复杂地质条件下桩基施工问题分析及基础选型

广西建工集团有限责任公司 南宁 530012

1 工程概况

1.1 项目概况

某工程位于南宁市平乐大道东侧，由2栋L形塔楼和裙楼组成，建筑面积128 735 m2，结构类型均为地下室3层、地上23层的核心筒-框架结构，总高度99.95 m。原基础形式设计为单桩单柱，设计共布设工程桩313根，采用旋挖桩机灌注成型。

1.2 地质条件

整个场地土层分布大致为7层，依次为第四系素填土、残积硬塑含碎石黏土、碎石、硬塑黏土、可塑黏土和泥盆系上统较破碎石灰岩及较完整石灰岩。场地覆盖层主要为第四系人工填土、第四系残积黏性土及碎石土，最大厚度51.90 m，下伏基岩为泥盆系上统扁豆状石灰岩，岩层产状较平缓。岩体上段岩溶较发育，岩体较破碎，下部岩体较完整，基岩面起伏变化大，场地地质条件复杂[1]。

1.3 水文地质

本工程地下水主要为第四系覆盖层中的上层滞水及深部扁豆状灰岩中的岩溶裂隙水。其中上层滞水主要赋存于素填土①层及残积含碎石黏土层上部，水量较小。岩溶裂隙水主要赋存于石灰岩的溶蚀裂隙及洞穴中，溶蚀裂隙水位、水量主要受岩溶贯通程度的影响而变化较大。

2 现场实际施工遇到的问题

在施工过程中，发现已施工的工程桩出现大量的问题，主要表现在：

1）根据规范要求进行桩基静载试验，发现静载试验的12#、13#桩试验荷载均未达到设计要求，具体表现在加载到第7级时，桩头已没入土层，桩端下存在未探明的溶洞。而桩身混凝土强度等级、完整性均达到规范和设计要求。

2）对于裙楼及纯地下室部分已施工的146根桩，抽取15根桩的钻芯结果表明，15根桩均未进入较完整岩层，且有的桩底尚有较厚黏土层。

3）在施工过程中，因本工程地质条件复杂，超前钻试验未能准确反映地底岩层情况。桩施工时，桩端实际到达完整岩的标高与地勘资料相差甚大，导致部分桩底持力层厚度无法满足“不小于3d或5 m”的设计要求。

4）编号为134、136、138工程桩孔按原设计方案采用旋挖机成孔至设计桩底标高后，因与超前钻报告提供的完整岩面标高不相符而暂停施工，以上3根桩未进行钢筋笼安放，与混凝土浇筑时间间隔近1个月。

3 原因分析

1）地质复杂，超前钻试验未能准确反映地底岩层情况。因前期未按相关要求进行加密钻探孔，导致未能真实、全面地探明场地的地质情况，后结合详勘和一桩多孔的超前钻勘察报告成果揭示，项目场地岩溶地质发育，基岩起伏大，石芽、溶沟、溶洞、鹰嘴发育较多，地下水多为岩溶裂隙水，稳定水位位于基坑底20～28 m。

2）现场地勘结果显示，对于桩底取芯得出的部分呈褐红色性状的岩石，竖向裂隙发育，不能判断与灰色完整岩石的强度是否一致，是否能作为持力层。

3）实际施工时，旋挖机施工只按照设计深度进行施工，现场钻进达到设计标高时没有取芯查看是否已进入完整岩。

4）由于地质复杂，主楼桩桩径较大，桩长较深（有的大于50 m），旋挖机成孔至设计桩底标高后与地勘资料不符时，如继续成孔施工会遇到无法成桩浇筑情况，且存在安全隐患。

4 基础选型分析及效果

4.1 方案对比

工程基础持力层强度不均匀，性质变化较大，则难以满足建筑物对地基承载力的要求。鉴于现场地质情况的复杂性，基础工程的继续推进有3种备选方案：一柱一桩的原桩基础、桩筏基础、复合地基+筏板基础。3种基础方案分析对比如表1所示。

表1 3种基础方案对比分析

针对上述3种方案，从工期、质量、安全、经济等方面进行比对之后，认为如果采用一柱一桩的原桩基础的设计方案，继续探明桩底情况非常困难，导致工期和投资损失必然加大。而采用复合地基形式或桩筏基础形式，则更符合本工程建造实际，更能满足工程安全、质量、快速和较低成本的要求[2]。

4.2 方案确定

1）如果采用桩筏基础，则施工桩基时，部分孔深要达到50 m以上，面临前述桩基施工存在的问题。同时，以目前国内的施工技术水平来说，将会导致很多技术难题，如溶洞的处理、顶板厚跨比值和完整程度的确定、泥浆浓度过大可能引起的孔底沉渣过厚和钢筋保护层不足、泥浆污染等。

2）考虑到1#楼、2#楼筏板底部地基岩土主要为硬塑黏土、碎石土、硬塑-可塑黏土及破碎、较破碎石灰岩。硬塑黏土、碎石土、硬塑-可塑黏土承载力较低，破碎、较破碎石灰岩具有一定的承载力，场地地基岩土分布不均匀，性状变化较大，采用天然地基筏板基础时，地基岩土的强度及变形难以满足要求。故确定采用复合地基处理方式以提高地基承载力。

3）复合地基筏板基础具有整体稳定性强、协调变形等优点。1#楼、2#楼的基础形式可选用复合地基+筏板基础，处理后的复合地基应进行静载荷试验。复合地基需经检测合格，满足设计和规范的相关要求。

4）如采用复合地基形式处理，以采用较大直径CFG桩处理工艺为例，选取合适的置换率，采取相应的技术手段，可以做到确保上部结构的承载力要求，并能保证建筑的不均匀沉降要求。经初步测算，置换桩直径可取800～l 000 mm，混凝土强度一般为C20，强度等级较低且无需配筋，主楼的原较厚承台也能适当减少厚度。

综上所述，最终确定2栋塔楼采用 “CFG桩+褥垫层”的方式进行地基处理，基础类型均为筏板基础，桩顶钢筋与筏板采取柔性连接。最终本工程共设计1 151根CFG桩，桩径600 mm，桩长为11.9～28.5 m。由于其中的残积硬塑含碎石黏土(Q3el)层含有分布不规则的硬度较高的石灰岩，造成在地基处理的CFG桩基施工中，普通桩机(包括旋挖钻机、长螺旋桩机等)难以有效穿透，需要潜孔锤凿岩引孔600根[3,4]。

4.3 基础施工效果

确定“CFG桩+褥垫层”的地基处理方式后，采用风动潜孔锤凿岩引孔施工。现场实际采用2台25型长螺旋设备进行施工，实际施工仅用30 d完成了现场作业。采用该施工方法，既满足设计和施工要求，又缩短了工期。CFG桩施工后，经检测施工质量良好，满足规范和设计要求。

5 结语

在岩溶发育地区，由于岩体较破碎、基岩面起伏变化大、场地地质条件复杂，超前钻勘探点不可能摸清整个场地的具体情况，桩基施工时，桩底高程很难确定，施工质量难以控制。合理的基础选型是工期和质量的保证。