龔 歡，陳一喬，謝 鈞，陳一鵬

（廣東省建筑工程集團有限公司 廣州 510010）

0 前言

隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，灌注樁逐漸成為房建市政項目基礎工程的首選，其設計理論和施工工藝已經(jīng)日趨完善。但由于地質(zhì)情況復雜難測，加之灌注樁施工本身具有高度的隱蔽性，其過程控制往往比上部結構更為復雜［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重要且復雜的工作。若溶洞處理不當，很容易塌孔、斷樁等安全、質(zhì)量事故，可能對項目建設造成重大損失，甚至危及人員傷亡［2］。

1 工程概況

1.1 工程建設概況

某大型住宅項目總建筑面積為41.5萬m2，地處巖溶發(fā)育地區(qū)，樁基礎工程塔樓范圍內(nèi)采用鉆（沖）孔灌注樁基礎，塔樓范圍外（純地下室部分）采用預應力高強混凝土管樁基礎，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 個孔鉆探，共揭露550 個鉆孔孔深范圍內(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，平均見洞隙率為40.1%。

1.2 工程地質(zhì)條件

本場地范圍內(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風化巖帶。地質(zhì)勘察報告揭露巖面覆蓋大面積較厚的砂層（粉細砂、中粗砂）和軟土層，地下水豐富，巖溶強發(fā)育，存在土洞、溶洞等不良地質(zhì)，對施工有較大影響，若處理不當，有造成地面沉陷和樁基陷落等事故的風險。

2 施工重難點

2.1 地質(zhì)情況復雜，溶洞見洞率高

本項目《超前鉆勘察報告》揭露巖層地質(zhì)為可溶性灰?guī)r，巖溶強發(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100%），整體平均見洞隙率為40.1%［3］。

2.2 多種機械協(xié)同作業(yè)，安全隱患大

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

2.3 成孔過程易塌孔

因地質(zhì)巖溶強發(fā)育，在灌注樁成孔過程中，一旦沖破巖層，經(jīng)常會遇到漏水漏漿現(xiàn)象，若不及時妥善處理，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

本項目巖溶分布廣泛、溶洞分布過于密集，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］，輕則需加厚承臺高度，重則需要樁機二次進場重新鉆孔成樁。

3 施工關鍵技術

3.1 BIM三維地質(zhì)建模

結合《超前鉆勘察報告》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，將每一條灌注樁對應地質(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，以便施工時針對溶洞情況采取針對性措施，如圖1 所示。將REVIT 地質(zhì)建模參數(shù)信息導入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［8］，以此分析樁身混凝土灌注過程在巖溶地質(zhì)中的擴散工況，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，考慮其復雜巖溶地質(zhì)，對其進行風險性分析，制定項目樁基礎施工總體部署，將施工區(qū)域內(nèi)灌注樁按部位分為外圈、中圈、內(nèi)圈3 個部分，按照“先灌注樁后預應力管樁，灌注樁先外圈后內(nèi)圈，先無溶洞后有溶洞，先小溶洞后大溶洞”的施工工序逐層推進。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

對于有溶洞灌注樁施工，經(jīng)過安全及經(jīng)濟性分析后，采用旋沖結合方式［9］。先施工外圈有溶洞灌注樁，利用混凝土超灌進行填充，與同為外圈的無溶洞灌注樁形成外圈帷幕。再施工中圈混凝土灌注樁時因為外圈的帷幕作用樁底混凝土只會向內(nèi)圈流淌，有效減少中圈灌注樁的超灌量和護筒埋設量。當施工內(nèi)圈灌注樁時，因外圈和中圈已形成層層環(huán)樁帷幕，且每層混凝土均會向內(nèi)圈超灌，其充盈系數(shù)會大幅降低。本項目施工至內(nèi)圈灌注樁時充盈系數(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，基本可考慮不下護筒，經(jīng)濟效果顯著。

3.3 技術實施

按照“先灌注樁后預應力管樁，灌注樁先外圈后內(nèi)圈，先無溶洞后有溶洞，先小溶洞后大溶洞”施工部署，施工過程由外圈向內(nèi)圈層層推進從而形成層層環(huán)樁帷幕，使后施工灌注樁成樁過程樁底混凝土無組織流淌變?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筒埋設量，確保施工安全，如圖4 所示。操作關鍵點如下：

圖4 灌注樁澆筑過程樁底混凝土向內(nèi)擴散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，采用旋沖結合方式，結合鋼護筒跟進法，將鋼護筒下至巖面，主要措施如下：①采用旋挖成孔，當旋挖鉆斗鉆至巖面上方50～80 cm 時，緩慢提升鉆斗，旋挖機移位；②采用鋼護筒跟進法，區(qū)別于傳統(tǒng)施工工藝，將下長鋼護筒至巖面，下放完成后檢查其高程、垂直、護筒頂面水平度，若超出允許誤差，則及時糾偏，鋼護筒跟進過程如圖5 所示；③沖孔樁機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，此時應及時補漿，確?？變?nèi)水頭，同時提鉆，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程中大概率會出現(xiàn)樁樁底混凝土擴散，使上部樁頂面迅速下降，繼續(xù)保持澆筑混凝土，此時樁身混凝土會逐步向內(nèi)圈擴散并填充溶洞，平均充盈系數(shù)一般在2.0以上。

圖5 鋼護筒跟進Fig.5 Steel Casing Follow-up

⑵施工中圈有溶洞灌注樁時，繼續(xù)采用旋沖結合，由于外圈灌注樁澆筑過程樁底混凝土向內(nèi)擴散形成第一道環(huán)樁帷幕，使得中圈灌注樁成樁過程中樁底混凝土會向內(nèi)流淌并填充樁底溶洞，從而實現(xiàn)澆筑過程樁底混凝土“無組織擴散”變?yōu)椤坝薪M織擴散”。從外圈向中圈澆筑過程帷幕層數(shù)逐漸增多，該區(qū)域平均充盈系數(shù)會逐漸降低至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，因外圈、中圈成樁過程已對內(nèi)圈灌注樁形成層層帷幕，且每層混凝土均會有組織向內(nèi)圈擴散，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，基本可考慮不下護筒，確保了施工安全，同時節(jié)約了施工成本，經(jīng)濟效果顯著。

4 質(zhì)量控制與實施效果

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，輕則需加厚承臺高度，重則需要樁機二次進場重新鉆孔成樁。引入一種監(jiān)控巖溶地區(qū)灌注樁樁頂標高的裝置［10］，其原理是利用樁身兩側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，動態(tài)監(jiān)測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，造成樁機二次進場等經(jīng)濟損失，監(jiān)測過程如圖6所示。

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

4.2 實施效果

根據(jù)設計及《建筑基樁檢測技術規(guī)范：JGJ 106—2014》要求，本項目灌注樁檢測共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)均采用低應變法（959條）。最終檢測結果顯示，1 371 條灌注樁全部為Ⅰ類樁或Ⅱ類樁，無Ⅲ類樁和Ⅳ類樁。

5 結語

通過應用巖溶地區(qū)灌注樁帷幕式施工技術，實現(xiàn)了澆筑過程樁底混凝土無組織擴散變?yōu)橛薪M織擴散，從而越向內(nèi)圈施工灌注樁平均充盈系數(shù)越低。同時，由于采用鋼護筒跟進法時護筒只下到巖面，相對傳統(tǒng)全長鋼護筒跟進法可減少大量鋼護筒使用，且隨著地下溶洞的逐漸填充，可逐漸減少內(nèi)圈灌注樁鋼護筒使用量，其經(jīng)濟效果顯著。事實證明，該技術可以防止灌注樁施工過程出現(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度，對類似巖溶地區(qū)樁基礎施工體系研究與實踐均有一定的借鑒價值。