龔 歡，陳一喬，謝 鈞，陳一鵬

（廣東省建筑工程集團(tuán)有限公司 廣州 510010）

0 前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，灌注樁逐漸成為房建市政項(xiàng)目基礎(chǔ)工程的首選，其設(shè)計(jì)理論和施工工藝已經(jīng)日趨完善。但由于地質(zhì)情況復(fù)雜難測(cè)，加之灌注樁施工本身具有高度的隱蔽性，其過(guò)程控制往往比上部結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜［1］。影響灌注樁成樁質(zhì)量的因素很多，其中溶洞處理就是一項(xiàng)重要且復(fù)雜的工作。若溶洞處理不當(dāng)，很容易塌孔、斷樁等安全、質(zhì)量事故，可能對(duì)項(xiàng)目建設(shè)造成重大損失，甚至危及人員傷亡［2］。

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)概況

某大型住宅項(xiàng)目總建筑面積為41.5萬(wàn)m2，地處巖溶發(fā)育地區(qū)，樁基礎(chǔ)工程塔樓范圍內(nèi)采用鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)，塔樓范圍外（純地下室部分）采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁基礎(chǔ)，其中：鉆（沖）孔灌注樁1 371 條（含抗拔樁190 條），樁徑含：φ800、φ1 000、φ1 200、φ1 400、φ1 600、φ2 000。超前鉆完成1 371 個(gè)孔鉆探，共揭露550 個(gè)鉆孔孔深范圍內(nèi)揭露土洞、石芽、溶溝、溶洞等巖溶形態(tài)，其中溶洞高度≥10 m 的孔位有19個(gè)，平均見洞隙率為40.1%。

1.2 工程地質(zhì)條件

本場(chǎng)地范圍內(nèi)上覆土層主要為（Qml）第四系填土層〈1-2〉；（Qal+pl）沖積-洪積層〈2-1〉軟塑狀粉質(zhì)粘土、〈2-3〉粉細(xì)砂、〈2-4〉中粗砂、〈2-7〉可塑狀粉質(zhì)粘土；（Qal+pl）沖洪積土層〈3-1〉可塑狀粉質(zhì)粘土和〈3-3〉流塑～軟塑狀粉質(zhì)粘土；（C1ds）基巖（石炭系石磴子組）灰?guī)r風(fēng)化巖帶。地質(zhì)勘察報(bào)告揭露巖面覆蓋大面積較厚的砂層（粉細(xì)砂、中粗砂）和軟土層，地下水豐富，巖溶強(qiáng)發(fā)育，存在土洞、溶洞等不良地質(zhì)，對(duì)施工有較大影響，若處理不當(dāng)，有造成地面沉陷和樁基陷落等事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2 施工重難點(diǎn)

2.1 地質(zhì)情況復(fù)雜，溶洞見洞率高

本項(xiàng)目《超前鉆勘察報(bào)告》揭露巖層地質(zhì)為可溶性灰?guī)r，巖溶強(qiáng)發(fā)育，溶洞常以溶蝕溝槽、落水洞、溶蝕裂隙等形態(tài)出現(xiàn)。其中以A1 棟最發(fā)育（見洞率達(dá)100%），整體平均見洞隙率為40.1%［3］。

2.2 多種機(jī)械協(xié)同作業(yè)，安全隱患大

樁基施工作業(yè)面展開后，涉及多種機(jī)械協(xié)同作業(yè)，如三軸攪拌樁機(jī)、靜壓樁機(jī)、沖孔樁機(jī)、旋挖鉆機(jī)、大型挖掘機(jī)等自重較大的設(shè)備，而下端溶洞大多屬于強(qiáng)發(fā)育，且多處溶洞無(wú)填充，在自重及施工荷載作用下，機(jī)械作業(yè)存在很大安全隱患［4］。

2.3 成孔過(guò)程易塌孔

因地質(zhì)巖溶強(qiáng)發(fā)育，在灌注樁成孔過(guò)程中，一旦沖破巖層，經(jīng)常會(huì)遇到漏水漏漿現(xiàn)象，若不及時(shí)妥善處理，很容易發(fā)生塌孔事故。

2.4 灌注樁成樁后樁身混凝土已流失

本項(xiàng)目巖溶分布廣泛、溶洞分布過(guò)于密集，溶洞連通現(xiàn)象頻繁［5］，即使灌注樁完成施工，其成樁后終凝前也可能因溶洞影響出現(xiàn)樁身混凝土流失［6］，輕則需加厚承臺(tái)高度，重則需要樁機(jī)二次進(jìn)場(chǎng)重新鉆孔成樁。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 BIM三維地質(zhì)建模

結(jié)合《超前鉆勘察報(bào)告》分析地質(zhì)情況［7］，利用REVIT三維建模軟件建立超前鉆地質(zhì)模型，將每一條灌注樁對(duì)應(yīng)地質(zhì)情況反映在模型中，提前掌握每一條灌注樁巖溶地質(zhì)情況，以便施工時(shí)針對(duì)溶洞情況采取針對(duì)性措施，如圖1 所示。將REVIT 地質(zhì)建模參數(shù)信息導(dǎo)入Civil 3D軟件建立地下空間地質(zhì)模型，使得地下巖溶空間化、立體化、連續(xù)化展現(xiàn)出來(lái)［8］，以此分析樁身混凝土灌注過(guò)程在巖溶地質(zhì)中的擴(kuò)散工況，如圖2所示。

圖1 REVIT建立超前鉆地質(zhì)模型Fig.1 REVIT Geologic Model of Advanced Drill

圖2 Civil 3D軟件建立地下空間地質(zhì)模型Fig.2 Civil 3D Geologic Model of Underground Space

3.2 施工策劃

根據(jù)《超前鉆勘察報(bào)告》及借助Revit、Civil 3D 軟件建立的三維地質(zhì)模型制定合理施工部署，提出巖溶地區(qū)灌注樁帷幕式施工技術(shù)，考慮其復(fù)雜巖溶地質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)性分析，制定項(xiàng)目樁基礎(chǔ)施工總體部署，將施工區(qū)域內(nèi)灌注樁按部位分為外圈、中圈、內(nèi)圈3 個(gè)部分，按照“先灌注樁后預(yù)應(yīng)力管樁，灌注樁先外圈后內(nèi)圈，先無(wú)溶洞后有溶洞，先小溶洞后大溶洞”的施工工序逐層推進(jìn)。其中：外圈指外圍1層灌注樁，中圈指最靠近外圈灌注樁的1～2 層灌注樁，內(nèi)圈指除外圈、中圈以外的其它全部灌注樁。巖溶地區(qū)灌注樁帷幕式施工部署如圖3所示。

圖3 巖溶地區(qū)灌注樁帷幕式施工部署Fig.3 Curtain Construction Deployment of Cast-in-place Pile in Karst Area

對(duì)于有溶洞灌注樁施工，經(jīng)過(guò)安全及經(jīng)濟(jì)性分析后，采用旋沖結(jié)合方式［9］。先施工外圈有溶洞灌注樁，利用混凝土超灌進(jìn)行填充，與同為外圈的無(wú)溶洞灌注樁形成外圈帷幕。再施工中圈混凝土灌注樁時(shí)因?yàn)橥馊Φ尼∧蛔饔脴兜谆炷林粫?huì)向內(nèi)圈流淌，有效減少中圈灌注樁的超灌量和護(hù)筒埋設(shè)量。當(dāng)施工內(nèi)圈灌注樁時(shí)，因外圈和中圈已形成層層環(huán)樁帷幕，且每層混凝土均會(huì)向內(nèi)圈超灌，其充盈系數(shù)會(huì)大幅降低。本項(xiàng)目施工至內(nèi)圈灌注樁時(shí)充盈系數(shù)基本可控制在1.4以內(nèi)且逐漸降低，且除特大型溶洞以外，基本可考慮不下護(hù)筒，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

3.3 技術(shù)實(shí)施

按照“先灌注樁后預(yù)應(yīng)力管樁，灌注樁先外圈后內(nèi)圈，先無(wú)溶洞后有溶洞，先小溶洞后大溶洞”施工部署，施工過(guò)程由外圈向內(nèi)圈層層推進(jìn)從而形成層層環(huán)樁帷幕，使后施工灌注樁成樁過(guò)程樁底混凝土無(wú)組織流淌變?yōu)橛薪M織流淌，逐漸減少了中圈及內(nèi)圈灌注樁的超灌量和護(hù)筒埋設(shè)量，確保施工安全，如圖4 所示。操作關(guān)鍵點(diǎn)如下：

圖4 灌注樁澆筑過(guò)程樁底混凝土向內(nèi)擴(kuò)散Fig.4 The Bottom Concrete Diffuses Inward during the Pouring of Cast-in-place Pil

⑴施工外圈有溶洞灌注樁時(shí)，采用旋沖結(jié)合方式，結(jié)合鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，將鋼護(hù)筒下至巖面，主要措施如下：①采用旋挖成孔，當(dāng)旋挖鉆斗鉆至巖面上方50～80 cm 時(shí)，緩慢提升鉆斗，旋挖機(jī)移位；②采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，區(qū)別于傳統(tǒng)施工工藝，將下長(zhǎng)鋼護(hù)筒至巖面，下放完成后檢查其高程、垂直、護(hù)筒頂面水平度，若超出允許誤差，則及時(shí)糾偏，鋼護(hù)筒跟進(jìn)過(guò)程如圖5 所示；③沖孔樁機(jī)就位并沖孔開始階段采用小沖程（5～10 cm/h）沖破巖面，一旦沖至溶洞，可能出現(xiàn)漏水漏漿，此時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿，確保孔內(nèi)水頭，同時(shí)提鉆，拋填1∶1片石粘土混合物至孔口以下1～2 m，重新操作沖擊成孔，確保最終成孔；④澆筑灌注樁混凝土過(guò)程中大概率會(huì)出現(xiàn)樁樁底混凝土擴(kuò)散，使上部樁頂面迅速下降，繼續(xù)保持澆筑混凝土，此時(shí)樁身混凝土?xí)鸩较騼?nèi)圈擴(kuò)散并填充溶洞，平均充盈系數(shù)一般在2.0以上。

圖5 鋼護(hù)筒跟進(jìn)Fig.5 Steel Casing Follow-up

⑵施工中圈有溶洞灌注樁時(shí)，繼續(xù)采用旋沖結(jié)合，由于外圈灌注樁澆筑過(guò)程樁底混凝土向內(nèi)擴(kuò)散形成第一道環(huán)樁帷幕，使得中圈灌注樁成樁過(guò)程中樁底混凝土?xí)騼?nèi)流淌并填充樁底溶洞，從而實(shí)現(xiàn)澆筑過(guò)程樁底混凝土“無(wú)組織擴(kuò)散”變?yōu)椤坝薪M織擴(kuò)散”。從外圈向中圈澆筑過(guò)程帷幕層數(shù)逐漸增多，該區(qū)域平均充盈系數(shù)會(huì)逐漸降低至1.7～1.8，可節(jié)約中圈混凝土用量。

⑶施工內(nèi)圈有溶洞灌注樁時(shí)，因外圈、中圈成樁過(guò)程已對(duì)內(nèi)圈灌注樁形成層層帷幕，且每層混凝土均會(huì)有組織向內(nèi)圈擴(kuò)散，其充盈系數(shù)基本可控制在1.4以內(nèi)并逐漸降低，且除特大型溶洞以外，基本可考慮不下護(hù)筒，確保了施工安全，同時(shí)節(jié)約了施工成本，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

4 質(zhì)量控制與實(shí)施效果

4.1 質(zhì)量控制

灌注樁成樁后終凝前樁身混凝土易流失是困擾巖溶地區(qū)灌注樁施工的一大難題，輕則需加厚承臺(tái)高度，重則需要樁機(jī)二次進(jìn)場(chǎng)重新鉆孔成樁。引入一種監(jiān)控巖溶地區(qū)灌注樁樁頂標(biāo)高的裝置［10］，其原理是利用樁身兩側(cè)原地面放置的混凝土支撐塊架立帶限位卡環(huán)的水平桿，再以帶刻度的薄壁鋼管立桿穿過(guò)卡環(huán)，立桿底部固定連接基座，基座立桿插入混凝土內(nèi)并與樁頂面共同沉降，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成樁后樁頂混凝土沉降情況，從而避免發(fā)生樁身混凝土流失或斷樁而不知情，造成樁機(jī)二次進(jìn)場(chǎng)等經(jīng)濟(jì)損失，監(jiān)測(cè)過(guò)程如圖6所示。

圖6 成樁后樁頂標(biāo)高監(jiān)測(cè)Fig.6 Top Elevation Monitoring of Cast-in-place Pile

4.2 實(shí)施效果

根據(jù)設(shè)計(jì)及《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：JGJ 106—2014》要求，本項(xiàng)目灌注樁檢測(cè)共1 371 條，擬采用鉆芯法按總數(shù)的5%（69 條），聲波透射法按總數(shù)的25%（343條），余數(shù)均采用低應(yīng)變法（959條）。最終檢測(cè)結(jié)果顯示，1 371 條灌注樁全部為Ⅰ類樁或Ⅱ類樁，無(wú)Ⅲ類樁和Ⅳ類樁。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用巖溶地區(qū)灌注樁帷幕式施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了澆筑過(guò)程樁底混凝土無(wú)組織擴(kuò)散變?yōu)橛薪M織擴(kuò)散，從而越向內(nèi)圈施工灌注樁平均充盈系數(shù)越低。同時(shí)，由于采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法時(shí)護(hù)筒只下到巖面，相對(duì)傳統(tǒng)全長(zhǎng)鋼護(hù)筒跟進(jìn)法可減少大量鋼護(hù)筒使用，且隨著地下溶洞的逐漸填充，可逐漸減少內(nèi)圈灌注樁鋼護(hù)筒使用量，其經(jīng)濟(jì)效果顯著。事實(shí)證明，該技術(shù)可以防止灌注樁施工過(guò)程出現(xiàn)掉鉆、塌孔、沉陷等事故發(fā)生，確保了施工安全，提高了施工質(zhì)量，在一定程度上加快了施工進(jìn)度，對(duì)類似巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工體系研究與實(shí)踐均有一定的借鑒價(jià)值。