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(shù)突飛猛進，高層、超高層建筑大量涌現(xiàn)，樁基基礎施工技術(shù)得到了大量運用和長足發(fā)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(qū)域施工等優(yōu)點被廣泛應用。但國內(nèi)外對喀斯特地貌富集溶巖地區(qū)的樁基礎施工研究有待發(fā)展，尤其是大型建筑物溶巖環(huán)境樁基礎施工運用灌注樁技術(shù)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(qū)即90萬km以上，為巖溶分布最廣、類型最全的國家。系統(tǒng)研究、解決溶巖區(qū)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(zhì)量、減少施工成本已引起業(yè)內(nèi)人士的高度重視。文章通過對該醫(yī)院工程門診樓溶巖區(qū)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(huán)境樁基礎施工運用灌注樁技術(shù)的工程實踐提供一些參考、借鑒。

1 工程概況

該醫(yī)院工程位于安慶市北部新城區(qū)，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(guī)格為1000mm、1200mm、1300mm、1500mm、1600mm四種，設計總樁數(shù)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(qū)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(zhì)情況復雜。

②場區(qū)內(nèi)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(fā)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(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復雜，為溶巖微發(fā)育地質(zhì)條件。場區(qū)內(nèi)石灰?guī)r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(zhì)條件嵌巖灌注樁施工易出現(xiàn)塌孔、漏漿現(xiàn)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(wěn)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(zhì)條件和較高的樁基施工質(zhì)量要求以及較大的工期壓力，我們對溶巖區(qū)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(jù)對比分析，結(jié)合方案實際施工做法和影響，對初選方案的安全、質(zhì)量、進度、成本和技術(shù)難度給予了選擇依據(jù)（表2）。

根據(jù)選擇依據(jù)，工程技術(shù)團隊對三個初選方案進行了評分。為同時滿足安全、質(zhì)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(fā)揮各自施工優(yōu)勢，確保實現(xiàn)擬定目標（表3）。

4 優(yōu)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(zhì)量和施工進度有重大影響的內(nèi)容進行列舉并制定了各工序?qū)Σ弑恚?/p>

沖擊成孔具有適應性廣的特點，在任何地質(zhì)條件下均能夠?qū)崿F(xiàn)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(zhì)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(xié)調(diào)作業(yè)施工方法，針對溶巖區(qū)復雜地質(zhì)條件下樁基成孔進行了綜合細致的系統(tǒng)研究，充分發(fā)揮了旋挖鉆孔和沖擊成孔施工優(yōu)勢，加快了施工進度、保障了施工質(zhì)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(qū)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(wěn)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(tài)及所取上來的巖渣無法準確判定樁底是否為全斷面的穩(wěn)定基巖，而且更不能確定樁底以下3～5m范圍內(nèi)是否還發(fā)育有溶洞、軟弱夾層等影響樁基穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用。因此該工程嚴格根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）(2009年版)第5.1.5條第4款和第5.1.6條相關(guān)要求，在巖溶地區(qū)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(wěn)固，確保在施工過程中不發(fā)生傾斜、移動。鉆機就位后準確、穩(wěn)定埋設護筒。護筒埋設準確、穩(wěn)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(nèi)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(cè)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(zhuǎn)、開孔，以鉆頭自重并加液壓作為鉆進壓力。將側(cè)面鉸刀安裝在鉆頭內(nèi)側(cè)，開始鉆進。旋挖鉆機成孔應采用跳挖方式。

5.3 溶巖區(qū)處理

當旋挖機鉆到溶洞頂時，將溶洞根據(jù)地質(zhì)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(nèi)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(nèi)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(fā)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(jīng)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(nèi)的“半邊巖”現(xiàn)象，此時沖擊成孔會發(fā)生“跑邊”現(xiàn)象，樁頭的鋼絲繩會發(fā)生偏斜，鉆孔也會發(fā)生明顯的歪斜。這時應提起鉆頭，將孔內(nèi)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(xiàn)，使得摩阻力和端阻力處于分離狀態(tài)。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(jīng)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(jié)是否可靠，檢查無問題后下入孔內(nèi)。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(tài)，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(zhuǎn)的技術(shù)參數(shù)，開始時不隨意加壓，當運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，依據(jù)鉆機的能力和孔內(nèi)的反映情況，適當調(diào)整壓力。

③在擴底完成后，鉆頭在原位繼續(xù)回轉(zhuǎn)，此時因切削無阻力，轉(zhuǎn)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(chǎn)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(xiàn)提鉆受阻現(xiàn)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(zhuǎn)，使鉆頭慢慢收攏。

④清孔作業(yè)。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(zhì)量的重要環(huán)節(jié)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(zhì)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(nèi)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(huán)法二次清孔，并維持循環(huán)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(zhì)量，該工程施工人員嚴格按照灌注樁樁位圖中的規(guī)格加工制作鋼筋籠、內(nèi)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(shù)人員對標高、主筋直徑、間距、箍筋間距、焊接質(zhì)量、綁扎質(zhì)量、保護層等進行嚴格自檢，自檢合格后書面報請監(jiān)理單位檢查，檢查合格后及時辦理好隱蔽工程簽字手續(xù)。

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(shù)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(nèi)貯存滿后，提起鋼絲繩可把擋板向上拉出并連續(xù)向漏斗內(nèi)灌注混凝土，混凝土壓力使漏斗內(nèi)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(zhì)量?；炷翝仓瓿?d內(nèi)，將現(xiàn)場制作的試塊送至工程質(zhì)量檢測所標準養(yǎng)護28d。

6 結(jié)論

在國內(nèi)外對喀斯特地貌富集溶巖地區(qū)的樁基礎施工研究有待發(fā)展且大型建筑物溶巖環(huán)境樁基礎施工運用灌注樁技術(shù)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(qū)大直徑大承載力灌注樁施工難題。同時，創(chuàng)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(zhì)量的前提下，較好的加快了樁基施工進度，節(jié)約了樁基施工成本。同時，該項施工技術(shù)已在安慶市老峰片兩區(qū)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(jīng)濟效益和社會效益。