史長江 余相懿 李嵩 馮朝暉 李泱

摘 要：湘江歡樂城四星級酒店建設(shè)場地為灰?guī)r區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，溶洞、溶槽及溶蝕裂隙較發(fā)育，地勘報告遇洞率45.45%，洞內(nèi)多充填軟塑，軟-可塑粉質(zhì)黏土夾砂礫及少量碎石等，最大溶洞高度達(dá)12.3m，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，場地作為擬建建筑物的適宜性一般。

關(guān)鍵詞：灰?guī)r區(qū)；溶洞；旋挖灌注樁

1 前言

灰?guī)r地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，由于地表徑流和地下水流對巖石的溶蝕作用和機(jī)械破壞作用，溶洞、構(gòu)造裂隙較發(fā)育，巖溶的發(fā)育致使建筑物場地和地基的工程地質(zhì)條件大為惡化。因此在灰?guī)r地區(qū)修建各類工程建筑物時必須對工程地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)研究，以預(yù)測和解決灰?guī)r地區(qū)的各種工程地質(zhì)問題。

2 工程概況

四星級酒店分為酒店和酒店2、3#棟，位于長沙市坪塘鎮(zhèn)大王山旅游度假區(qū)中心區(qū)，緊靠湘江。地下1層，地上2～13層，總建筑面積約4萬m2，建筑總高度20～68m，基礎(chǔ)形式為沖孔灌注樁。共287根，其中φ900樁173根，φ1000樁44根，φ1200樁31根，φ1400樁20根，φ1600樁10根，φ1800樁3根，φ1900樁6根。樁長7～30m。樁端持力層為微風(fēng)化灰?guī)r。

3 工程地質(zhì)概況

四星酒店建設(shè)場地為灰?guī)r區(qū)，建設(shè)場地原始地貌屬湘江高階地丘陵地貌，場地中部有一直徑約55m大水塘，底部有較多淤泥。地層巖土特性由上至下分別為：

（1）雜填土：松散狀，為人工填筑，零星分布，層厚均勻性較差；（2）種植土：呈松散狀，厚度較小，力學(xué)性質(zhì)差；（3）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：呈軟塑狀態(tài)，強(qiáng)度低、壓縮性高，工程性能差；（4）人工填土：稍密狀，雖填筑時間較長，但在地下水作用下，強(qiáng)度低、壓縮性高，工程性能差；（5）人工填土：稍密狀，雖填筑時間較長，但在地下水作用下，強(qiáng)度低、壓縮性高，工程性能差；（6）粉質(zhì)黏土：①為巖土交界面處土層，軟塑狀，承載力低，工程力學(xué)性質(zhì)差。②可塑狀，承載力較低，工程力學(xué)性質(zhì)差，埋深大，零星分布。③硬塑狀，具中低壓縮性，工程性狀一般，fak=230kPa；（7）微風(fēng)化灰?guī)r：堅硬巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅰ～Ⅱ級，工程性狀好；（8）中風(fēng)化砂巖：較堅硬巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，工程性狀較好。

場地內(nèi)主要的不良地質(zhì)為巖溶，其形態(tài)以溶洞（槽）及溶蝕裂隙為主?；?guī)r區(qū)共完成鉆孔55個，其中25個鉆孔遇到溶洞、溶槽及溶蝕裂隙，遇洞率45.45%，洞內(nèi)多充填軟塑，軟-可塑粉質(zhì)黏土夾砂礫及少量碎石等。

由于樁基施工段土體主要為粉質(zhì)黏土和人工填土，且人工回填土層較厚，沖孔灌注樁施工存在如下問題：由于土體穩(wěn)定性差，黏性大，容易縮孔，成孔過程中需采取拋石擠密等措施。沖孔樁施工作業(yè)周期長，成孔效率低，且由于施工作業(yè)面有限，現(xiàn)場擺放設(shè)備數(shù)量有限，難以滿足工程施工進(jìn)度要求。綜合比較沖孔灌注樁與旋挖灌注樁的施工工藝特點(diǎn)，旋挖樁具有施工作業(yè)效率高、成孔快，且能夠滿足設(shè)計要求。因此經(jīng)過業(yè)主、設(shè)計同意并經(jīng)過專家論證，將沖孔灌注樁改為旋挖灌注樁。

場地具備作業(yè)面以后，我部及時組織人員進(jìn)行樁基超前鉆工作，根據(jù)設(shè)計院提供樁基布置圖（共287根），超前鉆一樁一孔，隨著超前鉆的施工，部分樁部位地質(zhì)與地勘報告不符，項目部邊統(tǒng)計超前鉆結(jié)果，邊組織監(jiān)理、業(yè)主、地勘和設(shè)計開會。會議決定增加超前鉆數(shù)量，再根據(jù)多個鉆孔的地質(zhì)情況進(jìn)行分析、處理。具體鉆孔數(shù)量見下表1。

上述增補(bǔ)超前鉆孔的情況，每一次增補(bǔ)超前鉆孔數(shù)量，就意味著樁基施工必須等該批次數(shù)據(jù)出來才能繼續(xù)成孔成樁。樁基進(jìn)度受制于超前鉆勘探數(shù)據(jù)的進(jìn)度和地質(zhì)條件的巖溶不確定因素，只能被動跟從超前鉆施工，無法按照既定的樁基行走路線實(shí)施。新的數(shù)據(jù)出來之后需要增補(bǔ)樁，則樁基行走需要重新修路，需要在已經(jīng)完成的工程樁上覆蓋較厚土層，費(fèi)時費(fèi)工。

4 施工中的困難

根據(jù)地勘報告以及現(xiàn)場超前鉆施工情況，可以發(fā)現(xiàn)酒店灰?guī)r地質(zhì)條件的三大難點(diǎn)，分別是：微風(fēng)化巖強(qiáng)度非常高、溶洞強(qiáng)烈發(fā)育且無規(guī)律、淤泥厚度深流動性大。3個困難在處理過程中又包含多個特例，施工難度大，耗時時間久，造成工期和成本增加。

4.1 巖硬度極高

酒店場內(nèi)巖石主要是以高強(qiáng)度微風(fēng)化巖為主，根據(jù)詳勘報告可知，巖硬度平均超過84MPa，最高達(dá)111MPa。我司根據(jù)地勘報告綜合選用ZR280D型號旋挖機(jī)進(jìn)行施工，但施工137#、147#、182#三根試樁，成孔時發(fā)現(xiàn)巖層硬度異常，ZR280D旋挖機(jī)在此三根樁施工作業(yè)過程中，多次出現(xiàn)鉆頭磨壞、鉆桿損耗等現(xiàn)象。又如125#樁，樁長達(dá)37m，入巖深度約32.6m，我司采用ZR360C大功率旋挖機(jī)施工，經(jīng)過三天三夜鉆磨，磨爛3個鉆頭、兩箱高級子彈頭，才完成125#樁成孔。我司將打磨出來的巖石拿去試驗室測得強(qiáng)度達(dá)150MPa。四星級酒店區(qū)域共完成約200根旋挖樁（酒店2、3#棟基礎(chǔ)因溶洞由樁基礎(chǔ)改為筏板基礎(chǔ)），但是前后進(jìn)出場的旋挖樁機(jī)設(shè)備數(shù)量達(dá)十多臺，都是由于無法進(jìn)行高強(qiáng)度巖石的鉆孔，無法適應(yīng)斜巖、溶洞等地質(zhì)條件，或者是地質(zhì)條件導(dǎo)致鉆機(jī)設(shè)備問題頻出。專業(yè)施工隊伍曾主動請求退場或被總包單位清退出場。

4.2 半巖半土的斜巖

高強(qiáng)度巖層區(qū)域，又包含大量的斜巖地質(zhì)。此類巖層，表面光滑，巖層走勢極其不規(guī)則，且多半與溶洞共存，施工難度大，極易導(dǎo)致樁基偏位和鉆頭磨損或是機(jī)械故障。

對于半巖半土，我部采用的是改變鉆頭的成孔辦法，將盤鉆改為筒鉆，用筒鉆將巖體按設(shè)計樁徑邊緣切割成縫槽，然后再用盤鉆將孔內(nèi)巖體鉆掉。盤鉆鉆進(jìn)時減慢速度，及時檢查并糾正鉆桿垂直度。

176#樁存在多處半邊巖，我司按上述辦法施工時還是出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，分析原因如下：樁周圍巖石為跳躍分布，巖石大，較為松動，在鉆孔時受鉆機(jī)振動影響，產(chǎn)生偏移滑位，擠壓鉆桿導(dǎo)致卡鉆。最終我司采用砼回填來處理。但在砼回填時，砼自176#樁流向168#樁，說明176#存在較大溶洞，后回填砼72方，接著復(fù)鉆底部又遇溶洞、溶洞中填充稀泥，再次回填砼，并下放鋼護(hù)筒抵住溶洞段才得以施工完成。176#樁整個施工過程共達(dá)17d。

4.3 巖面淺鉆巖深度深

據(jù)不完全統(tǒng)計，樁長在15m以上樁，基本都包含較長入巖深度，且?guī)r層越往下，硬度越大，耗時耗能越大，強(qiáng)度超過80MPa的微風(fēng)化巖，若樁徑為12m，采用中聯(lián)ZR280A-1旋挖鉆機(jī)設(shè)備在淺層巖面每小時入巖約100～150cm左右，到巖層深度較深區(qū)域則功效減低為每小時鉆巖30cm，采用中聯(lián)ZR360C旋挖鉆機(jī)設(shè)備每小時平均鉆巖約150cm左右。目前中聯(lián)ZR360C旋挖鉆機(jī)是湖南省內(nèi)少見的大型鉆樁設(shè)備，租賃費(fèi)用較高。巖面淺導(dǎo)致鉆巖深度深，設(shè)備磨損大，工期影響大。

4.4 溶洞處理

溶洞處理的難度較大。每個溶洞的大小、尺寸、分布情況均不相同，無法用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法來解決這一問題。整個酒店基礎(chǔ)范圍內(nèi)，包含了大量的溶洞，且溶洞大、溶洞層疊、溶洞串通、連通地下暗河等現(xiàn)象頗為嚴(yán)重。根據(jù)超前鉆數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析酒店樁基施工勘察鉆孔的遇洞率高達(dá)67.7%，2、3#棟區(qū)域96個鉆孔遇洞率高達(dá)100%，地質(zhì)條件極其復(fù)雜。

對于溶洞問題體現(xiàn)較為突出的，如57#樁，根據(jù)超前鉆數(shù)據(jù)顯示樁長為12m，樁身范圍內(nèi)無不良地質(zhì)狀況。樁基成孔過程中亦未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)狀況，但是在砼灌注過程中，快灌滿前混凝土面突然下沉，在之后的10h內(nèi)共連續(xù)灌筑455方（設(shè)計約14方）才灌滿57#樁。后期超前鉆復(fù)鉆時，發(fā)現(xiàn)57#樁樁底仍存在深度達(dá)10m大溶洞。為確保結(jié)構(gòu)安全，最終在57#樁旁補(bǔ)樁兩根。

相對于溶洞灌注來說，溶洞的鉆孔技術(shù)難度更大。如139#、149#、168#、169#、173#、176#樁，均有多層溶洞，多層溶洞導(dǎo)致樁孔較深，溶洞主要的處理辦法包括拋填法、混凝土填充法和套放大小鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。

我司針對已探明溶洞的處理主要采用效果較好的混凝土回填法施工。但回填次數(shù)過多，耗時耗材，如168#樁，整個成孔過程歷時40d，共回填混凝土218方。

173#樁存在多方面的成樁困難，溶洞現(xiàn)象最為突出。該樁于2015.1.15成孔完畢，準(zhǔn)備灌注。因地質(zhì)條件過于復(fù)雜，無法確認(rèn)底部承載力是否滿足要求，最后接地勘單位通知掩埋等待復(fù)鉆。2015.4.1日復(fù)鉆時，存在嚴(yán)重塌孔現(xiàn)象，樁孔稀泥掏除不盡，采用回填砼處理后，往下鉆底部仍存在大溶洞，下放兩節(jié)4.5m長鋼護(hù)筒，下節(jié)鋼護(hù)筒因溶洞過大，滑倒于溶洞中，流出樁身范圍，無法找回。

溶洞現(xiàn)象可分為多類，溶洞的大小不一，溶洞內(nèi)填充材料，也有無填充、稀泥填充、半填充等區(qū)別。無填充小溶洞一次成孔，連續(xù)澆筑，一般可順利施工。溶洞填充大量淤泥質(zhì)土，掏孔過程中存在掏完繼續(xù)鉆孔，周邊溶洞又會涌入更多泥漿到樁孔內(nèi)，甚至出現(xiàn)泥漿瞬間涌入七八米，埋沒鉆桿，無法拔出的突發(fā)事件。針對此類樁，采用砼回填法效果微弱，耗時耗材嚴(yán)重，而樁機(jī)長時間掏孔亦費(fèi)用高昂，且效率極其低下，嚴(yán)重影響工人工作積極性。掏出的稀泥污染整個施工場地，對施工現(xiàn)場文明施工有很大的影響，導(dǎo)致后續(xù)施工不便。

2、3#棟區(qū)域巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，遇溶率100%，但坑底設(shè)計標(biāo)高（37.5m）以下一定深度內(nèi)多基巖出露或覆蓋層厚度較小，下伏巖溶雖發(fā)育但多已被充填，加之2、3#棟高度僅4層，上部結(jié)構(gòu)荷載不大，如全部采用樁基，大多數(shù)基樁的樁長將達(dá)20～30m，基礎(chǔ)造價太高，工期太長。出于經(jīng)濟(jì)合理及施工可行等方面的考慮，設(shè)計單位將基礎(chǔ)改為筏板基礎(chǔ)+抗浮錨桿的方案。同時降低地下室底板標(biāo)高，使絕大部分底板基礎(chǔ)落于灰?guī)r之上。

4.5 淤泥對樁基施工的影響

淤泥區(qū)無法承受大型機(jī)械設(shè)備的重量，且易縮孔、塌孔，在淤泥區(qū)施工是一件非常棘手的問題，該區(qū)域最難成孔的有17根樁，我司嘗試多種方法，如粉噴樁固結(jié)土體、泥漿護(hù)壁、鋼護(hù)筒跟管法、反復(fù)掏孔回灌砼等方法，均無法有效的解決問題或只能解決部分問題。

在部分淤泥區(qū)域，地基承載力極低，旋挖機(jī)行走或是在鉆孔時，因底部淤泥受到擠壓瞬間流動，致使地基變形，幾乎引起旋挖機(jī)側(cè)翻，差點(diǎn)造成重大安全事故。我司為解決承載力問題，采用大量磚渣換填，并鋪設(shè)多層路基板，方能勉強(qiáng)具備短期的承載力。

大面積塌孔主要是土體承載力差，含水率過高的原因。168#和176#樁施工時，灌注、復(fù)打多達(dá)6次。每鉆孔深度下降2～3m即會遇底部大范圍塌孔、溶洞填充物無法掏盡。此類問題無較好處理辦法，對工期的影響較大。

5 基巖勘探樁底溶洞問題的處理

樁基檢測抽芯深度達(dá)到樁底以下5m。在已完成的48根樁基的抽芯檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，16#、31#、57#、86#、87#、100#、101#、107#、108#、129#及130#樁底發(fā)現(xiàn)大小不一的溶洞、溶蝕裂隙，最大溶洞16#樁底溶洞高達(dá)2m。

針對上述樁基抽芯發(fā)現(xiàn)樁底5m基巖范圍內(nèi)的溶洞情況，我部多次組織五方責(zé)任主體進(jìn)行專題會議，針對樁底溶洞的方案處理進(jìn)行了多次討論，最終形成如下意見：

通過多次專題會議的召開，基本形成了統(tǒng)一的處理思路：較小的溶洞采用注漿處理，較大的溶洞采用補(bǔ)樁處理。處理之后的樁必須經(jīng)過檢測確認(rèn)合格之后，才能認(rèn)為處理方案有效。

6 施工總結(jié)

灰?guī)r地區(qū)樁基施工難度較大，施工前必須充分了解場地地質(zhì)狀況，全面分析各種地質(zhì)狀況對施工的影響，合理選用施工設(shè)備和施工方法，施工完成后應(yīng)做好樁基檢測，對不合格的樁進(jìn)行處理并復(fù)檢。

參考文獻(xiàn)

[1]許厚材.復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑支護(hù)灌注樁施工技術(shù)[J].探礦工程：巖土鉆掘工程，2012，（11）：54-57.