復雜地層條件下樁基工程施工技術(shù)

1、 復雜地層條件下樁基工程施工技術(shù) 李德軍，許錦亮，王元，費若強（山東華魯基礎(chǔ)工程公司，山東兗州272100） 摘要：介紹了復雜地層條件下樁基礎(chǔ)工程的施工技術(shù)，和施工中遇到的問題及采取的處理措施。 關(guān)鍵詞：復雜地層；旋挖樁；人工挖孔樁中圖分類號： TU4731 1文獻標識碼：B文章編號：1004 5716 （20070044 ） 03 04 1工程簡況鍋爐房、煙（3）中等風化白云巖： -層狀，節(jié)理裂隙極發(fā)育，張開度好，裂隙面和溶隙溶孔多1層，灰白色，薄中厚 某電廠建設(shè)規(guī)模為2 600MW機組，廠址位于山區(qū)，為剝蝕回填場地。因廠區(qū)地質(zhì)條件復雜，擬建構(gòu)筑有泥砂質(zhì)充填，巖體較破碎，呈裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，巖芯

2、呈碎物均進行了地基處理，其中主廠房、涼水塔、塊和粗砂狀，該層分布廣泛。 -2層，薄中厚層狀，囪等荷載較重建筑及廠房內(nèi)動力基礎(chǔ)采用了灌注樁。 2廠區(qū)地質(zhì)條件 2. 1地層條件廠址區(qū)展現(xiàn)低山地貌景觀，原始地形自北東向南西起伏，低山與寬緩的沖溝相間。廠區(qū)現(xiàn)已整平，原始地形不復存在。根據(jù)施工圖階段巖土工程勘測資料，廠區(qū)地層上部為人工填土、第四系沖洪積和殘坡積物，基地為中寒武世高臺組薄層中厚層狀白云巖。簡述如下： 2. 1. 1回填土為場地整平開山堆積形成，為破碎巖塊、巖屑及少量粘性土組成的碎石土。碎石成分為白云巖及灰?guī)r，粒徑極不均勻，很多部位有零星大塊碎石，碎石含量約為55 %，其余為礫石、砂狀巖屑和

3、少量的粘性土。該層厚度自山坡向下逐漸增大，在沖溝處最厚可達24. 10m. 2. 1. 2第四系沉積為山前沖洪積和殘坡積的粘土，稍濕，硬可塑，土體混少量的風化角礫及碎石，空間分布不連續(xù)，負地形處厚度最大，在山坡及山頂處很薄甚至消失。 2. 1. 3中寒武世高臺組薄中厚層狀白云巖（1）全風化白云巖，巖體已分解成粉細砂，內(nèi)部多含有風化程度較低的堅硬骨架部分，或為巖塊或為碎石，以透鏡體和層狀分布，空間分布不連續(xù)，多分布在主廠房、鍋爐房和涼水塔地段。厚度0. 49. 30m.該層力學性質(zhì)差異較大。 （2）強風化白云巖，風化裂隙極發(fā)育，可見原巖結(jié)構(gòu)，巖石部分已變酥易碎，手可掰斷，內(nèi)部含有多量風化程度較低

4、的堅硬骨架部分，或為巖塊或為碎石，以層狀和透鏡體狀分布，空間分布較連續(xù)。層厚0. 3016. 10m.節(jié)理裂隙較發(fā)育，閉合，多為方解石脈充填，巖體較完整，巖芯呈柱狀，該層僅少量分布在主廠房、鍋爐近擴建端一側(cè)。 2. 1. 4破碎帶白云巖層間構(gòu)造破碎帶，巖體破碎，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)。 巖體多呈角礫狀，一般礫徑12cm ，可見最大礫徑5cm ，泥砂質(zhì)混多量巖屑膠結(jié)，該層僅分布在爐后沖溝地段。 2. 2巖溶工程地質(zhì)條件根據(jù)地表調(diào)查和鉆探物探成果，冷卻塔地段可見巖溶發(fā)育，巖性為白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶形態(tài)為縫隙狀溶洞或溶槽；2 #鍋爐地段存在囊狀風化深槽，全風化白云巖厚度較大，其中多含有-1鏡體，可見巖溶發(fā)

5、育，基巖面起伏較大，最大高差近36m.總體廠區(qū)內(nèi)白云巖溶蝕較發(fā)育，巖溶形態(tài)以小型溶孔為主，很少發(fā)育大型溶洞，對工程建設(shè)影響不大，巖溶發(fā)育深度受當?shù)厍治g基準面控制，往下逐漸減弱。 2. 3水文地質(zhì)條件場地地下水類型可分為碎石素填土孔隙水和基巖裂隙水。碎石素填土孔隙水系由降雨和山坡面流形成，在廠區(qū)西側(cè)沖溝出口有滲水點；該含水層地下水動力特征較復雜，其水位、水量及徑流途徑受氣候和填土成分的影響，含水量極不均衡。基巖裂隙水賦存于下伏白云巖中的小型溶孔或孔洞中，含水豐富而均一。在勘測鉆孔中均未發(fā)現(xiàn)地下水。 3設(shè)計方案 根據(jù)勘察資料，主廠房、鍋爐房、涼水塔、煙筒等重要建筑均落在填方區(qū)，確定采用鋼筋混凝土灌

6、注樁基礎(chǔ)，以中等風化白云巖為樁端持力層。施工方案初步選 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2007年第3期西部探礦工程 定人工挖孔和機械成孔兩種工藝。為確定人工挖孔樁和機械旋挖樁在該場地的適應性、安全性以及樁的設(shè)計承載力，設(shè)計方案確定前，先進行了試樁施工。 3. 1人工挖孔樁選取主廠房、煙囪、冷卻塔三個試樁區(qū)共8組試樁。 其中主廠房區(qū)域填土較厚，厚度達到18. 90m ，下伏基巖埋藏較深，基巖頂板起伏大，地質(zhì)條件復雜，布置試樁3組，樁徑1. 2m ，樁長37.

7、 037. 4m ，進入中風化巖石1. 82. 1m ；煙囪區(qū)域地質(zhì)條件也較復雜，填土層厚度約24. 10m ，填土層下還有逾10m厚的力學性質(zhì)相對較差的粘土和力學性質(zhì)變化較大的強風化白云巖，中風化基巖埋深在35. 1m左右，布置試樁2組，樁長38. 638. 8m ，樁徑1. 2m ，進入中風化巖石2. 4m ；冷卻塔地段填土厚約10m ，試樁3組，樁徑1. 0m ，樁長15. 017. 6m ，進入中風化巖石2. 0m.試樁結(jié)果推薦1. 2m樁豎向極限承載力標準值為16200kN ， 1. 0m樁豎向極限承載力標準值為11300kN. 3. 2旋挖灌注樁機械成孔設(shè)備選用先進的旋挖鉆機，在廠

8、區(qū)填土較厚的煙囪位置進行3組試樁試驗（距離人工挖孔試樁區(qū)約20m） ，樁徑1. 2m ，樁長39. 139. 9m ，樁端進入中風化巖石3. 03. 7m.試樁推薦單樁豎向極限承載力標準值為14300kN. 3. 3方案確定根據(jù)試樁結(jié)果，人工挖孔樁和旋挖樁單樁豎向極限承載力標準值均可滿足設(shè)計要求。但從單樁施工的時間和安全性方面，機械旋挖樁的優(yōu)越性遠遠大于人工挖孔樁。人工挖孔單孔進尺每天只能控制在1m左右，且隨著孔深的增加進度降低，若施工4050m的深孔時間約需2個月，時間長，還存在安全隱患；旋挖樁單樁成孔時間約需要34h ，成樁時間約需8h ，若投入足量的設(shè)備，工程工期應較人工挖孔樁的工期有很

9、大提高，且安全性高。業(yè)主和設(shè)計單位從工期和安全角度考慮，決定工程樁的施工采用旋挖成孔工藝。 本工程設(shè)計旋挖灌注樁1500余棵，樁徑1200mm和1000mm ，從場地穩(wěn)定性考慮，樁端要求嵌入中風化巖石3m. 4旋挖樁的施工4. 1旋挖樁施工4. 1. 1旋挖鉆機成樁工藝流程樁孔放線定位鉆機就位短螺旋鉆具開孔提鉆、埋設(shè)孔口護筒（造漿、孔內(nèi)注入泥漿）鉆進提鉆、卸土鉆至設(shè)計標高地質(zhì)工代、監(jiān)理鑒認巖石、驗收清孔、測量孔深安放鋼筋籠灌注混凝土灌至設(shè)計標高提拔孔口護筒。 4. 1. 2施工作業(yè)（1）首先根據(jù)設(shè)計圖紙要求測量定位，鉆機就位后應調(diào)整其水平、垂直度，校核樁位的對中位置，嚴格控制樁位偏差在允許誤差

10、范圍內(nèi)。 （2）由于勘察和試樁階段均未見到地下水，且試樁時填土層泥漿漏失嚴重，工程樁施工未要求使用泥漿護壁，所以采用干作業(yè)方式成孔。成孔施工要點如下：粘土、亞粘土采用短螺旋鉆頭，鉆探進尺控制在0. 50. 8m之間，不超過鉆頭葉片長度。 進入全風化地層后，采用筒式鉆頭鉆進，鉆進速度要放慢，提升時先緩慢提離風化砂層位置再正常速度提出孔外，防止造成孔壁坍塌。 鉆遇強風化和中風化巖石后，先使用短螺旋鑿巖鉆頭破碎地層，再使用筒式鉆具打撈清底。遇“孤石”或中風化巖石透鏡體則采用筒式鑿巖鉆頭鉆進，鉆穿后再使用其它鉆具繼續(xù)鉆進。 進入中風化地層后，應及時報告現(xiàn)場地質(zhì)工代和監(jiān)理工程師，鑒認為中風化巖石后可繼續(xù)

11、鉆進至設(shè)計深度。達到設(shè)計要求應由現(xiàn)場地質(zhì)工代和監(jiān)理工程師確認才可終孔。在此過程，應注意地層是否變化，防止強、中風化地層交替反復出現(xiàn)。 （3）鋼筋籠制作、安放和混凝土攪拌、灌注嚴格按技術(shù)規(guī)范要求施工，故不贅述。 4. 2施工中出現(xiàn)的問題按照工程建設(shè)總施工進度網(wǎng)絡計劃，首先施工主廠房的樁基。在施工過程中，遇到很多問題：（1）根據(jù)設(shè)計圖紙確定的樁長，在鉆到設(shè)計位置后，經(jīng)現(xiàn)場設(shè)計工代現(xiàn)場確認，樁端持力層巖性未達到中風化巖石的標準，經(jīng)加深達到設(shè)計要求但樁長增加達到原設(shè)計的12倍。 （2）在全、強風化地層中鉆遇中風化巖石的透鏡體也就是所說的“孤石”，鉆進困難，易偏孔且糾偏難度大；如透鏡體的厚度大于1m以上

12、，旋挖設(shè)備則無法鉆穿成孔；而且較多樁孔鉆遇23層這種硬巖石。 （3）在透鏡體和中風化巖石中鉆進，設(shè)備損壞嚴重，進尺緩慢，很多樁孔由于無法鉆穿該種巖石被迫停工等待或回填，嚴重影響工程進度。 （4）個別鉆孔塌孔嚴重，特別是在破碎帶中鉆進，沒有很好的方法控制。 （5）個別樁孔鉆遇巖溶，處理非常困難，難以達到設(shè)計要求。 （6）鉆孔孔徑增大，導致混凝土灌注量增加，充盈系數(shù)在1. 41. 5左右，個別樁孔達到2. 0以上，造成施工。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 西部探礦

13、工程2007年第3期 成本增加。 4. 3施工勘察在工程樁施工同時，建設(shè)單位和設(shè)計部門又組織進行了施工勘測，為提高施工勘測對樁基施工的指導性，施工勘測鉆孔按承臺布孔，根據(jù)每個承臺的樁數(shù)量分別布設(shè)13個鉆孔，發(fā)現(xiàn)地層變化較大或有巖溶發(fā)育，則按一樁一孔勘察。施工勘測發(fā)現(xiàn)如下問題：（1）地層變化較大，局部地段原施工圖階段勘察確定的中風化巖層界面向下延伸，導致原設(shè)計樁長增加很多，達到原設(shè)計的12倍。 （2） -2層中風化地層分布面積較廣，2#鍋爐房的大部和主廠房的東端均分布有此層，局部地段為很完整的巖體，這種巖石也是旋挖設(shè)備施工非常困難的原因。 （3）在涼水塔局部地段回填土中分布有層狀的塊石，厚度大于

14、2m以上。 （4）在主廠房的A9、B10、C11、D12軸線沿東南向發(fā)育一厚層碎石帶，根據(jù)設(shè)計要求確定的樁長在55m以上，該部分樁深已超出旋挖設(shè)備的施工能力。部分樁孔未有較好的持力層，持力層巖石非常破碎。 （5）在同一承臺，地層相差很大，要求施工樁長存在較大差異，造成施工困難也存在同承臺樁長的匹配問題。 （6）個別承臺發(fā)育較嚴重的巖溶，存在23層溶洞。 5專家組的咨詢意見由于施工中遇到的問題，施工進度已嚴重滯后于一級網(wǎng)絡計劃的要求，不能滿足整體工程的建設(shè)進度，形成非常被動的施工局面，設(shè)備能力不能全部發(fā)揮，遠沒有達到原計劃進度，很多樁孔只施工多半就因硬巖鉆不動或塌孔嚴重回填停工等待。針對該種情況

15、和勘察、設(shè)計發(fā)現(xiàn)的問題，建設(shè)單位組織了專家組到現(xiàn)場進行了技術(shù)咨詢。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查、會議匯報、討論，專家組經(jīng)認真研究，主要從設(shè)計角度對存在的問題提出了具體處理意見和建議：（1）對塌孔較嚴重或有疑問的樁，可采取澆素砼或壓漿工藝，既解決孔底沉渣問題，又能提高單樁承載力，并要求在下階段要采取預防塌孔措施。 （2）對于“孤石”問題，“孤石”實際上是基巖全風化和強風化帶出現(xiàn)異常的微風化石塊，原則上樁長 20m ，進入全風化、強風化帶10m ，入孤石2m即可終孔。 （3）“入巖深度”實際是“入中等風化巖深度”，要求設(shè)計部門進一步根據(jù)不同地段樁的承載性能和樁長適當調(diào)整入巖深度，并應及時根據(jù)勘測結(jié)果，修改“中風化

16、巖界面等高線圖”，要求地質(zhì)工代應在現(xiàn)場確定樁基終孔條件中起主導作用；對于樁長少于10m和入巖深度不足2D的樁，必要時采取加樁、孔內(nèi)爆破或改換鉆機類型等處理方式。 （4）對于“溶洞”問題，在分布有淺層溶洞的地段，施工勘測鉆孔宜加密到一柱二孔或一樁一孔；對滿腹洞保證入頂板1. 5D即夠，對于空腹洞必須入洞底硬巖1D.（5）對于樁長匹配問題，原則上同承臺相鄰樁長度之差不宜超過樁長的1/ 10 ，當局部承臺的相鄰樁出現(xiàn)一為端承樁、一為端承摩擦樁、樁長相差較大時，對端承摩擦樁宜采用壓漿工藝進行處理，提高端承力，以防止群樁的差異沉降，此類樁應列入高應變檢測范圍。 （6）為加快工程進度，對有條件地段宜采用“

17、人工挖孔樁”替代“鉆孔灌注樁”。 6采取的處理措施和方案根據(jù)專家組的咨詢意見，設(shè)計單位對后續(xù)樁基施工進行了局部方案調(diào)整，對施工中遇到的問題采取了以下處理措施：6. 1人工挖孔樁根據(jù)施工勘測地質(zhì)資料和旋挖鉆機的實際性能，預留主廠房的大部和1 #鍋爐房繼續(xù)使用旋挖鉆機施工；對處于挖方區(qū)的樁或雖處于填方區(qū)，但鉆孔較淺，孔內(nèi)巖石較硬，或有孤石存在，旋挖設(shè)備施工非常困難的巖石分布區(qū)域，設(shè)計單位將樁成孔工藝變更為人工挖孔。 由于人工挖孔已進行過試樁，工藝很成熟，所以在2 #鍋爐房、涼水塔等變更為人工挖孔樁后，投入較多的人力，施工非常順利，均能在建設(shè)單位規(guī)定的工期內(nèi)完成施工任務。鑒于人工挖孔樁的施工效果很好

18、，設(shè)計和建設(shè)單位決定后邊的樁基施工全部采用人工挖孔的方式。 6. 2后壓漿法對于樁端處于破碎層、成樁后承載力難以保證的樁，采用后壓注漿進行處理。具體做法如下：旋挖或人工成孔后，將預埋鋼管焊接在鋼筋籠上，鋼管底端伸出鋼筋籠底約10cm ，然后用薄鐵皮封死，澆筑混凝土后7d用H GY 200型鉆機沿預埋鋼管內(nèi)側(cè)將封底鐵皮鉆穿，并繼續(xù)鉆進樁底35m至預定深度后，利用注漿泵將配置好的水泥漿注入孔底（泵壓在0. 20. 5M Pa之間，水灰比為3 1、2 1、1 1不等，根據(jù)地層吸漿量隨時調(diào)整） ，在選定的灌漿標準壓力下，當吸漿量小于0. 5L/ min延續(xù)30min即可結(jié)束。 6. 3地基固結(jié)法1 #

19、鍋爐房后區(qū)域部分為破碎帶，樁孔下部為較破碎的巖石，旋挖成孔時塌孔嚴重，甚至出現(xiàn)串孔現(xiàn)象，成孔困難；由于坍塌嚴重，對塌孔區(qū)已成樁的側(cè)阻力也可能造成很大影響，為從區(qū)域上治理和改善這種現(xiàn)象，設(shè)計決定采用固結(jié)灌漿法對上述地段進行加固，加固深度從回填土與風化巖石接觸段（約20m）開始至孔底（約。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2007年第3期西部探礦工程 36m） ，灌漿孔平面孔距按3m 3m布置；對塌孔嚴重的部位，根據(jù)固化效果適當增加孔數(shù)。注漿設(shè)備及參數(shù)控制與樁端壓漿

20、法相同，采用多段壓漿，從下往上分段注漿，5m為一段，灌漿壓力采用0. 20. 4MPa ，原則上是下大上小。施工順序：先施工因塌孔未成樁區(qū)域，后施工附近區(qū)域，施工時漿液內(nèi)加入適量早強劑，灌漿完畢3d后即可對未成樁進行施工。 6. 4沖擊、回轉(zhuǎn)鉆進法對于已成樁區(qū)域因塌孔或其它原因未能成樁的個別樁，因施工孔深與設(shè)計孔深相差較大，不宜進行靜壓注漿，也不宜進行人工挖孔樁施工，采用更換成沖擊、回轉(zhuǎn)鉆機施工的方法進行處理。 6. 5孔內(nèi)爆破法對于在淺深度內(nèi)遇堅硬巖石、孤石的樁孔，旋挖鉆機鉆進困難，采用沖擊鉆處理，施工速度又太慢，在采取了行之有效的安全保證措施后（全孔下鋼護筒護壁） ，借鑒人工挖孔樁的施工方

21、法，采取孔內(nèi)爆破法（松動爆破） ，配合旋挖鉆機施工。實踐證明，采用該法取得了明顯的施工效果，極大地提高了旋挖鉆機的施工速度。 通過以上措施和方案調(diào)整，較好地改善了施工局面，施工中遇到的問題得到解決和處理。旋挖鉆機在主廠房和1 #鍋爐房的施工基本處于正常狀態(tài)，施工進度、工程質(zhì)量基本滿足了總體工程進度和設(shè)計要求。變更為人工挖孔樁的，由于投入的人力較多，組織有力，管理得當，施工效率并不低，而且工程質(zhì)量更易控制，出現(xiàn)問題很少，工期也滿足了一級網(wǎng)絡施工計劃。 7結(jié)束語本樁基工程由于地層條件復雜，施工方法采用了機械旋挖和人工挖孔兩種工藝，并根據(jù)地層特點和施工實際情況，分別采取了后壓漿和配合沖擊回轉(zhuǎn)鉆等多種措施保證工程進度和質(zhì)量。實踐證明，在復雜地層條件下，這些措施是非常必要和及時的。 目前該工程土建部分已基本結(jié)束，經(jīng)檢測，基礎(chǔ)部分工程質(zhì)量良好。 （上接第43頁） 作好斜孔控制，在成孔和填料振密過程中，保持導管垂直。 采用大功率振沖器，增強穿透能力，縮短造孔時間，降低串樁塌孔幾率。 在局部夾層、軟層段進行先填料振密“護壁”處理，后進行下部造孔。 對已經(jīng)串樁塌孔的進行“復打”或“補樁”處理。 3