复杂岩溶地区桩基础的施工

李翀，舒华彬，林国郁

（1中机中联工程有限公司，重庆400039；2重庆润一江投资控股（集团）有限公司，重庆401120）

复杂岩溶地区桩基础的施工

李翀1，舒华彬2，林国郁2

（1中机中联工程有限公司，重庆400039；2重庆润一江投资控股（集团）有限公司，重庆401120）

该文以重庆南川名润广场工程的基础工程为例，针对典型的喀斯特地貌岩溶地区的基础设计、施工和勘察等问题进行了分析和研究。溶洞处理准备了多种措施，对岩溶成孔采取了混凝土灌注法等措施，采取了合理的排水措施，保证了桩基础的施工，解决了高层建筑在复杂岩溶地质情况下的基础问题。

喀斯特地貌；岩溶地区；桩基础；混凝土灌注法

名润广场位于重庆市南川市区（图1），属于典型的喀斯特地貌，地基处于溶洞发育的岩溶地区，北临半溪河滨江路，南临南大街，东面为钟楼街，地下水丰富，管系纵横，总用地面积为23843.0m2，总建筑面积约26万多m2。拟建工程为8栋住宅及其商业裙楼和地下车库。地上1-5F为商业，6-33F为住宅，地下二层车库，其中-2F层地下车库基坑边坡最高为12.5m。主楼为框支转换剪力墙结构，裙楼为框架结构，正负零层为嵌固端，主楼及裙楼下面为整个-2F层地下车库，地下室长约180m，宽约150m。岩溶发育，地下水丰富，基础施工难度较大。

图1　名润广场总平面图

1　地质情况与勘察设计

项目场地地形较平坦，地形南高北低，高程为527.07～531.80m，高差为4.73m，地形坡角约5°～15°，地形地貌较简单，区域上属构造剥蚀、覆盖性岩溶浅丘地貌。场地下伏基岩为三叠系下统嘉陵江组之石灰岩，该层为碳酸岩，为可溶岩；在地质构造作用下，岩体内产生裂隙，然后经地表水和地下水的共同作用下，经长期溶蚀作用下形成溶洞，该场地岩溶发育。

北侧半溪河50年一遇的洪水水位为527.00m，20年一遇的洪水水位为526.00m，常年洪水位约为525.00m，场地内受大气降雨和半溪河河水补给，勘察期间场地内形成的统一的地下水水位高程为522.0m左右；拟建场地内地下车库底高程为518.30m，地下车库的底高程低于场地内的水位高程522.00m，也低于场地北侧的半溪河的水位高程，故需考虑地下水对施工、设计的影响。

对该项目处于岩溶发育地区的情况，我们依据《工程地质勘察规范》（DBJ50-043-2005）的规定，按建筑物周边线及角点布置勘探点，主楼下框支柱范围一柱一探，并要求查清地基下卧层下7m内地质情况。孔深在满足桩基规范的基础上，针对主楼框支柱荷载较大的情况，加强勘探深度。对于主楼下1.5m及以上大直径桩，应钻入预计嵌岩面以下3～5d，且不得小于7m并穿过溶洞、软弱层、破碎带，到达稳定地层。针对溶洞区域及范围，采取电法物探和超声波检测。水文地质观测：对部分钻孔进行孔内简易提桶试验，并在全部钻孔终孔24h后，进行孔内水位观测和测量，并符合相关规范要求。施工阶段，完成桩基开挖后，进行补充勘察，对1.5m及以上的钻孔，至少取3个点进行补勘，以确认桩下7m范围内无溶洞不良地质状况。

因场地地下水丰富，施工过程中的场地降水处理成为工程进展的关键。总体方案采用了挡排结合的方式：在临近北侧河水的基坑，采用了周边边坡止水帷幕施工，阻止河水浸入基础施工区域。止水帷幕采用150钢管沿场地挡水侧密集满布，并喷锚混凝土。场地地表水及地下水水位较高，基础埋置于地表水及地下水位以下，基础施工时地表水和地下水会通过基坑侧壁渗汇于基坑内，基坑及基础开挖过程中受地下水影响较为严重，因此，基础施工过程中应做好孔内抽排水工作及场地内截排水工作，排水方案的实施即针对整个场地平面布排水沟，也针对每一根桩进行单桩抽水排水，为有可靠的排水措施。

排水方案为开挖桩平面区域周边挖1m宽和0.5m深排水沟，基桩施工区域内排水沟相互20m左右成方格网排列，并在沟交合点打集水孔（或利用桩孔）与之相连，集水孔采用旋挖机钻深12～18m，直径1m深孔集水，每个孔用3台潜水泵抽水排放，如地下水太猛，几台泵都抽不尽，则用水下混凝土的方式浇桩身混凝土，另外对土石方开挖时基底标高控制，对承重层标高控制在地下水位以上，土石方开挖至基底规定标高，再用片石将旋挖机行走道路垫起来（部份溶洞区域用片石或建筑渣填充之后再压实作为旋挖机行走道路），待桩钻完之后再清除垫高部份，抽水之后进入正常底板施工。

岩溶地区的基础，应根据溶洞大小和上部荷载的情况进行区分。该工程根据《重庆市建筑地基基础设计规范》（DBJ50-047-2006）第5.3.8条进行了洞穴抗冲切承载力计算［1］。公式如下：

对于圆形基础：um=（d+λh）π（5.3.8-3）

验算时应符合下列要求（表1）：Fl≥F+G+Vmγ

表1　洞顶抗冲切验算

以该工程最大柱下荷载25000kN进行验算，根据地勘报告提供的岩体抗拉极限标准值（fl=1170kPa），验算结果如下表所示。规范最低要求的3d和5m范围不能满足该工程基础的需求。考虑到该工程的具体情况，框支柱荷载较大，溶洞发育，裂隙较多的情况，难以准确判断洞顶基岩的完整性和50年使用年限以内的变化情况。参考计算值，确定了7m及5倍桩径下的范围内应为不良地质情况的地基要求［2］。

2　溶洞的处理措施

该工程基础，对地基稳定有影响的岩溶洞隙，根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析采取下列处理措施。

（1）对洞口较小的洞隙，宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理。

（2）对洞口较大的洞隙，宜采用梁、板和拱等结构跨越。跨越结构应有可靠的支承面。梁式结构在岩石上支承长度应大于梁高的1.5倍，也可采用浆砌块石等堵塞措施。

（3）对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固和清爆填塞等措施。

（4）对规模较大的间隙，可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。

（5）为确保桩穿溶洞处理方案正确，必须针对每一根桩，对应地勘资料，大致摸清桩下部地质情况（当然也有地勘与实际不符的地方，但只是少数桩）一桩一地质资料对号入座，并增加每桩2～3个点的地勘钻点，以使处理方案有一个详细地质情况资料。

针对溶洞的不同，大溶洞最好采用先抛石或填建渣放线后作圆形钢筒护壁（也可采用水下混凝土和水下压力灌浆，现场处理方式主要将溶洞采用C20混凝土整体板结方案，在混凝土强度达到之后再钻桩孔），一般较干燥的溶洞根据不同的情况可采用钢筋混凝土护壁，下钢套管，砖砌护壁作加劲圈，半边钢护壁作加筋箍等方案，注意混凝土应釆用早凝措施。

具体到本项目时，我们针对场地地质情况预估了以下4种处理方式：

（1）抛填法

溶洞范围小、高度小于1m的浅层溶洞，对照地质图，当钻至溶洞顶板1m左右时，旋挖穿溶洞，溶洞一被击穿，孔内水头迅速下降，这时立即向孔内补充泥浆，同时提钻至孔口，并向孔内投入片石或建筑渣、粘土块和水泥，也可用素混凝土填充溶洞，当孔内水头稳定时，用测线测出回填厚度，当片石水泥或混凝土回填厚度大于1m时，使溶洞填充物稳定范围形成护壁后，再继续钻孔施工（图2）。

图2　抛填法

（2）灌注混凝土填充法

溶洞的高度在1.0～3.0m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先向抛填片（碎）石、砂混合物和注水泥浆，或采用水下混凝土充填，然后用旋挖机钻头旋转小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁（如图3），水泥砂浆将片石空隙初步堵塞后停止冲击，24h后，待水泥的强度达到2.5MPa后，再继续钻孔，穿过溶洞。

图3　灌注混凝土填充法

（3）护筒跟进法

对于多层溶洞间距较小的采用钢护筒穿越处理（如图4）。先用旋挖机进行钻孔、扩孔处理，然后采用振动锤将钢护筒振动下沉至溶洞底部，为保证钢护筒的强度和刚度，每隔2m设置加强钢板箍。

图4　护筒跟进法

（4）水下混凝土填充法

当溶洞高3～5m时，先进行钻孔清孔，如边壁垮塌则采用水下混凝土填充实后待混凝土达到强度达到2.5MPa后.再二次钻孔达到施工要求。

（5）小结

在施工初期，对几种方法均进行了实验应用，浅层小溶洞采用了抛填法，深层溶洞大量采用的是灌注混凝土填充法，个别大型的溶洞采用了钢套管护筒跟进法，成孔后仍有地下水的采用了水下混凝土浇筑。综合考虑，本场地深层小溶洞居多，采用混凝土填充法施工速度快，填充混凝土形成后机械旋挖桩成孔快，能够满足施工进度需求，但是实际混凝土用量一般是常规成孔用量的2～3倍左右。

3　钻孔灌注桩的成孔

钻孔桩的成孔直径大，适用于单桩荷载大、地下有孤石，夹层分布，岩溶表面不平的情况，用这种桩能钻穿孤石、夹层，将桩端可靠地支承在持力层上，桩端的嵌岩情况也好。但钻孔桩不宜用在溶岩裂除多，溶沟多的基岩中，因为施工中容易造成卡钻、钻杆沿溶岩斜壁偏斜，以至打偏等现象［3］。穿溶洞施工时应注意：成孔中遇到的溶洞经过了投入片石和板结混凝土反复处理，在浇筑水下混凝土的时候混凝土的流失量就会比较少。但有时候会出现混凝土面上升极缓，有时孔内泥浆面还伴有轻微的下降的现象，此时可判断为桩孔外出现溶洞。该溶洞可能靠近孔壁，钻孔时由于孔内泥浆护壁等原因，对溶洞没有产生扰动和挤压，到浇筑混凝土时，混凝土对孔壁的冲击和挤压击穿护壁使该溶洞显现出来。为连续施工必须连续浇水下混凝土成桩。如溶洞太大必须清孔重新灌浆或加钢护筒：由于覆盖层和溶洞之间相互串通，在地下水的作用下产生动压力，导致溶洞内钻孔所形成的人工造壁坍塌，清孔时泥浆流失。其处理方法如下：

（1）探明泥浆流失的孔洞高程，在初步清基的基础上，在钢筋笼上焊接钢护筒，钢护筒上下口扩成喇叭形，在其上设止水带。当钢筋笼带着堵漏护筒初步就位后，进行正循环泥浆清孔。

（2）如孔弯斜严重，钢筋骨架插不下去，再提出钢筋笼，然后灌注水下素混凝土至洞底，待达到规定的强度后，再装上钻机重新扩孔施钻清孔。

施工中还应注意以下几点：

（1）钢筋笼的处理：要注意钢筋笼外保护层厚度按规范上限进行下料，适度收紧尺寸，避免钢筋笼下桩孔时受溶洞突出点挂住钢筋笼，使之无法下到桩底，造成返工，为顺利放下钢筋笼也可适度放大桩直径10cm进行扩孔处理。

（2）在桩开钻之前要注意复核桩轴线位置，特别是水淹部份桩孔，成桩之后再复核一次轴线座标位置，严防钻孔过程中桩的水平位移或错位。

（3）由于有的溶洞区域剖面看溶洞呈葫芦串状态，旋挖机钻孔易卡钻或掉钻，应对钻头与连杆的接头部份进行加固或处理，避免损坏机械。

（4）桩身水下混凝土要注意调查当地的地材质量，对混凝土配合比应有试配并请有关混凝土方面的专家或专业技术人员评估后再实施，避免水下混凝土强度发生问题。

（5）桩孔内孔壁垮塌贯穿于整个施工过程，对于混凝土板结法在复杂岩溶地质的施工过程中，一根桩可能反复进行多次混凝土板结后钻孔才能成桩，对于前失败的桩内板结混凝土块或混凝土渣，一定在清孔时将混凝土渣清干净，避免剩渣太多造成桩检测时不合格。

4　结论

岩溶地区的勘察应针对性的采取加深勘探深度，加密勘探范围，采用多种物探和超声波检测的方法，确认岩溶发育状况，为后期的设计和施工起到重要的参考。

针对不同的溶洞情况，设计采取了相应的处理措施。框支荷载较大，采取桩基础穿越法，保障桩下7m范围内无不良地质状况。对于裙楼下的普通框架柱，荷载较小，区分溶洞情况，浅层溶洞采取穿越，深层溶洞置顶验算。

实际施工初期需要比选施工方案，不断探索和总结几种施工预案后可取得良好效果。该工程中大量采用的混凝土灌注法旋挖桩施工工艺，施工速度快，能够满足施工进度，是岩溶地区桩基础穿溶洞施工的有效方法。

综上所诉，场地复杂的岩溶地区施工，应从勘察、设计入手，多方密切配合，做好施工预案，对施工方案进行对比，多种施工工艺结合，满足现场施工需求。

［1］中冶赛迪工程技术股份有限公司.DBJ50-047-2006重庆市建筑地基基础设计规范［S］.重庆：重庆市城乡建设委员会.

［2］周含川，李正良.高层结构与岩溶洞穴地基基础共同作用分析［J］.重庆大学学报，2006（3）.

［3］侯勇，王蓉川.岩溶地区桩基础施工［J］.铁道工程学报，2010（2）.

责任编辑：孙苏

Pile Foundation Construction in Complex KarstRegions

Based on the basic Nanchuan M ingrun Plaza project，and the basic design for the typicalkarstareas，the construction，survey and other issues areanalyzed and studied.A variety ofmeasures are prepared for cave treatment，measures like concrete perfusionmethod for karstpore form ing，and reasonable drainagemeasuresareadopted to ensure the pile foundation construction and solve the basic problemsofhigh-rise buildings in complex karstgeology.

Karst landscape；karstareas；pile foundation；concrete perfusionmethod

TU 473.1

A

1671-9107（2015）01-0041-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2015.01.041

2014-11-13

李翀（1978-），男，重庆人，研究生，高级工程师，一级注册结构工程师，主要从事结构设计工作。