程志求 （安慶市重點(diǎn)工程建設(shè)處，安徽 安慶 246003）

0 前言

近年來，伴隨我國(guó)工程建設(shè)技術(shù)突飛猛進(jìn)，高層、超高層建筑大量涌現(xiàn)，樁基基礎(chǔ)施工技術(shù)得到了大量運(yùn)用和長(zhǎng)足發(fā)展，其中灌注樁施工憑借其無振動(dòng)、噪音小和適宜在城市建筑密集區(qū)域施工等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但國(guó)內(nèi)外對(duì)喀斯特地貌富集溶巖地區(qū)的樁基礎(chǔ)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(chǔ)施工運(yùn)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(guó)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(guó)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(chǔ)施工安全、加快施工進(jìn)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(duì)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(chǔ)施工運(yùn)用灌注樁技術(shù)的工程實(shí)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(shè)計(jì)總樁數(shù)為546根，樁以第5層中分化閃長(zhǎng)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(yàn)加載量達(dá)到28000KN，為安慶地區(qū)單樁抗壓承載力試驗(yàn)之最。

2 施工難點(diǎn)

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(fù)雜。

②場(chǎng)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(chǎng)區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，為溶巖微發(fā)育地質(zhì)條件。場(chǎng)區(qū)內(nèi)石灰?guī)r與閃長(zhǎng)巖層位相交錯(cuò)，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(jìn)度慢，如果處理不當(dāng)，不僅會(huì)對(duì)施工工期造成延誤，且也會(huì)對(duì)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(duì)該工程復(fù)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(duì)溶巖區(qū)大承載力大直徑嵌巖灌注樁施工處理進(jìn)行了仔細(xì)的討論和分析，初擬定三種樁基施工方案（表1）。

根據(jù)對(duì)比分析，結(jié)合方案實(shí)際施工做法和影響，對(duì)初選方案的安全、質(zhì)量、進(jìn)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(tuán)隊(duì)對(duì)三個(gè)初選方案進(jìn)行了評(píng)分。為同時(shí)滿足安全、質(zhì)量、進(jìn)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(jìn)行施工，發(fā)揮各自施工優(yōu)勢(shì)，確保實(shí)現(xiàn)擬定目標(biāo)（表3）。

4 優(yōu)選方案分解

我們對(duì)樁基施工工藝進(jìn)行詳細(xì)分解，針對(duì)過程中會(huì)對(duì)施工質(zhì)量和施工進(jìn)度有重大影響的內(nèi)容進(jìn)行列舉并制定了各工序?qū)Σ弑恚?/p>

沖擊成孔具有適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，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(jìn)度慢；旋挖成孔具有成孔速度快、效率高的特點(diǎn)，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(duì)溶巖區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基成孔進(jìn)行了綜合細(xì)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(shì)，加快了施工進(jìn)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(píng)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(duì)較大，樁底需全斷面作用在穩(wěn)定的中風(fēng)化或微風(fēng)化基巖上。由于樁基施工成孔選用機(jī)械成孔的方法，僅僅依靠打樁機(jī)鉆進(jìn)狀態(tài)及所取上來的巖渣無法準(zhǔn)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(yán)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(jìn)行施工勘察時(shí)，對(duì)大直徑嵌巖樁進(jìn)行一樁一孔逐樁布置。

對(duì)策表 表4

5.2 旋挖鉆施工

安裝旋挖鉆機(jī)，成孔設(shè)備就位平正、穩(wěn)固，確保在施工過程中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)。鉆機(jī)就位后準(zhǔn)確、穩(wěn)定埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒埋設(shè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，護(hù)筒中心與樁位中心的偏差不大于50mm。護(hù)筒可用4～8mm厚鋼板制作，其內(nèi)徑應(yīng)大于鉆頭直徑100mm，上部需開設(shè)1～2個(gè)溢漿孔，護(hù)筒的埋設(shè)深度應(yīng)大于等于1.5m，護(hù)筒下端外側(cè)應(yīng)采用黏土填實(shí)。同時(shí)在埋設(shè)過程中，一般采用十字栓樁法確保護(hù)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(jìn)壓力。將側(cè)面鉸刀安裝在鉆頭內(nèi)側(cè)，開始鉆進(jìn)。旋挖鉆機(jī)成孔應(yīng)采用跳挖方式。

5.3 溶巖區(qū)處理

當(dāng)旋挖機(jī)鉆到溶洞頂時(shí)，將溶洞根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行分類，采取不同的處理方式，采用沖擊鉆反復(fù)沖擊成孔。若溶洞內(nèi)為全填充時(shí)，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(shí)，則采取灌注低標(biāo)號(hào)混凝土，待混凝土強(qiáng)度終凝后利用沖擊鉆反復(fù)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(shí)，加大沖程，勤清渣。每鉆進(jìn)100～200mm取一次巖樣，并妥善保存，以便終孔時(shí)驗(yàn)證。沖擊過程中，為防止跑架，隨時(shí)校核鋼絲繩是否對(duì)準(zhǔn)樁位中心，發(fā)生偏差應(yīng)立即糾正。直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

5.4.2 斜截面巖石成孔施工

鉆探資料也會(huì)有偏差，因?yàn)閹r層表面并不是一個(gè)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(shí)沖擊成孔會(huì)發(fā)生“跑邊”現(xiàn)象，樁頭的鋼絲繩會(huì)發(fā)生偏斜，鉆孔也會(huì)發(fā)生明顯的歪斜。這時(shí)應(yīng)提起鉆頭，將孔內(nèi)拋入片石，進(jìn)行二次成孔。

5.4.2 擴(kuò)底施工

圖2為大直徑擴(kuò)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(jī)理不同，樁基擴(kuò)底可有效改善樁基承載力。

圖2 大直徑擴(kuò)底樁的受力示意圖

當(dāng)沖擊鉆至樁持力層，經(jīng)確認(rèn)終孔后，即旋挖鉆孔擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底。

①該工程采用MRS合金擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底，使用前檢查鉆頭收縮和張開是否靈活（張、收試驗(yàn)），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(dāng)擴(kuò)底鉆頭下入孔底后，在主動(dòng)鉆桿上做好行程標(biāo)記，并在擴(kuò)孔鉆頭底軸下焊接固定鋼板，擴(kuò)孔鉆頭上裝行程限位器，以便確定擴(kuò)底終點(diǎn)。

②擴(kuò)底前，將擴(kuò)底鉆頭提高孔底，便其處于懸吊狀態(tài)，起動(dòng)鉆機(jī)和水泵，待鉆機(jī)和水泵工作正常后即可開始擴(kuò)底，擴(kuò)底采用低速回轉(zhuǎn)的技術(shù)參數(shù)，開始時(shí)不隨意加壓，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，依據(jù)鉆機(jī)的能力和孔內(nèi)的反映情況，適當(dāng)調(diào)整壓力。

③在擴(kuò)底完成后，鉆頭在原位繼續(xù)回轉(zhuǎn)，此時(shí)因切削無阻力，轉(zhuǎn)動(dòng)較暢順，至清孔完畢后即迅速提鉆。提鉆時(shí)輕輕地、漸漸地提動(dòng)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(qiáng)提、猛拉，采取上下竄動(dòng)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(jìn)到設(shè)計(jì)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(biāo)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(jìn)行撈渣法清孔，可一次或多次進(jìn)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(dǎo)管后，采用大泵量泥漿泵泵入性能指標(biāo)符合要求的新泥漿，進(jìn)行正循環(huán)法二次清孔，并維持循環(huán)30 min以上，確?？椎壮猎穸确弦?。

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(yán)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(hù)壁與加勁箍點(diǎn)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(jìn)行樁身鋼筋籠安裝。隱蔽驗(yàn)收時(shí)，工程技術(shù)人員對(duì)標(biāo)高、主筋直徑、間距、箍筋間距、焊接質(zhì)量、綁扎質(zhì)量、保護(hù)層等進(jìn)行嚴(yán)格自檢，自檢合格后書面報(bào)請(qǐng)監(jiān)理單位檢查，檢查合格后及時(shí)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?xí)r，管底至孔底的距離宜為300～500mm，并使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下0.8m以上，在以后的澆筑中，導(dǎo)管埋深宜為2～6m；樁頂灌注高度不能偏低，宜為高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上800～1000mm，應(yīng)使在鑿除泛漿層后，樁頂混凝土要達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。首罐混凝土澆筑前，工程技術(shù)人員在漏斗頸部設(shè)置一個(gè)隔水擋板，擋板由細(xì)鋼絲繩栓住掛在吊機(jī)副鉤上，當(dāng)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(dǎo)管并從導(dǎo)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(chǎng)制作的試塊送至工程質(zhì)量檢測(cè)所標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d。

6 結(jié)論

在國(guó)內(nèi)外對(duì)喀斯特地貌富集溶巖地區(qū)的樁基礎(chǔ)施工研究有待發(fā)展且大型建筑物溶巖環(huán)境樁基礎(chǔ)施工運(yùn)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(shí)，創(chuàng)新性使用旋挖+沖擊鉆孔灌注樁施工方式進(jìn)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(jìn)度，節(jié)約了樁基施工成本。同時(shí)，該項(xiàng)施工技術(shù)已在安慶市老峰片兩區(qū)共建和平還建點(diǎn)三期項(xiàng)目和安慶博物館項(xiàng)目先后付諸實(shí)踐，均取得較好的效果，具備較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。