巖溶強發育地區的質子醫院“零沉降”樁基施工技術

徐金鑫，程錦濤，鄭松，趙博，雷堅，郭善濱

（1.深圳市建筑工務署工程管理中心，廣東 深圳 518000；2.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

深圳市質子腫瘤治療中心項目總建筑面積為35 062 m2，共有13層，分為地上10層，地下3層，總建筑高度為47 m，其作用為獨立的放療醫院，專門針對腫瘤治療配置了世界上先進的質子治療系統，設備最核心的回旋加速器和束流能量選擇系統位于地下室2層，因為其設備的特殊性質，要求束流傳輸區域底板在使用期間的第一個兩年內的變形差≤3 mm，整個質子區域要求的兩端沉降差為0.002 L或30 mm（L為結構柱柱距，mm）。

1.1 項目地質概況

項目所處位置為深圳市龍崗區，場區位于深圳斷裂帶中。在南側橫崗—羅湖斷裂通過，距離擬建場地最小距離約300 m，根據鉆探資料，揭露有石灰巖鉆孔185個，其中，見溶洞鉆孔152個，鉆孔見洞隙率為82.16%，按GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》6.6.2條，場地巖溶發育程度等級為巖溶強發育。其中有45個鉆孔因鉆孔深度超過90 m沒有穩定完整微風化石灰巖9.0 m以上，未找到持力層，其中17個鉆孔見有5 m以上完整微風化石灰巖。勘察詳情見表1。

表1 勘察詳情表

1.2 樁基設計選型

本工程采用大直徑嵌巖樁+筏板作為基礎選擇，工程樁1、工程樁2、工程樁3為純抗壓樁，工程樁1a為抗拔兼抗壓樁，其中，抗拔樁入巖要求≥1.5 m，抗壓樁入巖要求≥0.5 m，最短樁長為7 m。

2 工程重難點

2.1 質子區域建筑物沉降變形要求高

本工程引進的尖端進口設備在能量調試出束階段對能量通道的沉降要求極高，要達到無不均勻沉降的要求，即“零沉降”，這對樁基的成樁質量提出了十分嚴格的要求。

2.2 巖溶強發育地質的樁基施工

根據地質勘察報告及超前鉆資料，本工程地下溶洞較多，揭露溶洞高度為0.1～26.8 m，溶洞頂板厚度0.1～17.64 m。根據擬建工程特性，土洞、溶洞對地基穩定性存在影響（如溶洞頂板坍塌、造成基巖面起伏較大，使地基不均勻下沉等），其次，給樁基礎選型和施工帶來一定影響（如誤判持力層及樁尖滑移、斷樁等現象）。樁基施工應穿過土洞、溶洞層，選擇其下伏穩定巖層為基礎持力層，避免空洞、溶洞層對擬建工程造成的不良影響進一步擴大。

2.3 持力層不連續的樁基施工處理

本工程地下除去溶洞影響外，有部分樁在下部持力層存在不連續的情況，根據鉆探結果，其中有45個鉆孔因鉆孔深度超過90 m沒有穩定完整微風化石灰巖9.0 m以上，未找到持力層，其中17個鉆孔見有5 m以上完整微風化石灰巖。這說明即使在樁基施工階段穿過溶洞成樁入巖，部分樁無法保證在進入持力層后下部有完整的5 m微風化石灰巖，下部持力層無法滿足設計及規范的要求，若不處理下部持力層，極有可能給設備調試帶來影響，從而導致整個醫院無法正常啟用，故對下部持力層的處理是工程測重難點之一。

3 施工工藝流程

3.1 巖溶地區成樁原則

分析溶洞區域施工給樁基施工質量帶來的風險有3點，一是在工程樁施工過程中可能造成塌孔等情況；二是樁端下部若存在溶洞，則對成樁后，后續結構荷載增加后可能引發沉降；三是在復雜地質條件下樁基施工完成后，樁底的沉渣難以控制，常規的正反循環清孔可能會導致下部樁孔側壁土質擾動，引發質量塌孔等質量事故。

故在巖溶地區成樁，本項目制定的成樁原則為“先成樁，后處理”，即在地質情況復雜的溶洞區域溶洞處理的整體流程為：首先，正常旋挖鉆進，在樁身遇到溶洞時，根據現場實際情況進行回填泥漿及C20低標號混凝土，起到樁孔護壁的作用，再繼續鉆進；經地勘判巖后終孔，進行澆筑，此時樁身的溶洞將隨樁體澆筑一起填充，澆筑完成后，利用界面管將下部持力層不滿足設計要求的部位進行填充注漿，起到填充樁下部溶洞，加強下部持力層的作用，此外，清孔時，采用泥漿懸浮法+撈砂斗進行清孔，加快清孔的效率，提高清孔的質量，避免長時間清孔誘發特殊情況發生。

3.2 樁基施工中遇到溶洞的處理

溶洞體積較大時，施工表現是漏漿大且快，處理不當可能引起埋鉆、塌孔甚至地面塌崩。此類土（溶）洞施工前，應盡可能根據超前鉆鉆孔柱狀圖充分了解土（溶）洞的發育情況、構造、填充物等，現場準備好充足的泥漿及較大的泥漿池、水泥包等填塞物。

3.2.1 遇到溶洞穩定成孔

在施工時，先利用撈砂斗進行鉆進，將成樁過程中的粉質黏土層取出，持續鉆進，根據勘察資料進行分析，在即將遇到溶洞，且施工操作人員明顯感覺此處撈砂斗取出的樁芯土中伴有部分巖石頭時，即可更換鉆頭，采用筒鉆進行施工，筒鉆施工時，將溶洞部位采用“吊打式”進行施工，目的在于將遇到的溶洞打穿，此時要注意觀察泥漿護壁的漿液失水情況，目測到泥漿穩定，不影響護壁旋挖成孔，不塌孔的情況下，則樁身溶洞隨樁基混凝土澆筑。采取正常成孔方法施工，穿過土（溶）洞出現漏漿時，及時補充泥漿。

3.2.2 遇到溶洞無法穩定成孔

接近土（溶）洞時，適當加大泥漿比重（1.2～1.3），加強觀察和應急準備，穿透土（溶）洞時漏漿明顯，應迅速投入水泥包等填塞物進行堵漏，并及時補漿，如在筒鉆施工時泥漿液面一直無法穩定，則可反復投入伴有水泥的泥漿，此時施工應當放慢節奏，利用樁基鉆頭將黏土擠入土（溶）洞及裂隙中，可增大泥漿比重、減緩泥漿繼續滲漏，在保持護筒內泥漿液面穩定后，持續緩慢繼續旋挖成孔。

待漿面穩定后，投下混合物，使其擠入土（溶）洞中，堵塞土（溶）洞通道，如出現漿面下降，應再及時補充泥漿和回填黏土，待穩定后繼續鉆進，如此循環反復，直到樁孔不再漏漿為止，穿越土（溶）洞。

3.2.3 泵送混凝土

若采取上述處理方式仍無法獲得繼續穩定成孔條件，遇到溶洞較大且極其不穩定的情況，需停止鉆進，以避免因鉆進導致溶洞塌孔，鉆頭可能會有被埋的風險，此時立即泵送低標號混凝土（C20），利用混凝土及備置好的泥漿進行補充，直到不再出現明顯漏漿情況為止，方可繼續鉆進。

3.3 樁基施工沉渣控制

本工程對結構沉降要求較高，除去本身采用樁基礎+筏板的選型可較大程度保證底板剛度外，在樁底對沉渣的控制也十分重要，成渣的多少直接影響樁基的承載力，通過選優的泥漿懸浮法+撈砂斗的清孔方式，可最大限度地減少沉渣的產生，控制樁底的沉渣厚度，如圖1所示。

圖1 抽芯樁底混凝土于下部持力層膠結“零沉渣”

控制沉渣厚度最好的辦法是不產生沉渣，本工程采用優質膨潤土制作泥漿，以保證樁底沉渣厚度滿足要求。通過控制泥漿的密度，解決施工時的靜力平衡問題，使漿、土受力相對穩定。旋挖鉆機在施工中，不停地把大顆粒土石撈出，以致成孔后孔中基本不存在大顆粒的土石；而泥漿的表面張力使細顆粒土石懸浮在泥漿中，孔底不形成沉渣。

3.4 樁底溶洞的注漿技術

有部分樁在下部持力層存在不連續的情況，在成樁后，下部持力層無法滿足5 m的設計要求，故在樁基施工完成后，在施工階段預埋界面管，后期通過界面管進行鉆孔，將下部持力層不連續的區域進行整體填充，填充高度按照6 m控制，下部“人造持力層”，并且在后期樁基檢測時，采用靜載的方式驗證“人造持力層”是否滿足要求。

采用填充注漿的形式，在成樁后利用界面管鉆進至設計要求的注漿高度，而后進行洗孔，后續注漿。注漿原則為先清孔，再注到孔口返漿即可，達到填充注滿的效果。

鉆孔（掃孔）：利用鉆機，通過預埋的界面管鉆孔；根據超前鉆報告，鉆至溶洞頂標高，使注漿管能進入溶洞范圍區進行洗孔和注漿。

洗孔：采用空壓機及注漿泵進行清洗。清洗時，導管應下到孔底，并進行旋轉，清洗到孔口返清水（無明顯淤泥質物體懸浮）為止[1]。

注漿：填充注漿。本工程采用常規填充注漿法，即在清洗孔后進行填充即可。溶洞地區下部地質情況復雜，且溶洞一般均發育不規則，采用高壓旋噴注漿可能導致溶洞內部擾動，填充注漿終止原則為下部溶洞全部填充完成，即孔口返漿，注漿孔設置在注漿的法蘭盤中間，返漿孔在注漿孔的一側，通過填充的方式進行注漿，壓力控制在0.1～0.5 MPa。

補漿工作完成后進行壓漿，保證漿體凝固密實。首先對每個注漿孔采用止漿筏封孔口，如圖2所示，由其中一個封孔器與注漿管連接并打開開關，其他有關聯的封孔器開關處于閉合狀態，加壓過程中如發現有嚴重漏漿現象，應及時補漿或再次注漿，循環往復[2]。如果穩壓時間超過5min左右，應停止壓漿并立即關上開關。為了使巖洞內水泥漿液與巖石黏結形成一個整體，封孔器保持關閉狀態30min后取出。

圖2 壓漿封口

4 結語

本工程基于質子醫院“零沉降”樁基施工，探討了巖溶強發育地區選擇施工工藝以及樁身溶洞、樁底溶洞的處理技術，高效完成了187條工程樁的施工，并且在后續樁基檢測中，I類樁比例達到98%，后續沉降觀測的變形控制在1 mm之內，達到了設備要求的不均勻“零”沉降的要求。本次研究對類似地質的樁基施工提供了參考依據，但同時處理溶洞需要一定的花費，未來針對復雜地質勘察的準確性若能提高，可減少相關措施費用。如何更加經濟地處理復雜地質是進一步研究的方向。