粤北山区岩溶地形高层建筑基础施工方法与质量监控.doc

1、粤北山区岩溶地形高层建筑基础施工方法与质量监控（乐昌市建筑工程质量安全监督站 广东乐昌 512200） 摘要：本文结合粤北山区某综合楼基础施工案例，就岩溶地形高层建筑基础施工方法与质量监控措施进行了论述，以供同仁参考。 关键词：粤北山区；岩溶地形；桩筏地基基础形式；施工方法；质量监控 一、前言 岩溶地形由于具有溶洞、溶沟、溶隙十分发育，且溶洞与裂隙、断层相互贯通，溶洞内充填状况和充填物差异较大；岩面埋深不一，起伏大，无规律性；含水层多为岩溶溶洞裂隙水，赋存于断裂破碎带中，呈网状、树枝状分布；大多数拟建场地的承压水水位较丰富等特点，使桩基施工难度大，工期长；在桩基施工过程中，时有危及相邻建筑物安

2、全的现象。 建筑桩基技术规范 （JGJ 94-2008）把“岩溶地区的桩基”列为“特殊条件下的桩基” ，这足以说明岩溶地区桩基设计与施工的复杂性和特殊性。 桩筏地基基础形式是桩基和筏板基础的合称。桩基是一种人工地基，具有基础深，承载力高、沉降量小而较均匀的特点，几乎可以应用于各种工程地质条件和各种类型的工程，尤其是适用于建筑在软弱地基上的重型建（构）筑物；?板型基础结构，整体性好，能很好的抵抗地基不均匀沉降，多用于地基承载力不均匀或者地基软弱的时候。桩基与筏板共同作用组合成桩筏地基基础形式，整体性强，刚度大，调节地基不均匀沉降能力强，因此，筏板基础作为建筑结构（尤其是高层和超高层建筑）首选的基

3、础方案，应用越来越广泛。本文结合粤北山区某综合楼基础施工案例，就岩溶地形高层建筑基础施工方法与质量监控措施进行了论述，以供同仁参考。 二、工程概况 粤北山区某小区为 A、B 两幢组成。地上 17 层，地下 1 层，建筑面积 19000m2，为框架剪力墙结构，地下室基础平面示意图见图 1。该楼为柱下单桩，共 28 根人工挖孔灌注桩，桩径 1.01.5m，桩底扩径为 1.9m的有 6 根，1.7m 的有 16 根，1.4m 的有 6 根，最短的为 14.4m，最长的为31.4m，平均桩长 23.7m。桩长根据成孔情况而定，要求桩端进入灰岩层0.50.8m，在孔底打超前钻，要求桩底下面 35m 内为

4、完整灰岩。桩身混凝土强度等级为 C25。上部结构荷载分布相对于轴左右对称，轴线G 与轴线的交点（简称 G4）的柱荷载最大为12640kN，J4，E5，D4，D3，G3，J3，K3，K4 和 K5 的柱荷载分别为10550kN，7830kN，8820kN，6240kN，9120kN，7020kN，3830kN，5260kN和 5140kN。 图 1、地下室基础平面（单位：mm） 三、工程地质特征 该场地岩土性质自上而下为：第一层为杂填土层：层厚 01.3m，结构杂乱，强度不均，力学性质差；第二层为粘土层（Qal）：层厚13.721.3m，呈浅黄色、褐色、棕红等色，含铁锰质结核或铁锰质薄膜，并含网

5、纹状高岭土。呈稍湿或湿状态，硬塑状。硬土层在 10m 以内，?k为 300400kPa，10m 以下，?k 为 250kPa。该工程桩筏基础的筏板位于此层中（自然地面下 4.25.3m） ；第三层为高岭土、可塑状粘土及残积土夹少量孤石。该层较密实地冲填、残积于岩溶溶槽内；第四层为碳酸盐灰岩层：呈紫红色、浅灰色，凡遇有溶洞的钻孔，岩层溶蚀，溶裂较发育。未遇溶洞的钻孔，岩层岩芯完整，节理裂隙和溶裂均不发育。岩石单轴抗压强度?r=6.128.48MPa。在对溶洞进行恰当的加固处理后，该层作为桩端持力层。由于地质条件复杂，基岩面起伏大，岩溶发育，故在钻探等常规勘察的基础上，又采用地质雷达、瞬变电磁、直

6、流电法、浅层地震等方法进行了综合物探，探明桩基岩溶地质情况如下： （1）岩溶在水平方向的发育主要受构造破碎带的影响，地下水径流运动方式沿破碎带走向运动，破碎带构成了地下水流动的通道，灰岩岩溶岩层在地下水动力作用下，不断地溶滤、侵蚀而形成地下溶洞。岩溶分布面积占场地总面积的 15%，破碎带面积占场地总面积的 18%。 （2）岩溶在垂直方向上的发育规律由钻孔揭露资料可得，岩溶溶洞顶板埋置深度 17.222.3m，溶洞底板最大深度为 47.5m。整个场地钻孔13 个，遇见溶槽、溶洞的钻孔有 9 个，溶槽、溶洞钻孔遇见率为 70%。钻孔揭露岩层总厚度 178.5m，其中遇到溶洞的总厚度 137.1m，

7、岩溶率为76.8%。钻孔遇到岩溶空洞的总厚度 24.2 m，空洞率为 17.6%，溶洞充填率为 82.4%。充填物主要为高岭土，可塑状粘土及碎石等。场地主要含水层为碳酸盐灰岩含水层，属岩溶裂隙水类型。地下水的补给、径流、排泄方式主要受构造破碎带的影响，在水平方向沿破碎带走向运动，在垂直方向沿岩溶裂隙、溶洞走向运动。由于场地地层无粉土及细砂，因而不存在地震液化问题。 四、桩基础施工方法 （1）挖孔及护壁 挖孔前先测量基准点和测量基线放样定位，确定挖孔桩的范围。 每次下井施工前均进行抽水、通风和毒气等检测工作，如发现异常，应返回井面报告，待查明情况、采取有效措施后，方可继续作业；挖孔桩第一米开挖、

8、护壁、锁口砼是整根挖孔桩的开始，也是护壁砼成功的关键。因此，开挖到位后，要立即埋设锁口钢筋，在每节护壁与下一节护壁之间埋，要埋设连接钢筋（间距 20cm） ；为保证挖孔的可操作性，挖孔、护壁节与节之间采用锯齿形（锯齿形也能增加桩的摩擦力） ；在开挖过程中应经常检查挖孔桩尺寸和垂直度，发现偏差，应及时纠正；孔内排水一般采用明排，如渗水量过大，准备好手动葫芦、铅桶、手推运渣车及抽水泵（如地下水位高时要在桩周围打井点降水） 。 根据设计规范要求，挖孔桩的安全距离为 4.5m 或 2.5D（D 为桩径）中的最大值，为了提高工作效率与工程进度，可采用循环换孔施工；为了成孔安全，一般地层，每层开挖深度为

9、1m；砂层和淤泥质土层，每节开挖深度不得超过 0.5m，挖好后要及时浇筑砼护壁，护壁厚度 15cm，混凝土强度 C25，并于当天浇筑好砼（夜晚是护壁砼最好的养护时间） ；护壁时，第一节孔圈护壁应高出地面 50cm，以防地面水漫入孔内；在放线定位后，应在桩周围设 80cm 左右高的防护栏，防止行人进入，确保施工安全。 在挖孔达到一定深度时，如碰到坚硬的岩石，则可采用风镐掘进或用小药量爆破方法进行施工；如开挖至设计标高仍未碰到岩层，要根据实际情况超挖。 浇灌护壁砼时，应采用钢筋插实法浇灌，并用镐击模板或用插入式振捣器振捣；当桩孔水淹没模板的情况下，不得灌注混凝土；每一节护壁高度控制在 100cm，

10、对不利土层（淤泥、砂层等） ，应加厚护壁，加大、加密护壁钢筋，并将每一节的护壁高度调整为 50cm；护壁砼浇筑尽量采用速凝剂。 护壁的厚度、配筋、砼强度要符合设计要求，护壁强度达到安全要求后方可进行下一节施工；当护壁砼强度达到 4Mpa 以上时方可拆模；当发现护壁有蜂窝、漏水现象时，应及时补强以防造成事故。 （2）成孔、浇筑桩身砼 成孔施工。挖孔达到设计标高后，要及时对成孔的各项数据（桩径、偏差、桩底渗水量）进行分析，以便及时采取补救措施；成孔时不能超挖，每挖一米即及时浇筑挖孔桩的护壁；孔口周围 2 m 内不得堆放土石方及杂物，要保持壁面高出地面 50cm，挖出的土石方应及时运力孔口；孔内设软

11、梯上落，并设置与孔壁锚固的半圆形网作遮拦，上落吊桶时工人只允许在网下操作；挖到设计要求深度后进行成孔验收，成孔的允许偏差应满足规范要求，合格后进行混凝土封底。 浇筑桩身砼。每个桩孔验收后，应彻底清理沉渣，然后立即封底和灌注桩身砼；在浇注砼前，要安放好导筒，要再次检查做孔底渗水测定，渗水量 0.3 公升/s 时，要采用水下砼浇注；如检测需要，可埋设声测管。 五、桩基础施工质量监控与分析 该场地地质条件复杂，桩基持力层起伏大，桩的长短相差 1.18 倍，有产生不均匀沉降的可能性。在对该工程全部基桩进行了桩身质量及完整性检测，I 类桩 3 根，占 10.7%，II 类桩 20 根，占 71.4%，I

12、II 类桩5 根，占 17.9%。III 类桩的缺陷主要是离析型蜂窝、麻面和孔洞，缺陷分布于桩身外围的表面，深度 50200 mm，桩中心有效直径范围内混凝土强度等级在 C20 以上。在分析了地质资料和桩基施 工、检测报告后，从确保工程安全度的角度，我们提出了如下建议：一是在有较严重缺陷的基桩附近补桩，共补桩 6 根；二是将筏板厚度由原设计的 1.0m 增加到 1.3m，将筏板的双向面筋、底筋由原设计的16200 改为 25150，加粗了主筋，减小了主筋间距，筏板可承受较大的弯矩，筏板下的土反力得以充分的利用，大楼的不均匀沉降也减小；三是在大楼建造前，对桩筏基础进行监测，监测信息及时反馈，指导

13、后续施工，确保工程的质量和安全。主要监测结果如下： （1）筏板变形监测：在相邻 4 柱的中心（板表面）布置沉降观测点，共布置 13 个测点。板中心点的累积沉降比相邻 4 柱的沉降小3.04.8mm。换言之，相对于 6m 间距的四柱而言，板中心点向上的反拱挠度最大为 4.8 mm，与开间间距之比为 0.8，小于 2的设计允许值。 （2）筏板主筋的应力-应变监测：分别在 G8 点、H6 点、H 轴线上的中点、E G 和的中点 4 个点共安装了 16 个钢筋应力计（X，Y 方向的面筋、底筋上各安装 1 个） 。主筋的最大拉应力为14.4MPa，拉应变为 72 ?。在室内进行钢筋混凝土梁的模拟试验时，

14、对于 C35 混凝土，当主筋拉应力达到 23.0MPa 时，拉应变达到 115?，这时受拉侧的混凝土开始出现细小的拉裂纹，混凝土开裂后，主筋的应力-应变的增幅变大。可以推测，该工程筏板实际受到的弯矩不大，筏板混凝土尚未开裂。 （3）基桩桩顶应力监测：选择了 8 根桩进行测试。桩顶轴力监测值与单桩高应变极限承载力检测值之比较见表 1。单桩极限承载力检测值与桩顶轴力监测值之比在 1.63 至 3.60 之间，扣除 K9 号桩后平均比值为1.84，说明基桩有较好的安全度。 表 1 桩顶轴力监测值与单桩极限承载力检测值之比较 桩位 桩长/m 桩径/m 桩顶轴力监测值/MPa 桩顶轴力监测值/KN 单桩

15、极限承载力检测值/KN D3 22.0 1.35 3.99 5710 E5 26.0 1.40 3.72 5730 9670 D9 14.4 1.30 4.41 5850 G4 22.8 1.50 4.43 7830 15210 G8 24.5 1.45 4.69 7740 12580 J4 25.0 1.50 4.41 7790 J8 21.6 1.45 4.79 7910 16520 K9 24.0 1.20 2.96 3350 12050 （4）筏板下土压力监测：在 H6 点、D 轴上的中点、EG的中心点，H 轴上的中点、轴上EG 的中点、G 轴上的中点、J 轴上的中点和H 轴上的中点等

16、 8 处筏板下埋设了土压力盒，H6 点的实测土压力最小为 110kPa，J 轴上的中点的实测土压力最大为 136kPa。筏板下土压力的分布比较均匀，8 处土压力的平均值为 127kPa，将其乘以筏板的净面积（扣除所有桩截面面积）得到筏板下地基土对主楼筏板的总土反力为 73540kN，土反力对主楼起支撑作用，相当于增加了 8 根承受 9190kN 荷载的桩。由此可见，增加筏板厚度、加粗主筋和减小主筋间距的措施是完全必要的，不仅是增加了筏板下的土反力，而且，确保了基桩具有足够的安全度。 六、结语 目前我市高层建筑中多采用这种由桩和筏板基础共同作用的桩筏地基基础形式。其中人工挖孔灌注桩在大直径灌注桩中所占比例较高，适用于粘性土、粉土、填土中等密实以上砂土、风化岩层。但因人工挖孔安全隐患大，其他土质情况如无可靠设计方案和施工安全措施应慎用或不用。总之，基础工程应充分考虑地质条件、施工技术与环境因素、因地制宜的选择桩型，提高工程质量和安全意识，制定切实、合理、有效、可行的施工方案和应急预案，并组织富有经验、熟练的操作人员，强化施工质量控制与管理，从根本上杜绝隐患。 参考文献 1建筑桩基技术规范JGJ94-2008 2建筑地基基础设计规范GB50007-2011 3高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010