淺談建筑地基基礎工程中的防空洞處理

1灌注樁成孔施工現狀廣西民族醫院住院大樓工程位于明秀中街。一層地下，二層地下，建筑面積39.1萬米。本工程周邊環境復雜,東、北面距離緊鄰醫院門診樓和住院樓,距離分別為1.5m和0.25m,西、南面與醫院主要道路和明秀路相鄰,距離分別為1.8m和5m。本工程采用大直徑水下鉆孔灌注樁基礎,有效樁長約21m,基礎筏板及承臺底設計標高為-5.5m,處于圓礫層⑤中,屬強透水層,灌注樁位于地下水位以下。場地地質土層從上至下分別為雜填土①、黏土②、粉質黏土③、粉砂土④、圓礫層⑤、粗砂礫層⑥、泥巖⑦。地下水主要貯存于粉砂土④、圓礫層⑤和粗砂礫層⑥中,為孔隙水,具有承壓性,主要為徑流補給,與邕江水有一定的聯系,受邕江水位的漲落影響而變化,平時水位保持在標高-4.0m左右,水量豐富,設計樁端持力層為中風化泥巖。2011年3月1日,在⑤×軸部位灌注樁成孔施工過程中,技術人員發現鉆機出現鉆偏、鉆進困難的現象,經反復排查原因,從建設單位的舊檔案中了解到此處及附近有一個廢棄地下防空洞。由于防空洞頂板結構較為堅固,鉆孔機無法穿過廢棄防空洞頂板,因此廢棄防空洞附近的灌注樁施工被迫停工。由于廢棄防空洞為20世紀60～70年代所建,年代久遠,已無資料可查,地下走向等具體情況不明,如果貿然進行處理可能會造成嚴重后果。經各方商討,決定在附近增加勘察鉆點及采用其他物探手段以查明防空洞的大小、地質條件、被覆蓋材料、走向及其與建筑軸線的關系,為基礎處理提供準確的資料。通過勘探孔揭露,防空洞分布于施工場地的西面,大致呈南北走向橫穿基坑,埋深8.7m,高度約2.5m,寬度約3.0m,地下水位為-4.0m。廢棄防空洞均為混凝土結構,頂板和底板厚度約300mm,側壁厚約350mm,洞內充滿流體淤泥。防空洞的位置、剖面如圖1所示。2地下水位低,且天然地基支護施工不當根據本工程的施工環境及地質勘察報告,灌注樁基遇廢棄防空洞的施工會存在如下問題:地下廢棄防空洞北端距離北面的內科樓及西面的道路不足2m距離,如采用常規的大開挖,開挖局部基坑的深度將達12.0m,且基坑支護施工不當,對基坑邊坡安全及鄰邊路面或建筑物的沉降、位移影響很大,隨時會造成鄰邊路面或建筑物坍塌。由于防空洞頂部是堅硬的混凝土結構,因此如何破除(穿過)廢棄防空洞結構是施工難點。本工程地下水位較高,約-4.000m,主要貯存于粉砂土④、圓礫層⑤和粗砂礫層⑥中,具有承壓性。同時,廢棄防空洞內水源是否與邕江水有聯系,情況不明。如何抽排防空洞里的水是處理廢棄防空洞的另一個難點。廢棄防空洞的地質及周邊環境復雜,地下水位豐富、水位高,且樁基施工遇廢棄防空洞沒有任何成功經驗可以借鑒,處理難度相當大,因此廢棄防空洞的處理是本工程當前的重點與難點。3提出建議并確定最佳方案3.1廢棄防空洞處理方案2011年3月17日下午,項目部所有管理人員圍繞廢棄防空洞的處理難題研究討論,充分發揮創新思維,集思廣益,各抒己見,提出了多條意見和建議,經討論,得出如下4種方案(見表1)。3.2數據分析及評估針對以上4種方案,技術人員分別從技術可行性、施工安全性、經濟合理性、施工工期等方面進行分析、評估。分析評估表均為從開始處理到樁成孔所需的工期及費用;此處共有16根灌注樁,每根長23m,總計長度為16×23=368m。3.2.1錨樁基礎回填施工開挖回填法是一種最常規的施工處理方法,即采用挖掘機徹底挖除防空洞主體結構,清除內部雜物,再根據機械類型選用不同的回填材料進行回填,分層夯實至樁頂設計標高,最后進行灌注樁的施工。3.2.2人工鉆探樁處理方法人工挖孔樁處理法是人工從上到下逐節挖樁孔,在樁孔內放置鋼筋籠、灌注混凝土的一種樁型做法。3.2.3廢棄防空洞灌注灌填沖孔法采用低強度等級水泥砂漿填滿廢棄防空洞后,再采用沖孔成樁。具體做法是采用鉆機鉆穿防空洞拱頂,對廢棄防空洞兩端頭內部插入輸漿導管灌注低強度等級的水泥砂漿封堵廢棄防空洞的水源,然后在防空洞的中間段沿縱向約間隔3m鉆1個灌漿孔灌注砂漿,待觀察孔冒漿時停止灌注,直至混凝土灌滿整個防空洞。防空洞灌填后,再采用沖孔灌注樁。3.2.4回填裝石和填充孔樁型采用沖孔樁,當沖擊頭沖破防空洞頂板后,撥出沖擊頭再分別用黏土和片石回填至孔內,利用沖擊頭錘擊將回填土及片石擠壓至防空洞四周,反復回填擠壓直至樁孔內兩邊防空洞填滿,在確保成孔后繼續往下沖孔至設計標高。綜上所述,決定選用沖孔填充片石黏土擠密法。4沖孔、填充石粘土，擠密施工要點4.1充填材料沖孔挖埋臨時護筒→樁機就位孔內加黏土、加水造漿→沖孔、排渣→沖破防空洞頂輪→往防空洞內反復填充黏土及片石并反復擠壓→沖破防空洞底板→沖孔至設計標高→驗孔→清孔。4.2問題分析根據施工方案和施工流程,還需要解決斜孔偏位控制,護壁成孔困難,樁身混凝土澆灌時塌孔、縮頸3個問題。4.3沖孔填充片石粘土，致密施工要點4.3.1錘沖沖孔防空洞(1)在上部非防空洞范圍,低頻率6～8次/mim程1.0～2.0m進行沖孔;因防空洞橫截面是拱形結構,大力沖錘會因阻力不均衡而造成斜孔或卡錘,當沖錘沖至防空洞頂板結構時,改用0.8～1m小沖程,10次/min高頻率進行沖孔,直至反復輕砸沖穿防空洞的頂板為止。(2)在防空洞高度范圍沖孔時,容易出現斜孔現象,一般情況采用1.5～3m大沖程,先后投入黏土、片石沖擊。當斜孔時,立即停止沖孔并向孔內拋填片石和黏土至偏孔處0.5～0.8m高度,再采用1.0m小沖程、10次/min高頻率的沖擊方法進行反復沖擊、糾正,直至垂直度偏差控制在施工規范允許的范圍之內為止。4.3.2解決護壁和成孔問題針對護壁成孔困難的問題,在施工過程中采取了以下控制措施。4.3.2.沖孔護壁抗泥性能本工程采用直徑為φ1.2m、有效樁長約21m的超長灌注樁,加上防空洞孔內為易流動的稀淤泥,因此沖孔護壁對泥漿的要求很高。通過查閱類似工程的有關資料,對多種土質進行分析研究,決定外運紅黏土作為成孔護壁用土。4.3.2.微膠囊的密度如果鉆孔中的泥漿相對密度過小,則容易造成泥漿護壁坍塌;如果泥漿相對密度過大,則容易使泥漿泵產生堵塞,甚至使混凝土的澆筑產生困難。為此,調制各項性能指標良好的泥漿尤為重要(見表6)。4.3.2.片石級配防空洞破頂后,便提沖錘投料,采用挖掘機將備好的黏土和片石按1:1的比例交替投入沖孔內。要求片石級配良好,最大粒徑不大于0.4m為宜,而黏土則采用紅黏土。每次先投約1m3片石,再投入約1m3黏土,繼續沖砸,沖錘加大落距至1.5～3m,如此反復循環沖砸、填料再沖砸,直至在防空洞內形成穩定的孔道后便可停止投料,并繼續沖鉆至設計深度。4.3.3成樁過程質量控制(1)終孔后及時澆灌混凝土且連續灌注。沖孔樁屬于泥漿護壁水下灌注樁,由于防空洞護壁不穩定,成樁后必須及時澆灌,并保持輪灌注的連續性,力爭一次性灌注完畢。(2)嚴格控制導管埋深與拔管速度,及時測量砼澆灌深度,嚴防導管拔空。水下混凝土澆灌也是成樁過程中的關鍵工藝,如處理不善,容易造成塌孔、縮頸。采取措施如下:開始灌注首批混凝土時,導管下口至孔底的距離控制在300～50mm范圍。在進行第一斗混凝土灌注時,應計算料斗砼灌注量,以確保第一斗混凝土灌注后,導管埋入輪不少于4m。第一斗混凝土澆灌后,立即進行后續混凝土澆灌。導管不宜埋入砼過深,也不可過淺。在澆灌過程中,要測量導管埋深及混凝土標高,正確計算導管埋入混凝土的深度,并使導管埋深保持在2～6m。每節導管長度為3m,經計算每提高3m(1節)就緊接著澆灌3.5m3混凝土。5用沖孔填充片石粘土，擠密法取得了成果5.1安全效果實踐證明,采用沖孔填充片石黏土擠密法施工,沒有發生任何安全事故,完成施工生產零事故的目標。5.2類樁、類樁共2根對本工程進行樁身完整性檢測,共檢測82根,其中Ⅰ類樁共80根、Ⅱ類樁共2根;根據檢測報告,廢棄防空洞位置的16根樁均為Ⅰ類樁,實現了預期的目標。5.3防空洞施工總工期縮小本工程防空洞于3月23日開始處理,同年4月25日已全部完成,僅用了34d就圓滿完成了防空洞處理的施工任務,目標工期為50d,比目標工期縮短了50-34=16d,大大縮短了施工工期。5.4施工前制定的成本目標16根灌注樁成孔所需的總費用為80100元,而施工前制定的成本目標為40萬元;經計算,實際費用比目標成本節省了40-8.01=31.99萬元,取得了可觀的經濟效益。6沖孔樁防空洞施工的施工要點(1)當防空洞無詳細資料時,必須對防空洞進行詳細探測,查明其分布、規模、埋深、襯砌及內部填充物等情況,再根據地層地質、水文條件、上部結構類型、基礎形式等因素,對多種可能的處理方案進行比較,選擇技術可靠、經濟合理、安全可靠、綜合效果好的方案。(2)當樁基貼近周邊建筑,在采用沖孔樁施工時應杜絕在沖孔過程中發生塌孔,以免危害臨近建筑,在本工程中,因防空洞充滿淤泥,所以在沖鉆砸破防空洞頂后不至于發生孔內護壁泥漿快速流失而導致塌孔。因此,采用沖孔樁方式進行施工比較合適。(3)防空洞處理的施工方案應簡便易行,盡量經過多種方案的比較選擇