施工效率。

對其他樁孔的巖溶檢測所需時間進行統(tǒng)計分析如圖4所示。

圖4 使用裝置后巖溶取芯時間統(tǒng)計

從圖4可以看出，統(tǒng)計的8根樁基樁底持力層巖溶取芯檢測時間大致分布在10～13h，平均12h，與試驗樁的巖溶取芯檢測時間相近。說明該裝置能夠有效應用于不同樁長及樁孔持力層的巖溶檢測。同時使用該裝置后，持力層的巖溶檢測所需時間平均為12h，極大縮短了樁基施工過程中持力層檢測時間，同時采用一孔多芯的方式進行巖溶檢測，能夠作為樁孔持力層巖溶情況進行較為直觀的參考及分析依據(jù)，解決了空孔進行樁底巖溶檢測時鉆桿不穩(wěn)定的情況。

4 結語

1)通過對傳統(tǒng)鉆探取芯檢測進行設計優(yōu)化，實現(xiàn)了空孔狀態(tài)鉆探取芯目的。

2)設計采用的該種輔助平臺，能夠有效縮短樁基持力層取芯檢測時間，避免了樁孔回填及復鉆，平均1根樁檢測時間為12h。

3)該輔助平臺實現(xiàn)了樁孔檢測的“一樁多孔”取芯過程，同時提高了鉆桿穩(wěn)定性。