劉義平（中鐵城建集團有限公司，湖南 長沙 410000）

目前，各大中型城市建筑工程單體規(guī)模越來越大，施工過程中對樁基工程施工質量、造價、進度、安全及環(huán)境保護等各方面的要求也越來越高。在高層建筑樁基施工中比較成熟、安全可靠的施工工藝主要有旋挖成孔灌注樁和沖擊成孔灌注樁兩種。在大型、多層巖溶發(fā)育等復雜地質區(qū)域進行施工時，因樁孔內清孔困難，旋挖成孔灌注樁施工效率受到較大影響，樁基施工質量、安全、進度難以保證，且混凝土超灌嚴重，不利于成本控制；沖擊成孔灌注樁工藝憑借設備簡單、易于操作、可確保大型溶洞區(qū)域成樁質量等特點，成為該類復雜地質條件下高層建筑樁基施工的優(yōu)選解決方案，被廣泛使用[1]。

1 工程地質條件

人工智能科技園安居工程項目位于湖南省長沙市岳麓區(qū)，巖土勘察結果顯示，施工范圍內主要分布有粉質黏土、雜填土、素填土、強分化和中風化鈣質礫巖等多種巖層，在場地內具有較為復雜的地質情況，存在著面積廣、埋深大、數(shù)量多、無規(guī)則分布的大型溶洞，部分溶洞為多層復合型溶洞，埋深達15m以上，最大溶洞高度達到23.3m，且部分孔內有流塑狀物體填充，勘探施工中串孔現(xiàn)象時有發(fā)生。在樁基工程施工時，如按設計要求采用旋挖成孔灌注樁方法，因樁孔坍塌、清孔困難，效率極低，施工難度極大，施工人員安全及樁基成型質量難以保證，且混凝土超灌嚴重，極大地增加施工成本。

2 復雜地質條件下樁基施工主要方法、技術要點和注意事項

2.1 樁基施工主要方法和技術要點

針對本項目復雜地質條件，根據(jù)地質情況合理選用成熟可靠、穩(wěn)定性高的施工工藝，確保在滿足安全、質量、進度的前提下，將施工成本控制在合理范圍內。

超前勘探：在樁基施工設備進場之前，在原地勘基礎上逐樁進行超前鉆，對少量溶洞發(fā)育特別復雜區(qū)域的樁位采用一樁兩孔甚至一樁三孔鉆探；獲得準確的地質勘探數(shù)據(jù)后，采用專業(yè)軟件繪制每一軸線的地質剖面圖，將溶洞分布范圍、深度、大小、走向以圖形方式表示出來，并將擬施工的樁位繪制在剖面圖上，準確、直觀、形象地反映地質與樁基設計情況。

工藝選擇：通過剖面圖分析合理選擇施工工藝，當樁孔內無溶洞或溶洞高度小于0.5m時，采用旋挖成孔工藝正常施工，沖孔過程中遇溶洞時適當控制鉆進和提鉆速度，盡量減小對孔壁的沖擊，避免出現(xiàn)負壓導致孔壁失穩(wěn)坍塌；當樁孔內溶洞高度大于0.5m時，為確保施工人員安全和施工質量，避免出現(xiàn)大規(guī)模超灌，有效控制施工成本，需采用沖擊成孔工藝進行施工；對施工作業(yè)人員進行可視化技術交底，將施工順序、溶洞處理方法、終孔判斷依據(jù)等抽象的施工參數(shù)形象化，便于施工人員掌握，可有效控制樁基施工過程，避免樁孔超深、超灌導致成本浪費。

樁位放樣：使用GPS或全站儀進行樁位放樣，由專業(yè)質檢工程師對樁位進行校核，在確保樁位準確無誤后方可開始沖孔施工。

鉆機就位：樁基需采用跳樁方式進行施工，間距不得小于4d，樁基施工完36h后方可進行相鄰樁施工。

泥漿制備：現(xiàn)場開挖泥漿池和泥漿槽，在沖擊成孔樁施工鉆進期間，要經常使用試驗設備測試泥漿各項性能指標，按照孔深、地層情況和泥漿性能對泥漿濃度做出動態(tài)性調整，在必要的情況下加入外加劑；泥漿可以循環(huán)使用，樁孔內鉆渣經過泥漿池沉淀、晾曬或者固化處理后棄運至場外的渣土消納場，防止泥漿外流。

沖孔鉆進：鉆機安裝后要調試平穩(wěn)，不能出現(xiàn)脫空和晃動；根據(jù)土質情況調整鉆機沖程和鉆頭鉆進速度，沖程過高時，鉆頭沖擊力大，對孔底擾動大，易引起塌孔；沖程過小，則鉆進速度較慢，影響施工進度；通過斜巖時，需先將孔底用小片石墊平，再用十字形沖擊鉆頭鉆進，經常調整沖擊鉆頭方向，防止鉆頭傾斜，產生斜孔、坍孔或者局部較深卡住鉆頭。

過程質量控制：施工階段，嚴格控制沖擊成孔灌注樁樁位和垂直度。開孔2m～3m時，應采用低錘密擊方式，確保樁位準確；進入穩(wěn)定巖層后，可適當加大沖程，保證整體施工進度；當孔內為軟弱土層時，可就地取材，加入中風化片石或者樁頭破碎后的混凝土碎塊，反復沖擊、擠壓片石造壁，并保持孔內泥漿面穩(wěn)定；在軟硬地質交界和多層溶洞發(fā)育部位，采用低沖程沖進，確認進入硬質地層2m后，再加大沖程沖進；遇到孤石可高低沖程隨機變換，循環(huán)沖擊，將孤石擊碎或擠入孔壁[2]。

溶洞處理：當樁基施工過程中遇到大型溶洞、孔內泥漿液面突然下降時，邊沖孔邊采用片石、黏土混合物對樁孔進行填充，確保泥漿液面穩(wěn)定；片石可選用場內強度較高的強風化巖、中風化巖或前期破碎的樁頭混凝土塊，尺寸150mm～200mm，片石、黏土比例約為4:1；使用沖擊鉆頭反復沖擊、擠壓樁孔，將樁孔邊溶洞用片石、黏土混合物填充、擠壓密實；同時，控制沖孔鉆進速度，使?jié){液滲入片石孔隙后固結，形成堅實、穩(wěn)定的護壁。

清孔：當鉆孔達到設計孔深，滿足設計最小樁長和樁身進入持力層深度要求時，停止鉆進；利用泥漿循環(huán)帶走鉆渣，經沉淀池沉淀或加入固化劑固化后外棄，孔內始終保持泥漿液面高度不變，確保不出現(xiàn)樁孔坍塌，待沉渣厚度和泥漿比重達到規(guī)范要求時可停止清孔。

鋼筋籠制作安裝：鋼筋籠主筋規(guī)格、數(shù)量需符合設計要求，鋼筋籠接長時接頭采用單面焊，搭接長度不小于10d，相鄰主筋焊接接頭需錯開。

二次清孔：鋼筋籠和導管下放后需采用泥漿循環(huán)方式進行二次清孔；為確保持力層滿足要求，施工中嚴禁鉆孔超深，不得以孔深滿足設計要求為由簡化清孔環(huán)節(jié)。

水下混凝土澆筑：澆筑前導管需進行氣密性試驗，混凝土澆筑時應確保首灌混凝土量；水下混凝土應連續(xù)澆筑，邊澆筑邊提升、拆除多余導管，導管埋深始終保持在2m～6m；灌注完畢后，樁頂超灌高度不小于0.8 m[3]。

2.2 沖擊成孔灌注樁施工注意事項

在沖擊成孔施工過程中，需隨時對孔內泥漿液面的變化情況進行記錄，并做出詳細的分析，如出現(xiàn)泥漿液面突然下降，應在最短時間內對樁孔溶洞采用片石和黏土混合物填充，保持泥漿液面高度穩(wěn)定。

在沖擊鉆采用大沖程沖破大型溶洞頂部高強度的鈣質礫巖層時，鉆頭容易出現(xiàn)傾斜、卡鉆的情況，通?？梢圆捎靡韵麓胧┻M行處理：鉆頭要經常小范圍上下提升、晃動，使泥漿不停循環(huán)，防止鉆渣沉積后埋住鉆頭，導致沖擊鉆頭無法取出的現(xiàn)象發(fā)生；如發(fā)生小范圍的塌孔埋鉆，不可強行提升鋼絲繩和鉆頭，以免主繩拉力超限斷裂造成鉆頭無法取出，樁孔作廢后只能變更設計處理，在經濟和工期上都會遭受較大損失；應利用鉆機緩慢回旋主鋼絲繩，使鉆頭改變角度或方向，小幅度、試探性地提升鉆頭，土石松散后，若鉆頭可以提升，則繼續(xù)使用此方法慢慢將鉆頭提出；如樁孔內塌落物較多，采用回旋法無法取出鉆頭時，可利用高壓泥漿沖擊坍塌土石，并用泥漿循環(huán)方式把覆蓋在鉆頭上的土石沖出孔外，再將鉆頭提出[4]。

沖擊成孔灌注樁澆筑水下混凝土前應再次探測孔底沉渣厚度，如沉渣厚度超出設計允許值要進行二次清孔。清孔采用泥漿循環(huán)法，對孔內注入清水或者比重較小的泥漿，使沉渣懸浮在泥漿中，隨泥漿流入沉淀池，然后立即灌注水下混凝土；采用導管法灌注水下混凝土，應在導管頂部設置足夠容量的料斗，料斗打開后，進入導管內的第一批混凝土需完全排除導管內的水或泥漿，并使導管底部埋入混凝土內一定深度，避免泥漿回流至導管內或已澆筑的混凝土下，這是避免樁基成型后出現(xiàn)斷樁或夾渣等質量問題的關鍵[5]。

3 沖擊成孔與旋挖成孔工藝對比分析

在土層適應性方面，旋挖成孔工藝適用于砂土層、低強度的膠結砂巖層等，沖擊成孔適用于淤泥質土層、填土層、黏土層、碎石層等土質，尤其是在地下存在大量埋深大、范圍廣、無規(guī)則分布的大型多層溶洞時，旋挖成孔工藝往往無法順利鉆進、清孔，無法發(fā)揮其施工速度優(yōu)勢，施工質量和安全也無法保證。因此，從安全和質量方面考慮，溶洞發(fā)育等復雜地質區(qū)域優(yōu)先選擇沖擊成孔工藝。

在施工進度方面，旋挖成孔使用螺旋鉆頭不斷開挖鉆進，在開挖到溶洞頂板中風化鈣巖時極難穿透，施工速度極慢，且穿透溶洞后易出現(xiàn)塌孔、清孔困難等情況，往往需要反復回填樁孔、復鉆，并存在一定概率的卡鉆風險，極端情況下甚至出現(xiàn)掉鉆、樁孔作廢的情況，需進行設計變更，施工進度不可控；沖孔樁利用沖錐的自重反復沖擊孔內巖土層，以泥漿護壁沖孔鉆進，正常施工速度約為旋挖鉆的1/5，但是遇到礫石或者夾層深、溶洞大的情況基本不存在塌孔返工，施工速度較為穩(wěn)定，工期基本可控。因此，從進度方面考慮，溶洞發(fā)育等復雜地質區(qū)域也應優(yōu)先選擇沖擊成孔工藝[6]。

在成本控制方面，因旋挖鉆孔遇到溶洞易塌孔、串孔，隨著鉆進深度增加，如不采取措施封堵溶洞，樁孔內溶洞空腔會越來越大，混凝土澆筑量會嚴重超出設計值；沖擊成孔利用沖錐的自重擠壓、沖擊孔內土層和巖石，遇大型溶洞時采用片石和黏土混合物對溶洞進行填充，持續(xù)鉆進，在孔壁四周形成一層密實的護壁，穩(wěn)固樁孔，減少塌孔現(xiàn)象，可提高大型溶洞區(qū)域樁基承載能力，有效控制混凝土超灌方量，達到節(jié)約成本，保證樁基施工質量的目的。經測算，在滿足相同承載力條件下，沖擊成孔灌注樁可比旋挖灌注樁節(jié)省材料費用約60%，極大地節(jié)約了施工成本，保證項目收益。

在安全環(huán)保方面，沖擊成孔灌注樁設備簡易、體積小、重量較輕，在溶洞發(fā)育等地質條件下，遇溶洞時先將樁孔內溶洞采用片石和黏土進行填充，施工中無須擔心塌孔風險，可保障施工設備和人員安全；施工時產生的噪音為60dB～75dB，噪音較小，且產生的揚塵小，符合現(xiàn)行環(huán)境保護相關要求；施工中采用片石加黏土回填，片石種類無特殊要求，可選用場內強度較高的強風化巖、中風化巖或前期破碎的樁頭混凝土塊，減少樁頭固體建筑垃圾外運工程量；同時，采用沖擊成孔工藝可減少60%混凝土超灌方量，直接減少了加工類砂、石、水泥及各種外加劑用量，間接減少了能源消耗和粉塵污染。

在社會效益方面，大型溶洞區(qū)域采用沖擊成孔工藝施工，所需施工人員、機械設備數(shù)量少，解決了旋挖樁機施工過程中配套大型機械設備多、對場地要求高、設備閑置時間長、協(xié)調難度大的問題，另將原燃油驅動的旋挖機替換為電力驅動的沖孔鉆機，減少施工過程中的尾氣排放，符合國家節(jié)能減排、低碳環(huán)保要求。

4 結語

在高層建筑施工過程中，當場地內地質情況較為復雜，存在大面積、無規(guī)則分布的大型溶洞時，采用旋挖成孔方法施工效率極低，施工難度大，樁機安全及成樁質量難以保證，且混凝土超灌嚴重，對成本造成極大浪費；采用沖擊成孔灌注樁工藝可確保溶洞區(qū)域樁基施工質量，同時顯著降低人員及設備面臨的安全風險，并取得較好的經濟效益和社會效益，是安全、質量、進度、環(huán)保等因素綜合考慮下溶洞發(fā)育、地質復雜區(qū)域高層建筑樁基施工的最優(yōu)選擇。