仝 蕓，謝曉峰，馮文錦，張華平，林 谷

（1、廣州市第三建筑工程有限公司 廣州 510050；2、廣州建筑股份有限公司 廣州 510030）

巖溶地區(qū)豐富的地下水會對巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖蝕，使巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生大量溶洞、土洞，地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況復(fù)雜多樣，如何在其場地上進(jìn)行基礎(chǔ)選型與設(shè)計直接影響到上部建筑物的安全性和經(jīng)濟(jì)性［1］。本文介紹了采用BIM 三維地質(zhì)模型技術(shù)，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地區(qū)旋挖灌注樁施工技術(shù)，傾斜巖面地區(qū)旋挖灌注樁施工技術(shù)和預(yù)埋套管樁頭處理施工技術(shù)，解決巖溶區(qū)域復(fù)雜地質(zhì)條件下旋挖灌注樁施工難度較大的問題。以指導(dǎo)同類工程實(shí)踐，為巖溶地區(qū)的旋挖灌注樁施工提供一些借鑒的經(jīng)驗。

1 項目概況

某項目位于巖溶影響的石灰?guī)r巖溶區(qū)，大部分溶洞有填充物，少部分為半填充或無填充，溶洞發(fā)育無規(guī)律，溶洞能見率為38%～45%，溶洞大小介于0.2～17.5 m，層頂埋深0～56.2 m，差別較大，地質(zhì)情況復(fù)雜。項目占地面積廣，基礎(chǔ)工程體量大，建設(shè)方對建筑物安全性要求高，工期緊，采用旋挖灌注樁成孔的基礎(chǔ)形式時施工難度大。綜合以上情況，制定了一套以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，在巖溶地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行旋挖灌注樁基礎(chǔ)施工的技術(shù)方案。

2 旋挖灌注樁綜合施工方案

巖溶地區(qū)旋挖樁灌注樁施工技術(shù)工藝流程：施工準(zhǔn)備、場地平整?超前鉆探?三維地質(zhì)模型模擬?試樁?旋挖灌注樁施工?樁頭破除?樁基檢測。

2.1 BIM三維地質(zhì)模型技術(shù)

三維地質(zhì)模型是利用土質(zhì)變化勻質(zhì)性、連續(xù)性，結(jié)合超前鉆探報告在Revit 軟件中建立的反映地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、構(gòu)造關(guān)系及地質(zhì)內(nèi)部屬性變化規(guī)律的數(shù)字信息模型［2］。

根據(jù)超前鉆報告中的布孔土和柱狀圖，在Revit軟件中模擬建立出鉆孔及其中的信息，利用數(shù)學(xué)原理三點(diǎn)成面，再結(jié)合Revit 軟件中“自適應(yīng)”功能創(chuàng)建出來的三維信息模型。施工技術(shù)工藝流程如下：

⑴建立三維地質(zhì)模型：建立三維模型，將大量地質(zhì)信息整合在三維地質(zhì)模型當(dāng)中，這種直觀地表達(dá)方式可以充分展示地下地質(zhì)情況，并可以隨意選擇地質(zhì)層進(jìn)行查看、剖切和標(biāo)注，如圖1所示。

圖1 三維地質(zhì)模型Fig.1 Three Dimensional Geological Model

⑵三維地質(zhì)與樁基模型整合：將地質(zhì)持力層模型與樁基模型結(jié)合，方便現(xiàn)場人員更好地判斷位置關(guān)系，避免因為孤石或夾層造成的工程樁終孔出現(xiàn)誤差，便于估算工程難度［3］。

⑶推斷土層變化走向：由于施工現(xiàn)場的不確定因素，超前鉆鉆孔坐標(biāo)很難與樁位坐標(biāo)一一對應(yīng)（如圖2 所示：A 點(diǎn)為超前鉆鉆孔B 點(diǎn)為樁坐標(biāo)，超前鉆與現(xiàn)場樁位坐標(biāo)偏差3 m），當(dāng)鉆孔坐標(biāo)與現(xiàn)場樁位坐標(biāo)偏差時，三維地質(zhì)模型可以就其中的信息數(shù)據(jù)反映該樁位的土質(zhì)情況。

圖2 超前鉆鉆孔坐標(biāo)與現(xiàn)場樁位坐標(biāo)位置示意圖Fig.2 Diagram of Coordinate Position of Advance Drilling Hole and Pile Position on Site

⑷判斷斜巖趨向：與勘探報告相比，能更直觀地反映樁孔下的斜巖狀況和高程位置，避免偏孔。

⑸判斷溶洞位置：比勘探報告更能以數(shù)據(jù)化形式顯示樁孔下的溶洞位置。

⑹分析樁是否達(dá)到終孔條件：利用土質(zhì)變化連續(xù)性規(guī)律判斷樁入巖后土質(zhì)情況，判斷能否達(dá)到終孔條件。

⑺預(yù)計樁長：通過三維地質(zhì)模型樁長圖片的形式與設(shè)計樁長進(jìn)行比較，可以更加直觀地了解樁身進(jìn)入巖石的深度，為現(xiàn)場施工提供有效的成孔數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場鋼筋籠制作與安裝提供充足的時間，避免各工序銜接中的重復(fù)工作時間，縮短了樁基工程的整體施工工期。綜合超前報告和設(shè)計樁長及三維地質(zhì)模型，分析得出更加準(zhǔn)確的樁長數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享給機(jī)手在即將到達(dá)巖面時降低鉆頭轉(zhuǎn)速以保護(hù)鉆頭和避免偏孔。

⑻碰撞檢測：樁基礎(chǔ)與持力層模型通過Naviswork 進(jìn)行碰撞檢測，可以導(dǎo)出樁基與持力層碰撞數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)據(jù)可計算樁群樁端進(jìn)入持力層的深度，并根據(jù)碰撞結(jié)果調(diào)整樁長，確保在滿足設(shè)計要求的前提下選用最經(jīng)濟(jì)的樁長方案，從而降低項目成本［4］。

2.2 巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地區(qū)旋挖灌注樁施工技術(shù)

在工程施工試驗樁之初，根據(jù)BIM 三維地質(zhì)模型技術(shù)提前了解成孔樁的地質(zhì)情況，進(jìn)行一系列的試驗驗證，得出小型、中型、大型溶洞規(guī)模依次回填黏土、低等級強(qiáng)度混凝土、與樁身同等級混凝土施工技術(shù)，以及溶洞范圍比較大，漏漿嚴(yán)重時采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)的施工技術(shù)。

⑴針對小型溶洞、土洞：提前準(zhǔn)備好黏土堵筑孔壁法施工。

⑵針對中型溶洞、土洞：在施工準(zhǔn)備階段應(yīng)準(zhǔn)備足量的水泥并放置在施工現(xiàn)場，當(dāng)旋挖鉆進(jìn)穿越溶洞、土洞進(jìn)尺處標(biāo)高時，回填水泥或低強(qiáng)度混凝土攪拌黏土堵筑孔壁法施工，避免孔內(nèi)漏漿造成孔壁塌陷。

⑶針對大型溶洞、土洞：準(zhǔn)備多臺泥漿泵，增大泥漿池儲備用量，發(fā)現(xiàn)漏漿時迅速補(bǔ)漿，待旋挖鉆進(jìn)穿越溶洞、土洞進(jìn)尺處標(biāo)高時，回填與樁身同等級的混凝土攪拌回填堵孔洞，直至填滿孔洞，待回填強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%時，再次旋挖鉆進(jìn)。

⑷鋼護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)：當(dāng)溶洞范圍較大，漏漿嚴(yán)重時，孔洞內(nèi)泥漿液面迅速下降，泥漿護(hù)壁無法抵抗漏漿時產(chǎn)生的內(nèi)外水頭差所產(chǎn)生的壓力，會導(dǎo)致塌孔埋鉆等事故發(fā)生［5］，為防止出現(xiàn)這種情況可以采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)。

鋼護(hù)筒跟進(jìn)技術(shù)是指邊旋挖鉆進(jìn)邊接長護(hù)筒，并且將其震動下沉至已鉆成的孔內(nèi)，如此反復(fù)，隔住溶洞，使樁孔和基巖持力層間形成一個相對封閉的空間，直至護(hù)筒跟進(jìn)設(shè)計樁底基巖面。這種施工技術(shù)能夠有效地緩解漏漿，順利成孔，防止混凝土灌注時突然流失［6］。

2.3 傾斜巖面地區(qū)旋挖灌注樁施工技術(shù)

當(dāng)巖溶地區(qū)旋挖鉆進(jìn)過程中遇到不完整巖面或較大的孤石、探頭石時，旋挖鉆進(jìn)鉆頭會受力不均，鉆桿抖動并偏向一側(cè)，容易發(fā)生斜孔、彎孔，混凝土澆筑后出現(xiàn)斜樁或彎樁［7］。

為避免這種現(xiàn)象，可以利用BIM 三維地質(zhì)模型對新鉆孔樁下土層巖石分布情況進(jìn)行判斷，再根據(jù)巖面傾斜程度采用不同的施工技術(shù)。巖面傾斜程度分為微陡及較陡斜巖和重陡斜巖。針對微陡及較陡斜巖應(yīng)及時向孔內(nèi)拋填粘土、低等級強(qiáng)度混凝土，降低鉆機(jī)壓力數(shù)值，低速鉆進(jìn)，緩慢旋挖成孔，直到完整巖面。針對重陡斜巖應(yīng)采用樁身同等級強(qiáng)度混凝土進(jìn)行回填，回填至進(jìn)尺斜巖處，起到固化斜巖面的作用，形成人造水平巖面。待強(qiáng)度達(dá)到樁身強(qiáng)度的70%時進(jìn)行復(fù)鉆，避免斜孔發(fā)生。該方法操作簡單、易控制，成本低，且不影響鉆進(jìn)作業(yè)［8］。

2.4 預(yù)埋套管樁頭處理施工技術(shù)

針對傳統(tǒng)鉆孔灌注樁的施工樁頭破除難的特點(diǎn)，在制作鋼筋籠階段，使用波紋套管隔離樁頭鋼筋與浮漿層的連接，樁頭混凝土和主筋不發(fā)生握裹，從而大大加快樁頭鑿除速度，降低施工成本［9］。通過在旋挖鉆孔灌注樁的施工中研究、試驗并掌握了鉆孔樁樁頭破除施工新技術(shù)，成功解決了樁頭快速破除等問題［10］。

施工技術(shù)工藝流程：施工準(zhǔn)備?制備直徑為32/50 mm 的波紋套管?波紋套管包扎?下放鋼筋籠至指定標(biāo)高?澆筑混凝土?測量放樣?樁頭鋼筋位置確定?環(huán)形切縫?剝離鋼筋?加鉆頂斷樁頭?樁頭吊出?調(diào)整樁頭鋼筋?鑿毛清理。

3 結(jié)語

通過使用BIM 技術(shù)建立三維地質(zhì)模型對巖溶地區(qū)進(jìn)行較為全面、深入的研究，取得了一系列重要成果，形成了一套完整有效的巖溶地區(qū)旋挖樁樁基施工關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)可解決巖溶區(qū)域樁基施工嚴(yán)重制約著工程建設(shè)，施工造價和工期難以控制的問題，保證樁基礎(chǔ)施工的完整性，在確保質(zhì)量的前提下，控制成本和工期。

該研究的實(shí)施對推動我國BIM 三維地質(zhì)模型應(yīng)用水平，推動BIM 信息化的進(jìn)程，優(yōu)化巖溶地區(qū)旋挖灌注樁的施工工藝、升級有著極為重要的意義。同時，也可為BIM技術(shù)在巖土工程的應(yīng)用提供參考。