浅谈沿海地区复杂地质条件下桩基础工程的质量控制要点

浅谈沿海地区复杂地质条件下桩基础工程的质量控制要点 摘 要：沿海地区地质条件复杂，多存在软土触变、砂土液化、岩溶塌陷、侵蚀塌岸等地质灾害危险性因素，该文依托于大连湾综合交通枢纽客运站工程桩基础工程的实际经验，采用嵌岩灌注桩基础的施工工艺，选择嵌岩深度为1.5倍的桩径，并在现场施工采用多种手段确保桩身灌注质量，使得该工程顺利通过验收，可供未来类似工程借鉴。 关键词：机械灌注桩 岩溶地区 过程控制 沿海地质 中图分类号：TU473.1+4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0069-04 随着我国经济的高速发展，城镇可利用的土地储备逐渐减少，越来越多的沿海城市选择了填海造陆来缓解土地压力。大连湾综合交通枢纽客运站工程，是大连市重点民生工程之一，建筑面积37 137 m2，工程地处黄海近岸海域，原始地貌类型为水下岸坡，现已回填为陆域，场地内基岩为震旦系南关岭组石灰岩。 根据前人研究结果，沿海地区（包括回填地区）地质情况复杂，主要存在软土触变1、砂土液化2，3、岩溶塌陷4、侵蚀塌岸等危险因素。 为确保沿海地区建筑物基础承载力充足，多采用机械成孔灌注桩基础这一成熟的基础形式。场地内基岩为震旦系南关岭组石灰岩（Z2n）。该工程采用冲击钻进成孔与旋挖钻进成孔两种机械成孔方式。桩径有5种尺寸，分别为600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm。不同于地上建筑工程，灌注桩基础工程是地下隐蔽工程，在沿海地区及一些复杂地质条件地区往往还是水下工程。根据该工程具体情况，在施工监理中采取一些措施，使得该工程已经顺利通过验收，可以对未来类似工程提供借鉴参考。 1 工程概况 根据前人对该地地质所做的研究显示，大连港老港区搬迁改造大连湾杂货及滚装泊位扩建工程位于大连市甘井子区大连湾境内，根据大连市甘井子区1/10万地质灾害易发区分区图显示，该评估区属地质灾害低发区，地质灾害一般不发育。 建设项目场地地形简单，地貌类型单一，地势相对高差小。评估区地质构造简单，岩性为灰岩，岩溶较发育。场地工程水文地质条件不良、有可朔性土，承载力小于200 kPa。破坏地质环境的人类工程活动强烈。综上，评估区的地质环境条件复杂程度属复杂。 区内不同深度发育有大小不等，形状各异的溶洞。溶洞有充填、半充填状态。充填物为软塑红粘土。溶洞多沿节理面、层理面延伸。其形态有石芽、溶沟、溶槽、溶洞等，岩溶发育造成基岩面起伏较大，由于受构造裂隙及层理等因素影响和控制，岩溶在纵向、横向分布上无明显规律。为了说明该岩溶状况，选取其中典型相邻桩身柱状图以作示意，从钻孔柱状图中可以看出，两两相邻不到3 m的桩的溶洞大小、位置、地质情况、地层厚度等均有较大差异（如图1、表1）。通过这相邻的3个桩的具体情况，可以看到该沿海回填地区的地质情况非常复杂。 2 桩基础形式的选择 2.1 软土触变时的地基选择 根据陈兰云1、赵健5等人的研究，软土的正常压密和固结度极低，而且具有触变性，因而压缩性大，抗剪强度低。软土段内施工，建议采用合理的持力层和基础型式，并针对地基进行加固，因地基受压沉降，设计时应考虑所损失的高程。 2.2 地基土液化时的地基选择 受动力荷载作用后，会导致地基土体积缩小、孔隙压力增加、有效压力减小，土体抗剪强度迅速减小，这种现象称为地基土液化2。地基土液化会对构筑物造成很大损害，包括地面沉陷、基础下沉等。 依据规范，存在液化土层的地基，应根据建筑物的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的抗液化措施。全部消除地基液化沉陷的措施主要有换土法、加密法、深基础或桩基础，当建筑物抗震设防类别高、地基液化势高、加密法或换土法等不适用时，桩基就成为唯一选择。桩基础可适用于液化土层埋深较深或厚度较厚的情况，将桩基穿过可液化的土层、支承在下部不液化的密实土层上，以消除液化的不利影响。 根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）6 第4.3.7节，第一条：采用桩基时，桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩基部分）应按?算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚应不小于0.5 m，对其他非岩石性土不宜小于1.5 m。 2.3 岩溶塌陷时的地基选择 在岩溶发育地区最常见的地质灾害便是岩溶塌陷。其表现形式主要为突然毁坏城镇设施，导致道路和建筑物破坏、通讯中断、农田毁坏、水库渗漏、大量水溃入矿坑或隧道，以及使一些供水水源受到不同程度的污染，严重时造成人员伤死4。通过前文钻孔柱状图可知，该项目所处地质岩溶较为发育。 岩溶塌陷的处理方法8主要是实行避让，不能避让时采用板梁跨越塌洞和土洞，人工挖孔桩、灌注桩、钢管桩支撑，使用刚柔体反滤层法回填塌坑，或采用强夯法破坏溶洞，夯实松散塌陷物，制造人工夯实地基，做柱下地基梁，回填灌浆，做好地面排水，防止管道渗漏及地表水汇集下渗，对于相对封闭的岩溶网络地段，设置钻孔充、排气防塌等。在岩溶发育地区建设重要的工程，由于对上部建筑物（构筑物）或桥梁的承载力要求较高，采用一般的填堵或强夯等简单的方法往往只能消除浅部的土洞，对承载力的提高幅度不大。因此，常采用嵌岩灌注桩基础，即将桩基置于较稳定的基岩上，并嵌入一定的深度，以满足承载力的要求。 2.4 沿海地区该项目的桩基础形式 鉴于以上研究，为最大程度地消除软土触变、土液化以及岩溶塌陷对该项目的影响，采用机械成孔嵌岩灌注桩基础这一基础形式，可以在很大程度上减弱甚至消除以上地质灾害危险因素。 根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）9第8.5.3节，桩底进入持力层的深度，宜为桩身直径的13倍。在确定桩底进入持力层深度时，尚应考虑特殊土、岩溶以及震陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于0.5 m。 综合以上，该工程采用的桩基础嵌岩深度为1.5倍的桩径。该项目嵌岩灌注桩的桩径为600 mm、700 mm、800 mm、900 mm、1 000 mm这5种尺寸，对于最小直径600 mm桩来说，嵌岩深度为900 mm，满足以上规范要求。除此之外，根据地质勘查报告，该工程要求所有桩都进行详勘，一桩一勘，确保所有桩的持力层均为中风化石灰岩（见图2）。 3 施工器械的选择 根据该工程所处回填区的岩溶发育的特点，该工程桩基础施工采用冲击钻和旋挖机两种施工器具。 冲击钻成孔是靠自由下落的重钻头产生的冲击力来削切土层或岩层，排出碎渣成孔。它适用于碎石土、砂土、粘性土及风化岩层等，桩径可达6001 500 mm。在硬度较高或者脆的地层下有着非常好的钻孔性能，且钻孔效率非常高。使用电能，成本较旋挖机低，维修方便。 旋挖机成孔是通过底部带有活门的桶式钻头的回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土。旋挖钻机效率高、方便灵活、成孔速度快、扩孔率小，成孔效率是传统的钻孔机械的10倍以上。但一次投入费用较大，一旦发生故障，修理时间较长。 4 现场监理中需要注意的事项 为加快施工进度，确保按期完工，要求施工单位提前制作钢筋笼，并在质检员自检完成后报监理检查，检查合格方可放置在合格区。避免发生吊笼入孔前检查钢筋笼不合格，重新制作或返工造成的延误。对钢筋笼质量严格把关，根据相关规定及时送检，检测合格后方可使用。对于钢筋规格、直径、加密圈长度、焊缝长度等重点项严格审验。 配合地勘人员做好初岩及终孔的检查工作，并要求施工单位做好桩信息牌工作，信息牌上应包含桩号、桩径、桩顶标高、地面标高、设计孔深（初岩、终孔）、实测孔深（初岩、终孔）、日期、护筒跟进等信息，并拍照存档（如图3）。要求施工单位用密封袋保存每个桩初岩及终孔岩样，并做好存档工作。 清孔检查除用测绳检查外，还应同时用泥浆比重计检查，在放入钢筋笼后砼浇筑前还应二次测量孔深及进行清孔质量检查，防止吊入钢筋笼时造成塌孔而未及时处理，产生桩身质量问题。二次清孔合格后应立即下导管浇筑混凝土。 对于桩径800 mm及以上的桩，由于钻头前端鱼嘴处的直径与最大直径处有一段距离，终孔时对孔深的测量可能并非最大直径的孔深，要求施工单位在800 mm以上桩径的冲击钻成孔的桩，在自测孔深的基础上多打500 mm，以满足终孔深度及保证嵌岩深度。600 mm及700 mm的钻头因前端鱼嘴直径与最大直径相近，采用正常孔深即可。 5 结语 针对沿海回填陆域地质情况复杂的特点，特别是岩溶发育地区，采用嵌岩深度为1.5倍桩径的机械成孔灌注桩方法能减弱甚至消除地质灾害产生的对工程的不利影响，在现场施工单位及监理人员的相互配合下，目前该工程已完工并通过各方?收，可以为未来类似地质条件的工程提供借鉴。 参考文献 1 陈兰云，陈云敏，张卫民.饱和软土中钻孔灌注桩竖向承载力时效分析J.岩土力学，2006，27（3）：471-474. 2 刘双.桩基处理地基土液化设计要点分析与工程应用J.中国市政工程，2013（5）：66-69. 3 谢立民，张琦.盘锦地区地质灾害及防治措施J.化工矿产地质，2008，30（1）：41-44. 4 杨立中，王建秀.国外岩溶塌陷研究的发展及我国的研究现状J.中国地质灾害与防治学报，1997（8）