沈剑飞
上海城建市政工程（集团）有限公司 200032
摘 要：为提高溶洞区域地质的地基承载力，达到地下室基础结构的施工条件，本文以江西省景德镇市某房建工程复合地基施工为例，对存在溶洞的地质情况及其处理加固措施进行分析，达到地基基础结构合理化的效果。
关 键 词：溶洞灰岩 水下素混凝土桩 局部加密
随着社会经济的不断发展以及国家对基础设施的不断投入，附带地下室的高层民用建筑越来越多，同时在建设过程中碰到的复杂地质问题也越来越多，很多地基需要经过加固处理等措施后才能达到承载力和稳定性要求。因此各种复合地基工艺被广泛应用，本文以遇到溶洞灰岩地质可采取的复合地基工艺（水下C20素混凝土桩体）为研究对象，介绍复合地基的组成形式、复合地基穿越溶洞的方式、水下素混凝土桩的制作、设计配合比的选择等，满足施工要求。
本项目的复合地基施工采用类似水泥粉煤灰碎石桩（CFG）的施工工艺，其最大特点就是桩体与桩间土、桩的顶部与桩顶褥垫层共同组成的复合地基受力。该工艺具有施工周期短，不需用钢材，施工噪音低、无振动、无泥浆污染、施工速度快、质量高等优点，工程造价一般比端承桩低10%~15%，节约了大量的建设投资，经济效益和社会效益非常显著。同时成孔过程中，桩间土得到了有效的挤密，通过褥垫层调整基础的沉降差异，充分发挥了复合地基的承载能力。
一、工程背景介绍
1、工程概况
景德镇市昌江片区棚户区改造八五九安置房（一期）项目，总用地面积61835.70㎡，总建筑面积196460.38㎡，其中计容建筑面积142217.27㎡，不计容建筑（地下室）面积54243.11㎡。根据地区施工特点，本工程复合地基中的桩体采用C20水下素混凝土桩，成孔方式为长螺旋成孔，共布置水下素混凝土桩10042根，其中主楼5360根，纯地下室4682根，桩径600mm，桩端持力层为砾类土层，桩端进入砾类土不小于800mm，桩总长不小于13m。在基础结构下部的垫层施工前，水下C20混凝土桩与基础底垫层间铺设300厚褥垫层，褥垫层用1:2的砂石混合料，水下素混凝土进入桩顶100mm。主楼铺设褥垫层大样详图见下图图1、基础梁下褥垫层铺设见下图图2。
.png)
2、存在溶洞地质的地基及其加固处理的原理
针对CFG桩基过程中碰到的溶洞或者地下不明物质时，本工程的施工处理方法可作为同类项目参考：根据地勘报告与现场实际，若桩底标高达到溶洞边缘且溶洞面积较大，则可以缩减桩身长度（最小长度为6m），通过缩短桩间距、桩数加密的方法，达到单桩承载力及局部荷载合格的情况；若桩底部标高大于溶洞底部高程，则桩基施工时直接穿过此溶洞或不明地质，后期加强监测；若溶洞地质高程远低于桩底标高，则桩基可直接施工，因为桩基与溶洞直接的土壤已足够承受上部荷载力。
通过静载测验，在单桩和复合地基检测时，若出现沉降量较大和不符合质量的桩，可通过局部加密桩间距、加长局部桩长度使其穿越复杂地质达到持力层、减少桩长在最短保证6m的情况下坐落持力层受力的方法减少沉降。
如本项目在施工过程中，勘察钻孔J43下溶洞标高较高，原此部位为纯地下室位置，水下C20混凝土桩轴心间距为2900mm（正方形布置）。现根据实际情况，将此部位桩长改为6m，桩间距改为1800mm，置换率0.079；通过缩小桩距，加密桩数的方法，提高复合地基的承载力，达到设计要求。桩加密置换示意见下图3，原桩距为2900，后由于局部存在溶洞进行处理。
此处，由于现场地下室基础为筏板基础，桩的置换率=一根桩的截面积/此桩承担所处理基础面积的比值。
.png)
图3：桩加密置换示意图
一根桩承担的基础面积经计算得3.579㎡（根据面积与桩数计算得出），计算式：桩的置换率=3.14*0.3*0.3/3.579=0.079
3、水下素混凝土桩的材料及设计配合比
根据设计要求：桩体混合料28天龄期强度不应低于20MPa，根据江西景德镇地区地质情况及施工经验，桩身材料主要为C20水下素混凝土。CFG桩全称水泥粉煤灰碎石桩，这是一种由水泥料、粉煤灰、碎石等掺杂料搅拌到一定强度生成的桩，而本项目的桩体主要材料为水下C20素混凝土，而非水泥、粉煤灰与碎石的拌合物。水泥-粉煤灰-碎石(CFG) 桩的应用始于 90 年代 , 近年来采用此种桩处理复合地基已常见于工程中。CFG桩多采用低等级混凝土，所以本项目水下素混凝土的等级为C20。试验的材料包括：水泥32.5级、砂细度模数2.65、碎石5-20mm、少量细度较小粉煤灰、合理的抗渗剂。
由于Ⅰ级粉煤灰细度参数较小，约为8-12，水泥中的钙物质可以使粉煤灰的强度增强，少量细度较小粉煤灰的加入能提高C20水下素混凝土的强度，混凝土的和易性和坍落度指标都相对较好。所以材料用活性较好的水泥和Ⅰ级粉煤灰配置的混凝土，提高了混凝土的桩体强度、自防水性能等工作指标，也方便了施工，相对而言同样提高了经济效益。
二、施工工艺重点及质量控制措施
1、工艺流程
场地整平、放点→桩机就位→试桩施工且各方确认→钻机钻进→钻进完成→泵送C20水下混凝土→适速边泵送边升管→压桩及检查→清理孔口→终孔移位
2、工艺重点
桩机就位：
钻机就位稳固、调正、水平，定位，打桩人员检查钻心是否对准，钻机垂直度控制在≤1%。钻孔机施工前，应安排测量人员对桩位控制点进行复核，桩位偏差不得大于50mm。再次复核桩位，用石灰标出十字控制线，将钻头对准桩位标记。
钻进成孔：
开动钻机旋转动力头，同时放松钢丝绳，使钻杆逐渐下钻。当钻头达到设计要求持力层(进入砾类土0.8m及有效桩长不小于13m)后,便停止钻进，桩杆上拨30㎝，使钻盖充分打开，以便混凝土灌入。钻孔先慢后快，减少钻杆摇晃，检查出钻孔偏差，当钻杆出现摇晃或者难钻时，放慢进尺，否则会出现桩孔偏移甚至钻头损坏情况。在钻头钻进设计标高时，在钻头底部与钻机身部对应位置做下标记，此为孔深依据供各方确认。
利用混凝土输送泵，把混凝土送入钻杆内，待钻杆内孔充满混凝土并具有一定压力后，开始上拔钻杆，一边灌注混凝土一边拔钻杆，混凝土应连续灌注，避免空桩。桩身混凝土压灌到自然地面时，停止灌注混凝土，移开钻杆后，用挖机把成孔时钻杆带出地面的泥土清理干净。当成孔完成后，拔管速率应按首桩施工进行控制。当钻机钻进预定深度后，停止钻进，接着开始泵送水下C20混凝土，当混凝土充实管芯后，开始慢慢拔管，拔管的速度控制在2.5m/min，此过程应均匀连续，不可中断。每根桩的投料量不小于设计灌注量。灌注成桩完成后，桩顶采用湿黏土封顶，进行保护。
3、质量控制措施
①打桩顺序的选择（“跳打法”见下图）
当附近存在未完全凝结的混凝土桩而连续成孔施工，可能造成相邻孔位的桩的直径发生变化或挤扁，对孔的影响比较大；现场实际存在串孔等压灌现象。
控制措施:采用隔桩跳打的方法、或增大桩距，减少扰动、降低钻进速度、以及在易窜孔处，减少打桩数量及频率，降低对附近已打桩的扰动。
.png)
图4：施工场地部分桩平面图
如图所示：按照CFG桩平面布置图，将每个桩位点放样到现场平面实际，运用RTK或者GPS放点，将局部桩点按照一排一排编号，现场施工顺序是1-1,1-4,1-7；3-1,3-4,3-7等等按顺序跳打。
②避免堵管
混凝土坍落度过小，会使桩体材料的泵送性降低，不易泵送，而坍落度过大使混凝土发生离析或者泌水，从而粗骨料下沉堵管；管道接口处不严，使泵管的泵送压力减少，从而堵管；在施工过程中，注满混凝土后不及时提管，也会造成堵管。
控制措施：每次浇筑以前，保证混凝土的坍落度符合要求，并且混凝土中粗骨料的粒径也符合要求。
③避免断桩
由于地质与挤土原因产生混凝土窜孔；提拔泵管时速度不一或未均速提拔；混凝土硬结或离析，和易性不好，导致蜂窝麻面现象。
控制措施：在浇筑混凝土时保持提拔泵管的速度均匀，泵车提前备料；由于供料不及时或泵管不畅导致断桩等情况，则重新成桩。
④控制桩基初凝时间
第一批施工的桩，在达到3天的凝结后，再去打隔排相邻的桩。原因是混凝土过了初凝时间，产生强度，不易被破坏；二是周围土体也恢复特性，不会再次扰动。
三、检测结果
为了检测局部存在溶洞地质的地基经过加固处理后的单桩承载力以及复合地基的承载力是否合格，此特殊区域待水下C20混凝土达到强度条件与检测时间28d后，对其进行复合地基荷载试验，试验数量为总桩数的1%，且每个单体工程的试验数量不少于3点；且需抽取不少于总桩数的10%进行低应变动力试验，检测桩身完整性。
检测原理及方法：按照设计要求的极限承载力分八至十五级分级加载，在下一级荷载施加以前必须保持本级荷载沉降稳定，直到达到设计要求或被破坏为止。检测过程是单独采用锚桩、重物或同时采用锚桩和重物作为反力支架，采用千斤顶作为加载装置，采用百分表作为沉降观测标志。
以溶洞地质经处理后的某根桩为例，通过静载负荷检测及低应变检测，均符合设计要求：
①单桩竖向静载试验参数表
.png)
通过单桩静载及复合地基承载力检测，单桩设计承载力为800KN，实测承载力极限值≥1600KN,结果符合设计要求；复合地基设计承载力特征值为300KPa，实测承载力特征值≥600KPa，结果符合设计要求。
四、结语
地下室采用类似CFG桩基施工中，当遇到溶洞、灰岩等不良地质时，可避免采用大方量灌实混凝土、地基换填等方案，而采取缩短桩间距、桩数加密的方法，达到单桩承载力及局部荷载合格的情况，本项目从地基加固处理原理、桩体材料的配合比、施工工艺流程及控制措施，对达到龄期的桩体进行单桩承载力检测与复合地基承载力检测后，检测结果均符合设计要求，所以此种加固处理方法值得类似地质环境参考。
从景德镇市昌江片区棚户区改造八五九安置房（一期）地基加固处理效果来看，地基承载力得到有效提高。
参考文献：
[1]乔素娟, 郭志华, 金树新. CFG桩自密实砼在居民小区综合楼的应用[J]. 粉煤灰综合利用, 2003, 000(002):9.
[2]张再荣. CFG桩复合地基施工质量控制[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2011, 000(026):1-3.
[3]付继奎. 水泥-粉煤灰-碎石桩混凝土的配制应用[J]. 粉煤灰综合利用, 2002(05):45.
[4]乔济源. 客运专线铁路软土地基加固CFG桩施工技术[J]. 科技与企业, 2015, 000(021):166-166.