李家潤(rùn)
(廣東海外建設(shè)咨詢有限公司, 廣東 廣州 510665)
一般來(lái)說(shuō),巖溶地區(qū)地下地質(zhì)狀況比較復(fù)雜,地下巖帶起伏較大,溶洞的發(fā)育和分布極不規(guī)則,地下水豐富甚至有地下暗河通道等。這些特點(diǎn)給樁基工程帶來(lái)諸多不確定因素和困難。巖溶是地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象,如果處理不當(dāng),就會(huì)造成嚴(yán)重的工程事故。
位于廣東省廣州市的西部和北部地區(qū),廣泛分布著巖溶地貌。在該地區(qū)實(shí)施的樁基工程是一項(xiàng)受多種因素影響的系統(tǒng)工程,如何采取有效監(jiān)理措施,保證巖溶地區(qū)樁基工程的質(zhì)量和安全,是工程建設(shè)者們普遍專注的問(wèn)題。為此,筆者結(jié)合施工案例,對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行探討,并且總結(jié)一些經(jīng)驗(yàn)、提出一些建議,供相關(guān)人士參考。
某飛機(jī)維修機(jī)庫(kù)項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”)位于廣州空港經(jīng)濟(jì)區(qū),工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型為鉆(沖)孔灌注樁,樁徑為 φ800、φ1 000、φ1 200、φ1 400 和 φ1 600 5 種,共有 549 根。持力層為微風(fēng)化石灰?guī)r,承載力特征值為 5 000 kPa。工程樁采用 C35 水下混凝土灌注,混凝土坍落度在 180 mm~220 mm 之間,水灰比不宜大于 0.5,最大氯離子含量為 0.15%,最大堿含量為 3.0 kg/m3。
本項(xiàng)目處于廣花盆地的北部,總體地勢(shì)由東北向西南微傾,地貌單元為廣花凹陷沖積盆地,局部存在剝蝕殘丘地貌。根據(jù)對(duì)巖土工程勘察報(bào)告的綜合整理結(jié)果,我們將場(chǎng)地巖土層自上而下劃分為人工填土、第四系沖積層和基巖層三大類,各巖土層的組成和特征如表 1 所示。
場(chǎng)地地下水來(lái)源主要為大氣降水和地表水滲透。場(chǎng)地孔隙水主要分布在地表淺部素填土、粉質(zhì)黏土及砂層中。基巖裂隙水主要分布在風(fēng)化裂隙發(fā)育的全風(fēng)化石灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、中風(fēng)化石灰?guī)r、微風(fēng)化石灰?guī)r中。場(chǎng)地巖溶水主要賦存于石灰?guī)r溶洞、土洞中,由于石灰?guī)r溶洞較發(fā)育,地下水活躍,水量豐富。
場(chǎng)地水在 A 類介質(zhì)(直接臨水)和 Ⅱ類環(huán)境中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋長(zhǎng)期處于浸水環(huán)境下會(huì)被微腐蝕。
表 1 巖土層地質(zhì)特征概況表
場(chǎng)內(nèi)多工序穿插施工,工程樁分布較密,在工程樁施工時(shí),現(xiàn)場(chǎng)仍有超前鉆、樁基檢測(cè)等其他工序施工,必須合理組織才能確保工期。應(yīng)對(duì)措施如下。
(1)協(xié)調(diào)超前鉆由北向南施工,工程樁隨超前鉆由北向南施工。
(2)基坑支護(hù)三軸攪拌樁由東南角起逆時(shí)針施工。
(3)工程樁分區(qū)施工,施工完一個(gè)區(qū)域后對(duì)該區(qū)域進(jìn)行靜載檢測(cè)。
樁基礎(chǔ)工程施工不可預(yù)見(jiàn)因素較多,場(chǎng)區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜,場(chǎng)地南部回填土含塊石、碎石多,施工難度大;場(chǎng)地內(nèi)砂層厚,地質(zhì)松軟,易發(fā)生縮頸和塌孔。應(yīng)對(duì)措施如下。
(1)南側(cè)回填石較多的部位考慮采用沖孔成孔,以確保施工進(jìn)度。
(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的地質(zhì)情況,相應(yīng)投入 6 m、9 m、12 m 護(hù)筒,以防工程樁施工出現(xiàn)塌孔、縮孔、夾泥、斷樁,確保成樁質(zhì)量。
(3)施工時(shí)若遇縮孔,應(yīng)及時(shí)將鋼筋籠提起,用沖錘反復(fù)沖孔,直到滿足設(shè)計(jì)樁徑為止;然后對(duì)樁孔重新進(jìn)行清孔,至翻出泥漿、達(dá)到下籠要求后再進(jìn)行下籠。
(4)施工時(shí)若遇塌孔,應(yīng)根據(jù)地層狀況控制好成孔速度,尤其是土質(zhì)松散或進(jìn)入砂層時(shí)不應(yīng)空鉆,也不宜過(guò)快提升鉆具速度;成孔時(shí)采用泥漿護(hù)壁并嚴(yán)格控制好泥漿比重和泥漿質(zhì)量;孔口根據(jù)實(shí)際施工情況加設(shè)長(zhǎng)護(hù)筒,護(hù)筒四周用黏土封填密實(shí)。
(5)運(yùn)用科學(xué)組織管理能力,集中優(yōu)勢(shì)資源,針對(duì)工程的特點(diǎn)和難點(diǎn),編制詳細(xì)的監(jiān)理細(xì)則,組織專家對(duì)施工方案充分論證和研討,確保方案先進(jìn)可行,確保各項(xiàng)質(zhì)量技術(shù)措施和安全措施真正落實(shí)到施工細(xì)節(jié)中。
空樁長(zhǎng),抗壓樁鋼筋籠輕,易發(fā)生浮籠;樁頂混凝土標(biāo)高的控制難度大,部分工程樁設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高在地下室承臺(tái)底以上 100 mm,樁身混凝土澆灌完成后空孔長(zhǎng)度介于2.4 m~8.6 m 之間,施工過(guò)程中鋼筋籠的定位和樁頂混凝土標(biāo)高的控制是樁身質(zhì)量控制的重點(diǎn);同樣,空孔的安全防護(hù)不容忽視。應(yīng)對(duì)措施如下。
(1)加密鋼筋籠保護(hù)層鋼筋的設(shè)置,在鋼筋籠頂加焊兩根直徑為 16 mm 的吊筋,鋼筋籠吊放到位后,對(duì)籠頂標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)。
(2)在鋼筋籠的底部采用 14 mm 鋼筋焊井字架,混凝土澆灌時(shí),使用導(dǎo)管壓住鋼筋籠,以防其上??;澆灌時(shí)應(yīng)分段澆筑、嚴(yán)格拆管,同時(shí)將鋼筋籠頂部 4 根錨固段鋼筋向外傾斜 100 mm,以防止其上浮。
(3)根據(jù)成樁長(zhǎng)度、樁徑和混凝土擴(kuò)散系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),計(jì)算好混凝土用量,一次性備足混凝土,澆筑完經(jīng)復(fù)測(cè)混凝土面標(biāo)高后,方可拔離導(dǎo)管。
(4)考慮空孔較深,混凝土澆灌浮漿高度按 1 m控制。
(5)混凝土澆灌完成后,按方案采取圍蔽措施,混凝土澆筑完成 12 h 后,進(jìn)行空樁回填。
工程地質(zhì)條件差,巖溶發(fā)育等級(jí)為高等發(fā)育,見(jiàn)洞率達(dá) 43%,工程樁施工過(guò)程不可預(yù)見(jiàn)因素多,施工難度大。應(yīng)對(duì)措施如下。
(1)工程樁成孔考慮采用旋挖鉆孔和沖孔結(jié)合的方式,無(wú)溶洞區(qū)采用旋挖成孔,溶洞區(qū)采用沖孔成孔;工程樁施工高峰期配置充足的樁機(jī),以確保施工進(jìn)度。
(2)對(duì)未超前鉆的樁位進(jìn)行補(bǔ)鉆,保證一樁一孔,以探明溶洞分布及地質(zhì)情況,為工程樁施工提供有力的依據(jù);必要時(shí),可根據(jù)超前鉆報(bào)告對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)處理。
根據(jù)地質(zhì)資料分析,場(chǎng)地內(nèi)溶洞高度發(fā)育,見(jiàn)洞率約為 43%。施工前期,監(jiān)理應(yīng)及時(shí)與施工單位和地質(zhì)勘察單位溝通,將地質(zhì)勘察資料中的溶洞情況和工程樁圖紙重疊,標(biāo)識(shí)可能會(huì)遇到溶洞地質(zhì)的工程樁,同時(shí)盡早做好技術(shù)交底。
開(kāi)孔前,放好樁位后設(shè)置十字控制線和鋼筋控制點(diǎn);埋入鋼護(hù)筒后,用木方架在護(hù)筒上,再次復(fù)核鋼絲繩是否與樁位重合并測(cè)出護(hù)筒面標(biāo)高。監(jiān)理可采取全站儀或 GPS設(shè)備等對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)核、校正,準(zhǔn)確無(wú)誤后方可開(kāi)始沖(鉆)孔。
在沖孔過(guò)程中,用目測(cè)鋼絲繩的擺動(dòng)幅度及施工前設(shè)置的鋼筋控制點(diǎn)復(fù)核樁位,若發(fā)生偏孔,應(yīng)立刻停止往下成孔,采用回填片石進(jìn)行糾正,糾正過(guò)程中采用全站儀測(cè)量鋼絲繩垂直在孔中的位置,直至與樁中心重合為止,方可繼續(xù)往下成孔施工。監(jiān)理應(yīng)密切關(guān)注并復(fù)核樁孔偏位情況。
在混凝土澆筑前,測(cè)出護(hù)筒面標(biāo)高,計(jì)算出護(hù)筒面到樁頂標(biāo)高的長(zhǎng)度;在鋼筋籠縱筋上焊接 2 根 C16 鋼筋作為吊筋,吊筋長(zhǎng)度誤差不超過(guò) 2 cm,固定位置設(shè)在孔口。在混凝土澆筑時(shí),用測(cè)繩測(cè)出混凝土澆筑的高度,混凝土面應(yīng)高出樁頂標(biāo)高 1.0 m。
若在沖孔作業(yè)中出現(xiàn)漏漿且確認(rèn)為溶洞所致,則采取以下處理措施。
(1)若漏漿深度 H<3 m,則采用黃黏土+毛石回填后繼續(xù)沖孔作業(yè)。其中,毛石與黃黏土比例為 3∶7。
(2)若漏漿深度 H>3 m,則采用水泥+黃黏土+毛石回填,4 h 后繼續(xù)沖孔作業(yè)。其中,毛石與黃黏土的比例為 3∶7,水泥摻入量為 2 包/m。
(3)毛石的強(qiáng)度 >30 MPa,石塊粒徑在 300 mm~600 mm 之間,黏土采用優(yōu)質(zhì)黃黏土,摻入的水泥采用 32.5R 普通硅酸鹽水泥,回填高度為溶洞頂板以上1 m 處。
4.5.1 土溶洞的判別
樁基施工過(guò)程中,判別溶洞的主要方法如下。
(1)準(zhǔn)確的地質(zhì)資料圖。
(2)聽(tīng)聲音,看氣泡。若遇巖溶空洞,能聽(tīng)到“咚咚”的聲音,并且能看到大量氣泡往上冒。
(3)孔內(nèi)水位突然下降。
(4)與其相鄰的孔內(nèi)水位下降至同一個(gè)水平面,說(shuō)明下部巖溶已連成一體,形成了空洞。
(5)沖孔的鉆進(jìn)速度。若遇溶洞,則沖孔速度較快。
(6)若擊穿面超過(guò)中心面,則沖錘會(huì)突然傾斜、下落。
(7)地面沉降、塌方。
4.5.2 土溶洞的處理
根據(jù)地質(zhì)勘察資料和超前鉆資料,在施工含有此類溶洞的樁基工程時(shí),要配置專人密切注意樁機(jī)地面的水平和巖樣、護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化,熟記圖紙、地質(zhì)勘察資料中標(biāo)注的溶洞位置。在沖錘擊穿洞頂之前,采用小沖程,逐漸將洞頂擊穿,以防卡錘。若發(fā)現(xiàn)泥漿面下降,孔內(nèi)水位變化較大,泥漿稠度、顏色發(fā)生變化,進(jìn)尺速度明顯加快且無(wú)偏孔現(xiàn)象,則表明沖錘已穿越溶洞頂進(jìn)入溶洞。具體處理方法如下。
(1)迅速用大功率泥漿泵補(bǔ)漿補(bǔ)水,同時(shí)及時(shí)提沖擊錘,以防埋沖錘。
(2)適當(dāng)增加泥漿中的黏土數(shù)量,以提高泥漿密度,泥漿黏稠度應(yīng)控制在 19 s~28 s 之間。
(3)用裝載機(jī)配合大型挖掘機(jī)(1.2 m3 )及時(shí)拋入準(zhǔn)備好的回填材料,其投入量按溶洞豎向高度加 2 m 以上,按少量多次方式投放。
(4)采用小沖程,讓沖錘錘擊回填材料并擠入溶洞內(nèi)壁以發(fā)揮其護(hù)壁作用,直至孔中的泥漿面停止下降并慢慢上升,此后可加大沖程,沖擊擠壓投入的填充物以確保堵死溶洞。
(5)若溶洞內(nèi)進(jìn)尺過(guò)快,則繼續(xù)投入回填料,投入量按進(jìn)尺速度確定,少量多次,每次投放量在 5 m3 以上。
(6)若同一溶洞封堵后再次塌孔,則證明溶洞空隙較大,原毛石、黏土未能有效封堵住溶洞。為增加堵洞材料的固結(jié)強(qiáng)度,降低灌注樁時(shí)塌孔風(fēng)險(xiǎn),需要在第二次投入黏土?xí)r分批投放袋裝水泥,水泥量以回填深度每米不少于 2包為宜,以整袋方式投入。
(7)當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后,轉(zhuǎn)入正常沖程。
(8)如此反復(fù)使沖孔順利穿越溶洞。
(9)穿溶洞頂、底板后,要用沖錘將溶洞頂、底板處的樁孔修理圓滑,以防卡錘及鋼筋籠。
(10)監(jiān)理在工程樁施工前,須掌握溶洞地質(zhì)情況,要求施工單位對(duì)班組技術(shù)交底,施工時(shí)密切關(guān)注施工情況,采取相應(yīng)措施,確保工程質(zhì)量及安全。
清孔的目的是抽換孔內(nèi)泥漿,清除孔內(nèi)巖渣,盡量減少孔底沉渣厚度,防止樁底因過(guò)厚沉渣土而降低樁的承載力,確保灌注混凝土的質(zhì)量。清孔的質(zhì)量要求是清除孔底所有的沉淀砂土及巖渣,滿足設(shè)計(jì)要求;清孔后灌注混凝土前孔底 500 mm 以內(nèi)泥漿的含砂率≤8%、泥漿比重≤1.25、黏度≤28 s。根據(jù)沉渣控制要求和地層條件,本項(xiàng)目采用反循環(huán)法進(jìn)行清孔。清孔的質(zhì)量監(jiān)控要點(diǎn)如下。
(1)終孔后,在灌注混凝土前、鋼筋籠安裝后,以正循環(huán)方式清渣。
(2)一次清孔主要降低泥漿濃度,以防二次清孔泥漿太濃而難以清渣,同時(shí)保證鋼筋籠順利下放。一次清孔采用橡膠管清孔。
(3)安裝鋼筋并下放導(dǎo)管后,利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔,確保泥漿的比重在 1.15~1.25 之間、黏度≤28 s、含砂率≤8%,孔底的沉渣厚度≤50 mm。
(4)清孔過(guò)程中,必須及時(shí)補(bǔ)給足夠的泥漿,并且保持孔內(nèi)漿液面的穩(wěn)定和高度。
(5)清孔時(shí)應(yīng)將導(dǎo)管提離孔底 0.1 m~0.3 m,若清渣困難,可采用泵吸反循環(huán)法進(jìn)行清渣。
(6)清孔完畢且循環(huán)泵停止后,必須在 30 min 內(nèi)灌注混凝土。
本項(xiàng)目樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C35,采用水下混凝土澆筑。灌注前,監(jiān)理須核對(duì)進(jìn)場(chǎng)商品混凝土的來(lái)料單和配合比。灌注導(dǎo)管通常用鋼管制作,導(dǎo)管壁厚宜≥3 mm、直徑為 300 mm,以便裝拆并具有足夠的強(qiáng)度和剛度。下入導(dǎo)管一定要準(zhǔn)確,導(dǎo)管底距孔底一般控制在 10 cm~20 cm 之間。導(dǎo)管頂部應(yīng)安裝漏斗和貯料斗,漏斗與貯料斗應(yīng)有足夠的容量來(lái)貯存混凝土,以保證首批灌入的混凝土量能達(dá)到0.8 m 以上的埋管高度。灌注時(shí),應(yīng)把好商品混凝土的質(zhì)量關(guān),時(shí)常檢查混凝土的坍落度,使其控制在 18 cm~22 cm之間。灌注樁身混凝土的具體監(jiān)控措施如下。
(1)灌注前,應(yīng)再次測(cè)定孔底沉渣厚度,若厚度超過(guò)規(guī)定,應(yīng)再次進(jìn)行清孔。當(dāng)下導(dǎo)管時(shí),導(dǎo)管底部與孔底的距離以能放出混凝土為原則,一般為 10 cm~20 cm。首批混凝土連續(xù)不斷地灌注后,應(yīng)有專人測(cè)量孔內(nèi)混凝土面高度并計(jì)算其埋置深度,一般控制在 2 m~5 m 之間,不得<1 m 或>5 m,嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土面;應(yīng)及時(shí)填寫水下混凝土灌注記錄,水下灌注混凝土必須連續(xù)進(jìn)行,嚴(yán)禁中途停灌。
(2)灌注中,應(yīng)注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位變化情況,及時(shí)測(cè)量孔內(nèi)混凝土面上升高度和分段計(jì)算充盈系數(shù)(充盈系數(shù)應(yīng)根據(jù)土溶洞情況判斷);混凝土報(bào)料時(shí),須備足料,以保證混凝土澆筑的連續(xù)性,確保樁身的混凝土質(zhì)量。
根據(jù)《廣州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局關(guān)于規(guī)范建筑工程地基基礎(chǔ)檢測(cè)工作的通知》(穗建規(guī)字 [2020]30 號(hào))的規(guī)定,在工程樁檢測(cè)之前應(yīng)制定檢測(cè)方案,由各參建方主體確認(rèn),報(bào)區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站備案后實(shí)施。具體如下。
(1)工程樁使用的鋼筋、直螺紋接頭、預(yù)拌混凝土等原材料,按現(xiàn)行有關(guān)施工驗(yàn)收規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。
(2)分別采用低應(yīng)變法、聲波透射法、鉆芯法對(duì) 549根工程樁的樁身質(zhì)量進(jìn)行 100% 檢測(cè),其中,低應(yīng)變法檢測(cè) 349 根,聲波透射法檢測(cè) 157 根,鉆芯法檢測(cè) 43 根。
(3)樁基礎(chǔ)承載力分別采用靜載、豎向抗拔靜載試驗(yàn)、水平荷載試驗(yàn)法對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),其中靜載法檢測(cè)8 根,豎向抗拔靜載檢測(cè) 3 根,水平荷載試驗(yàn)檢測(cè) 3 根。
(1)由總監(jiān)牽頭,根據(jù)監(jiān)理合同、監(jiān)理規(guī)范、施工規(guī)范、施工圖紙、施工方案,組織專業(yè)監(jiān)理編制監(jiān)理規(guī)劃,報(bào)公司技術(shù)負(fù)責(zé)人審批,作為監(jiān)理部指導(dǎo)性文件。
(2)由專業(yè)監(jiān)理根據(jù)監(jiān)理規(guī)劃、監(jiān)理規(guī)范和施工規(guī)范、施工圖紙、施工方案,有針對(duì)性地編制監(jiān)理細(xì)則,報(bào)總監(jiān)審批,作為監(jiān)理工作的操作性文件。
(3)由總監(jiān)組織圖紙會(huì)審,細(xì)讀圖紙,熟悉地質(zhì)勘察資料,掌握?qǐng)龅赝寥芏吹姆植记闆r,理解圖紙的每個(gè)部位節(jié)點(diǎn)的做法;請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位解答圖紙中的疑問(wèn)或不明確的問(wèn)題,形成圖審文件,各方簽字蓋章后實(shí)施。
(4)由總監(jiān)組織專業(yè)監(jiān)理審批施工單位的專項(xiàng)施工方案和應(yīng)急預(yù)案,提出監(jiān)理意見(jiàn)。
(5)核查施工單位的管理組織結(jié)構(gòu)及質(zhì)量保證體系,檢查項(xiàng)目管理人員的上崗證。
(6)加強(qiáng)材料進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)工作,對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料 100% 見(jiàn)證送檢,合格后才可用在工程上。
(7)加強(qiáng)對(duì)主要工序的檢查,應(yīng)用全站儀、GPS 等對(duì)工程樁開(kāi)孔進(jìn)行核查。全程監(jiān)控工程樁成孔,開(kāi)孔前依據(jù)地質(zhì)勘察資料進(jìn)行技術(shù)交底,成孔作業(yè)時(shí)多次檢查成孔垂直度,清孔完成后用自制吊錘檢查沉渣厚度。例如:吊錘撞擊樁底發(fā)出的聲音很清脆,說(shuō)明樁底沒(méi)有沉渣;吊錘撞擊樁底發(fā)出的聲音混濁,說(shuō)明樁底有沉渣,必須繼續(xù)清孔,直至沒(méi)有沉渣為止。此外,監(jiān)理還可以應(yīng)用泥漿三件套(黏度計(jì)、比重計(jì)、含砂率測(cè)定儀)檢測(cè)、檢查泥漿,為隱蔽工程的檢查、工程樁成孔深度的檢測(cè)、鋼筋籠的制作安裝,工程樁沖孔遇溶洞的處理等提供技術(shù)支持。
(8)對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行旁站,如工程樁混凝土澆筑,須安排監(jiān)理 24 h 旁站等。
土方開(kāi)挖后,由業(yè)主委托第三方檢測(cè)單位對(duì)工程樁進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明,Ⅰ類樁為 95.08% ,Ⅱ類樁為4.92%,合格率達(dá)到 100%,取得較好的效果。
巖溶地區(qū)工程樁施工難度大,不可預(yù)見(jiàn)因素多。本項(xiàng)目在巖溶地區(qū)實(shí)施沖孔樁工程,監(jiān)理單位嚴(yán)格按照規(guī)范要求開(kāi)展監(jiān)理工作,過(guò)程中指導(dǎo)施工單位做好技術(shù)交底,加強(qiáng)對(duì)主要工序的檢查巡視和旁站監(jiān)理,在施工單位的共同努力下,有效保證了工程樁的施工質(zhì)量,確保工程順利開(kāi)展。