孫瑞甲 郭紹強(qiáng) 何興玲 李紅梅 韓慶忠 伍宇彤

1. 中建四局第一建筑工程有限公司 廣東 廣州 510800；2. 中國(guó)建筑第四工程局有限公司 廣東 廣州 510000

廣州北站綜合交通樞紐開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目（天貴路萬(wàn)達(dá)城西側(cè)）安置區(qū)工程，總建筑面積897 300 m2，結(jié)構(gòu)類(lèi)型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室3層，局部2層，建筑高度最高為99.2 m。項(xiàng)目位于巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地區(qū)，溶洞見(jiàn)洞率高達(dá)55%，采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)。

溶洞對(duì)樁基的受力狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生較不利的影響。沖孔灌注樁鉆進(jìn)過(guò)程中，遇到溶洞或裂隙發(fā)育的位置時(shí)，泥漿會(huì)向溶洞或裂隙處泄漏，泥漿泄漏迅速來(lái)不及補(bǔ)給，造成泥漿水頭下降，破壞孔內(nèi)外水壓平衡，從而導(dǎo)致坍孔、擴(kuò)孔、埋鉆，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致地面下沉、樁機(jī)傾覆，造成工期延誤，并會(huì)威脅施工人員的安全。

另外，溶洞處理過(guò)程中，在處理完標(biāo)高較高的溶洞后，容易忽略對(duì)標(biāo)高較低處溶洞的處理。溶洞的處理施工技術(shù)是不良地質(zhì)地區(qū)樁基施工的難點(diǎn)，也是確保建筑結(jié)構(gòu)安全的重中之重。

傳統(tǒng)的溶洞處理辦法是采用雙鋼管的方法進(jìn)行施工，鋼管笨重且安裝困難，費(fèi)人工。通過(guò)灌注混凝土的方法進(jìn)行溶洞處理，容易堵管，造成溶洞處理效果不佳，威脅建筑結(jié)構(gòu)的安全，造成成孔難、施工安全系數(shù)低、成孔質(zhì)量差等問(wèn)題[1-5]。

本文從超大溶洞的探測(cè)、注漿以及處理結(jié)果驗(yàn)收三大環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新，采用超前鉆探法、管波探測(cè)法相結(jié)合的方法，以及雙漿液工藝和袖閥管注漿、間歇注漿法的施工工藝，使得溶洞處理的效率大幅提高，施工成本明顯降低。目前，該技術(shù)已使用于溶洞發(fā)育強(qiáng)烈地區(qū)的工程施工，均得到業(yè)主和行業(yè)的認(rèn)可。相比傳統(tǒng)的施工方法，該技術(shù)節(jié)省了工期，提高了施工質(zhì)量，保證了施工安全。

1 技術(shù)特點(diǎn)

1）揭露溶洞：采用超前鉆機(jī)開(kāi)孔的樁位，根據(jù)管波數(shù)據(jù)繪制管波探測(cè)圖，作為判定巖層情況的依據(jù)。

2）袖閥管預(yù)埋：根據(jù)串珠溶洞已開(kāi)孔的深度進(jìn)行相應(yīng)長(zhǎng)度的袖閥管（規(guī)格φ48 mm 3 mm）的預(yù)埋。

3）間歇注漿：按照串珠溶洞先下后上的處理原則，對(duì)于多層溶洞，應(yīng)當(dāng)先處理下層溶洞，再處理上層溶洞。其中，注漿鋼管（采用每段長(zhǎng)3 m，規(guī)格為DN20 mm的鍍鋅鋼管進(jìn)行拼接）伸至串珠溶洞底部，按溶洞豎向分布情況，自下而上對(duì)串珠溶洞進(jìn)行處理，并依次提升至溶洞區(qū)域 注漿。

4）注漿液在后臺(tái)配制，并從最底層的溶洞向上一一進(jìn)行處理。

5）對(duì)于半充填和無(wú)充填的、高度小于8 m的溶（土）洞，采用袖閥管分次間歇注漿工藝進(jìn)行處理。對(duì)于單層洞高或多層串珠狀洞高為8～15 m的溶（土）洞，當(dāng)填充物為半充填或無(wú)充填時(shí)，采用雙漿液和袖閥管注漿相結(jié)合的工藝進(jìn)行處理。先采用雙漿液進(jìn)行封堵，等漿液有一定強(qiáng)度后，再采用袖閥管注漿。

6）控制偏差：通過(guò)回填毛石片石，低垂緩沖進(jìn)行沖孔，根據(jù)斜巖的傾斜情況調(diào)整樁錘的落距與落速，確保斜巖均勻受力，避免偏孔情況的出現(xiàn)，使斜巖能被有效鑿除近95%?？讖饺菰S偏差為－40～＋100 mm。

7）注漿效果：待溶洞處理注漿漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80%，對(duì)于單個(gè)洞高超過(guò)4 m的串珠溶洞，采用管波探測(cè)法檢驗(yàn)溶洞注漿的填實(shí)度。

8）保證安全：避免溶洞對(duì)樁機(jī)受力狀況產(chǎn)生的不利影響，從而避免出現(xiàn)坍孔、擴(kuò)孔等現(xiàn)象，嚴(yán)重的將導(dǎo)致地面下沉、樁機(jī)傾覆，威脅人員的生命安全，且延誤工期。注漿所用漿液流動(dòng)性不強(qiáng)，容易造成堵管，溶洞處理效果不佳，威脅建筑結(jié)構(gòu)的安全。

2 技術(shù)關(guān)鍵

2.1 超大溶洞區(qū)域沖孔灌注樁一次性成孔技術(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑臉段蛔鴺?biāo)，對(duì)樁位中心點(diǎn)采用全站儀進(jìn)行測(cè)量定位。

1）采用超前鉆探法結(jié)合管波探測(cè)法的方法探明串珠溶洞的大小及位置。超前鉆探法是在樁位中心處進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)小孔徑的地質(zhì)勘探鉆孔取得巖樣，通過(guò)對(duì)巖樣的觀測(cè)來(lái)確認(rèn)地質(zhì)情況；管波探測(cè)法是在鉆孔中利用“管波”這種特殊的彈性波，探測(cè)孔旁一定范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體，其探測(cè)半徑為1 m。

2）對(duì)已揭露有溶洞的樁暫定3個(gè)鉆孔用于探查、注漿和排氣，3個(gè)孔位呈等邊三角形沿樁位中心布置，并采用雙漿液工藝和袖閥管注漿工藝相結(jié)合的方法進(jìn)行處理。

3）采用間歇注漿方式，節(jié)約注漿量，間歇時(shí)間控制在10～20 min。間歇時(shí)間采取加速凝劑（水泥質(zhì)量的3%）的方法進(jìn)行控制，使?jié){液提前膠結(jié)，從而縮短間歇注漿的時(shí)間。

4）采用孔內(nèi)拋片石的方式進(jìn)行偏錘處理。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆孔巖溶管波探測(cè)儀數(shù)據(jù)，將地質(zhì)情況數(shù)據(jù)化，提前做好遇復(fù)雜巖層的偏孔問(wèn)題處理準(zhǔn)備，以填毛石片石來(lái)補(bǔ)平孔底，保證沖孔安全，以達(dá)到施工效果。

5）采用孔內(nèi)澆筑C30素混凝土代替片狀孤石成孔。根據(jù)所遇復(fù)雜巖層制定不同的處理方案，使孤石與水下素混凝土體結(jié)合，待混凝土體達(dá)到一定強(qiáng)度后再?gòu)?fù)沖。

2.2 施工流程

測(cè)放樁位→鉆機(jī)就位開(kāi)孔→管波探測(cè)→鉆機(jī)開(kāi)孔→袖閥管預(yù)埋→注漿→處理效果驗(yàn)收

2.3 操作要點(diǎn)

2.3.1 鉆機(jī)就位開(kāi)孔

根據(jù)已經(jīng)測(cè)放的樁位，使用PC200的挖機(jī)進(jìn)行該樁位周?chē)鷪?chǎng)地的平整工作，從而保證地面強(qiáng)度以及平整度滿足鉆機(jī)的作業(yè)要求。超前鉆鉆機(jī)就位開(kāi)工，鉆沖過(guò)程中保存好取出的芯樣，作為繪制柱狀圖判定串珠溶洞所在位置的依據(jù)。

其中：對(duì)于支護(hù)樁，每3根樁選擇一個(gè)鉆孔位進(jìn)行鉆孔，以探明溶洞情況，若有溶洞再對(duì)隔壁樁位進(jìn)行鉆孔；對(duì)于工程樁，則一樁一孔，探明該樁位的地質(zhì)情況，鉆孔深度必須滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，保證樁底的連續(xù)微風(fēng)化巖滿足設(shè)計(jì)要求深度。

2.3.2 管波探測(cè)法

對(duì)于已采用超前鉆機(jī)開(kāi)孔的樁位，從自然地面標(biāo)高處開(kāi)始往孔內(nèi)下放探頭（彈性波的發(fā)射器，采用國(guó)產(chǎn)HXGMM-S50C型致震源），并使用StratView R48淺層地震儀記錄被樁位側(cè)壁所反彈形成的管波數(shù)據(jù)，根據(jù)此管波數(shù)據(jù)繪制管波探測(cè)圖，作為判定巖層情況的依據(jù)。

2.3.3 鉆機(jī)開(kāi)孔

對(duì)于揭露有溶洞的樁位，采用超前鉆機(jī)鉆3個(gè)孔用于探查、注漿以及排氣，3個(gè)孔呈等邊三角形環(huán)繞樁位中心進(jìn)行布置，開(kāi)孔的標(biāo)高為最底層串珠溶洞的底標(biāo)高（圖1）。

圖1 串珠溶洞探查開(kāi)孔示意

2.3.4 袖閥管的預(yù)埋

預(yù)埋袖閥管的高度比原始地面高60 cm。袖閥管（φ48 mm 3 mm的PVC管）底部安裝堵頭，溶洞注漿段每隔330 mm開(kāi)一組4φ8 mm射漿孔，每組孔縱向長(zhǎng)度60 mm，每組射漿孔外包裹一層長(zhǎng)80 mm的橡膠套，防止射漿孔下管時(shí)堵塞（圖2）。

圖2 袖閥管預(yù)埋剖面

孔深驗(yàn)收合格后，對(duì)原始地面與袖閥管的交界處采用厚50 cm的1∶1.5的水泥砂漿（水泥砂漿中按體積比1∶0.2添加雙漿液加速凝結(jié)）進(jìn)行封堵，用于固定袖閥管以及保證孔內(nèi)的密封性。

2.3.5 注漿

通過(guò)溶洞處理后臺(tái)制造注漿漿液，注漿漿液通過(guò)水泥漿注漿泵加壓至注漿鋼管并注入溶洞（注漿壓力控制在0.5～1.2 MPa），從最底層的溶洞開(kāi)始處理，達(dá)到一定注漿壓力而無(wú)法注入后，提升注漿鋼管至上一個(gè)溶洞處，通過(guò)袖閥管預(yù)留的射漿孔噴射注漿，逐個(gè)進(jìn)行處理。注漿完成后拔注漿管，并將鍍鋅鋼管拔出并清洗干凈。

3 技術(shù)管理措施

1）采用吊錘測(cè)量注漿管的開(kāi)孔深度。

2）根據(jù)斜巖的傾斜情況調(diào)整樁錘的落距與落速。當(dāng)成孔遇到斜巖時(shí)，應(yīng)采用回填片石，對(duì)回填料進(jìn)行復(fù)沖。沖孔機(jī)低錘慢沖至巖面后，提起沖錘，向孔內(nèi)回填片石，回填至出現(xiàn)斜孔面位置以上超2 m，回填完成。然后繼續(xù)沖孔作業(yè)。片石的回填量及回填次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定，以遇較大偏孔、偏錘時(shí)及時(shí)回填為準(zhǔn)。當(dāng)注漿管穿過(guò)斜巖面到達(dá)完整基巖后，繼續(xù)沖孔。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，遇到較陡斜巖時(shí)采用低錘緩沖的方法，能有效地鑿除斜巖，平均節(jié)省工期3 d，并節(jié)省大量回填材料。

3）根據(jù)勘察單位提供的資料以及周邊孔位的開(kāi)孔情況，增加對(duì)地質(zhì)情況的掌握，提前辨析地質(zhì)難題，并提前制訂相應(yīng)的解決措施。

4 制作質(zhì)量控制措施

1）施工方案先行，做好相關(guān)技術(shù)復(fù)核和過(guò)程旁站，及時(shí)反饋、糾偏，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)于規(guī)范。

2）確保漿液注至溶洞所在位置標(biāo)高。

3）地勘鉆進(jìn)基巖后，每鉆進(jìn)100～500 mm后，應(yīng)清孔取樣一次，分析取樣數(shù)據(jù)。

4）掌握一樁一孔資料中的柱狀圖、管波圖顯示的地質(zhì)狀況。

5）由于存在施工質(zhì)量和較大的安全隱患，需保證一次性成孔率達(dá)到63%以上。

5 效益分析

5.1 社會(huì)效益

采用超前鉆探法、管波探測(cè)法相結(jié)合的方法，及雙漿液工藝和袖閥管注漿、間歇注漿法的施工工藝，后續(xù)在超大溶洞區(qū)域沖孔灌注樁的施工中，成孔質(zhì)量良好，承載力標(biāo)準(zhǔn)值均滿足要求，樁基檢測(cè)合格。對(duì)于已經(jīng)出問(wèn)題的管樁，經(jīng)過(guò)糾偏、補(bǔ)樁等手段，其質(zhì)量也均滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

廣州北站安置區(qū)工程有工程樁3 165根，支護(hù)樁1 968根，樁的總數(shù)量共計(jì)5 133根。按已探測(cè)的詳勘，溶（土）洞的見(jiàn)洞率按55%計(jì)算，共有3 080根樁會(huì)遇到溶洞。經(jīng)綜合計(jì)算，采用本文所述的施工工藝，每個(gè)工程樁樁位所節(jié)省的費(fèi)用為17 085元。運(yùn)用此技術(shù)，遇到未處理的串珠溶洞越多，所節(jié)約的成本越多。

5.3 工期效益

工程采用超大溶洞區(qū)域沖孔灌注樁一次性成孔施工技術(shù)，較傳統(tǒng)沖孔灌注樁施工，可節(jié)約工期45 d。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從探測(cè)、注漿及處理結(jié)果驗(yàn)收三大環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新，通過(guò)超前鉆探法與管波探測(cè)法相結(jié)合，探明串珠溶洞的三維立體形狀，采用雙漿液和袖閥管注漿工藝相結(jié)合的方法進(jìn)行注漿處理，再利用管波探測(cè)法檢驗(yàn)串珠溶洞注漿的填實(shí)度，確保串珠溶洞處理效果。最終的處理效果良好，最大限度避免了后期樁基沖孔作業(yè)施工中出現(xiàn)的漏漿、坍孔、擴(kuò)孔、埋鉆等現(xiàn)象，大大提高巖溶地區(qū)沖孔灌注樁一次性成孔的概率，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約了工期。但本技術(shù)也存在不足之處：本技術(shù)對(duì)設(shè)備和人員技能的要求較高，需專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行控制，才能保證高效施工。