復雜巖溶地質條件下旋挖灌注樁施工方法

吳智 周燁 王照文 柯標志 符靖 章燕清

【摘要】結合湖南長沙大王山礦坑生態修復利用工程-五星級酒店工程樁基工程應用實際情況，具體介紹了在復雜巖溶地質條件下旋挖灌注樁的施工工藝及質量控制要點，并說明該技術具有較好的經濟效益、實用性及優越性，是一種在建筑工程應用中值得推廣的施工工藝。

【關鍵字】旋挖灌注樁；巖溶地質；施工工藝

1、前言

隨著社會經濟文化的發展，早在八十年代各大城市就掀起建造狂潮了，現今的建筑用地也越來越緊缺，在這種情況下，規劃師只有向城市周邊擴展規劃以求解決用地緊缺的局勢。因此，當下和今后的建筑用地的地質情況會呈現多樣性即地質情況會越來越復雜。礦坑生態修復利用工程-五星級酒店工程樁基工程建設場地地質條件復雜為特殊巖土。其中特殊巖土包括人工填土、流塑-軟塑淤泥質粉質黏土、殘積粉質粘土及微發育巖溶。

為應對復雜地質情況下建筑物基礎建造的經濟性的前提下解決建造難題，本文作者在工程施工的過程中進行了大量的研究探索，安全、保質、按期完成了該工程的基礎工程。在通過對礦坑生態修復利用工程-五星級酒店工程的基礎工程的具體施工技術情況和進一步提煉形成了本篇論文，為今后類似工程施工提供借鑒。

2、工程概況

本工程位于長沙市岳麓區坪塘大道與清風南路交匯處的東南角，總建筑面積約6.3萬m2，地下兩層，地下室為框架-剪力墻結構，地上23層，主體結構為外鋼框架內混凝土核心筒，建筑總高度約98m。

本工程樁基礎形式：本工程樁基礎共317根，其中ZH-1（φ1200）樁88根， ZH-2（φ1500）樁17根，ZH-3（φ900）樁157根， ZJ-1（φ1200）樁33根，ZJ-2（φ1600）樁22根。樁孔直徑900mm～1600mm，樁基深約11m～41m。樁身砼為C40水下、C45水下，所有樁基底均要落在微風化灰巖上，持力層單軸抗壓強度標準值fa=60MPa。

建造場地內地下溶洞、間斷性裂隙多，局部溶洞最大深度超過30m，溶洞、裂隙填充物為軟塑紅粘土、砂礫石等，且局部存在空洞，經綜合比較沖孔灌注樁與旋挖灌注樁的施工工藝特點以及相關專家的論證，決定該工程的基礎工程采用新型旋挖灌注樁施工方法。

3、關鍵施工技術與工藝

3.1 施工準備

施工準備分為技術準備和現場準備。技術準備為編制樁基礎施工技術專項方案，經公司審批后報監理及建設單位審批，并落實專家會審意見。樁基礎圖紙的會審及交底，根據設計圖紙結合地勘資料做好樁孔施工記錄，并采取相應處理措施。并對工程地質的可鉆性分析：工程地質可鉆性分為土壤可鉆性分析及入巖可鉆性分析兩個方面。 現場準備為根據現場施工平面布置圖落實現場臨時道路、臨水及臨電、鋼筋材料堆場及加工場。落實進場原材料取樣送檢，設備進場驗收工作。在土質地基上鋪設片石臨時道路路基，再滿鋪路基箱作為施工臨時便道。

3.2 測量放樣

按照從整體到局部的原則，進行樁位的坐標放樣，樁位放樣按樁機規劃行走路線及樁孔施工先后順序進行依次放樣。

每個樁孔用全站儀放樣，樁位的中心點并打入鋼筋（φ20（L=800mm））做好標記，再采用十字線打指示樁（4*φ20（L=800mm））四角定位，安裝鋼護筒，下護筒后經二次復核無誤后方可進行鉆孔

3.3 鋼護筒施工

鋼護筒在加工廠加工，采用卷材機卷板，尺寸要準確，要求平滑。鋼護筒焊接接頭形式必須符合設計要求及規范規定。并達到與母材等強度的要求。鋼護筒對口拼裝要在夾具等輔助工具幫助下進行，定位合格后應進行定位點焊。為減少變形和內應力，鋼護筒對口焊接時宜對稱施焊。焊接工作完成后，所有拼裝輔助裝置、殘留的焊瘤和熔渣等均應除去。

3.4 鉆機就位

在鉆孔作業之前需要對鉆桿進行調垂。在鉆桿相對零位±5°范圍內才可通過顯示器上的自動調垂按鈕進行自動調垂作業；而鉆桿超出相對零位±5°范圍時，只能通過顯示器上的電動按鈕或操作箱上的電氣手柄進行手動調垂工作。在調垂過程中，操作人員可通過顯示器的鉆桿工作界面實時監測桅桿的位置狀態，使鉆桿最終達到作業成孔的設定位置。

3.5 鉆進成孔

鉆孔時先將鉆頭著地，記錄鉆機鉆頭的原始位置，操作人員可通過顯示器監測鉆孔的實際工作位置、每次進尺位置及孔深位置，從而操作鉆孔作業。當鉆斗被擠壓充滿鉆渣后，將其提出地表，操作回轉操作手柄使機器轉到棄土堆放位置，用挖掘機或裝載機將鉆渣裝入運渣車運至場外廢除，以減少對施工現場的污染。施工過程中通過鉆機本身的三向垂直控制系統反復檢查成孔的垂直度，確保成孔質量。地質情況記錄按相應的地質的相關的表記錄，交接班時應有交接記錄。根據旋挖鉆機鉆孔的地質情況記錄，繪制孔樁地質剖面圖。達到預定鉆孔深度后，提起鉆桿，測量孔深及沉渣厚度。

3.6 泥漿循環作業

泥漿材料的選定及配合比：7～10%膨潤土；0.5～1%工業用堿；0.1%羥甲基纖維素（CMC） ；拌和用水為自來水。測定泥漿材料性能的基礎上，及時試配泥漿的最佳配合比。施工期間護筒內的泥漿面應高出地下水位1.0m以上。 漿池采用泥漿柜或現場砌筑泥漿池。在施工時，要慢速運轉，掌握地層對鉆機的影響情況，以確定在該地層條件下的最優鉆進參數，為工程樁的施工提供依據。鉆進過程中注意觀察巖性變化，做好施工記錄，確保樁端進入持力層滿足設計要求。

3.7 塌孔及陡巖處理

踏孔處理一般采用回填法施工即逐層掏出溶洞、裂隙內的軟土，若連續掏出4-5筒泥仍沒有進尺，表明孔內塌孔，反復撈土，形成空腔，塌孔采用串筒向孔內澆筑同標號C40水下混凝土，由于水下灌注混凝土采用串筒澆筑，將溶洞內底部大量泥漿擠出，混凝土澆筑高度超出溶洞上部頂面1500mm以上，如由于溶洞太大導致泥漿量大，需根據現場實際情況增加混凝土澆筑高度，待48小時后混凝土達到一定強度后重新成孔。

鉆孔中遇到半石半土情況時，應改進鉆孔工藝，將鉆頭換成筒鉆，用筒鉆將巖體按設計樁徑邊緣線切割成縫槽，再換成盤鉆將孔內的巖體鉆掉。鉆進時應減慢鉆進速度，隨時檢查鉆機的垂直度，保證不發生鉆孔傾斜情況或及時發現及時糾正。

如出現鉆孔過程中由于樁孔兩側強度差異較大出現樁孔偏移，則在偏孔后回填樁芯同標號（C40/ C45水下）混凝土，待混凝土達到一起一定強度后（C20強度以上）再采用筒鉆開孔，確保該部分半石被切削，如半石高度較大，需采取分次澆灌混凝土及鉆孔方式，直至半石完全被切削。

3.8 成孔檢測

1） 成孔達到設計標高后，對孔深、孔徑、孔壁垂直度、沉淀厚度等進行檢查。沉渣的檢測。

2）沉淀厚度必須進行檢查，檢測前準備好檢測工具，測繩、檢孔工具等；

3）檢孔工具：檢孔器形似小型鋼筋籠高3.0m，外徑D按設計的孔徑大小而定。檢測孔器的制作采用粗鋼筋（φ32、φ28），要求檢孔器必須規則，具有一定的剛度，防止在使用過程中發生變形，同時減少周壁突出，防止在檢孔過程中造成對孔壁破壞。

3.9 清孔

采用正反循環交替清孔排渣，先利用泥漿泵正循環往孔底壓漿，泥漿向上翻動力沖起沉淀物，而后用砂石泵工作時吸入形成負壓，由于不斷的平衡吸渣使管內外形成壓力差，產生液流，當流速達到額定數值時將孔底泥砂鉆渣隨液流到達地面。

3.10泥漿濃度、沉渣厚度檢測

將檢測器放下去，記錄檢測圓板上測繩的長度；在用鋼絲測繩把檢孔鋼筋放下去、記錄檢孔鋼筋加測繩的長度；兩長度之間的差就是沉渣厚度。如孔底水量不大為泥漿糊狀，可采用人工丟水泥后進行機械拌合，使底部沉渣形成水泥土，待底部形成一定強度后再采用抽渣筒進行處理。

3.11鋼筋籠制作及安裝

鋼筋籠縱向鋼筋的混凝土保護層厚度為50mm。鋼筋籠外側需設定位筋（定位筋為同截面4根凸型HRB400φ10（L=50CM）@2000，穿4cm厚混凝土墊塊），以保障鋼筋保護層厚度；為確保鋼筋籠穩定性，每個加勁箍內設等邊三角形HRB400φ20@2000鋼筋內支撐焊接牢固，避免鋼筋籠骨架變形。圓型加勁箍與每條縱向鋼筋的交接點全部焊接牢固，避免鋼筋籠在吊運中產生不可恢復的變形。

3.12 灌注水下砼

灌注樁統一采用水下混凝土澆筑，混凝土塌落度應控制在160mm～220mm，不得有離析現象。當導管埋深超過4m后應進行提管，提管采用汽車吊/履帶吊，提出一節后將下部導管固定在孔口上，放松導管，檢查固定是否牢固，拆除上節導管。灌注水下混凝土過程中，孔內混凝土面連續不斷上升，導管埋深也在不斷增加，需要定時測量混凝土上升情況，記下罐入的混凝土量，測定坍落度。由于場地內溶洞、裂隙較多，在沖擊成孔時會出現部分塌孔現象，特別是溶洞、裂隙巖石壁至樁孔壁厚度較薄的土層，因相互間的粘附力較差，施工過程中受沖擊和水的擾動易發生塌落，需在成孔過程中填充混凝土再次開孔形成穩定的護壁避免塌孔。

4、施工質量控制

測量人員根據設計圖紙和甲方提供的導線點，坐標點來引放出軸線及樁位，完成后，應復檢驗收，并辦理好簽證手續，開孔前一定將軸線和樁位置復核準確，才能開孔。箍筋與縱筋必須焊接牢固，保證整個鋼筋籠的整體性和剛性，起吊時，保證鋼筋籠的垂直度，不能產生不可恢復的變形，保證鋼筋籠的中心與樁位中心重合。對特殊過程的重要參數，質量特性逐一列出，制定連續控制計劃，確定監控目標要求及檢測手段，由施工員、質檢員進行連續監視和控制并做好記錄。

5 應用效果

在礦坑生態修復利用工程-五星級酒店工程樁基礎施工中應用，采用旋挖灌注樁時遇到溶洞的處理技術措施是成功的，解決了旋挖灌注樁遇到溶洞時施工過程中大部分難題，減少了旋挖灌注樁施工的難度，相比傳統的施工方法，節約了鋼筋、混凝土等實體材料的投入，提高了施工功效，節約了工期，質量更可靠。

現以礦坑生態修復利用工程-五星級酒店工程施工為例進行效益分析：

正常條件下施工工期為96天，采用本工法施工可以縮短至86天，節約工期7天，固定成本節約8000元/天×10天=80000元。

通過應用溶洞處理施工技術交底，有效的指導現場施工，可節約、鋼筋、混凝土等實體材料的投入，提高了施工功效，減少勞動力投入。

1）節約人工 120元/工日×86天×5人/天=51600元

2）節約材料

鋼筋：8噸×4800元/噸=38400元

混凝土：120立方米×400元/立方米=48000元

結束語

該工程經過上述施工技術后，所施工的樁經檢測試驗，均符合相關要求，工程質量得到了保證，值得向同類工程推廣應用。

參考文獻：

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