岩溶地带超高层建筑筏板基础的地基处理

中建五局第三建设有限公司 长沙 410004

1 工程概况

背景工程位于长沙市，地下4层，地下室为框架-剪力墙结构，地上塔楼75层，主体结构为钢管混凝土框架加钢筋混凝土核心筒加伸臂结构的混合结构体系，建筑总高度约350 m。

本工程塔楼基础为天然地基筏板基础，基础持力层为中风化灰岩和微风化灰岩，持力层单轴抗压强度标准值fa=1 600 kPa。

场内地下岩溶现象、间断性裂隙多，岩溶主要发育于灰岩上部。在钻探揭露范围内，岩溶随深度增加而逐渐减弱。溶蚀沟槽、溶洞多被黏性土全填充。经综合比较各基础形式的施工工艺特点及专家论证，决定对该工程的塔楼筏板基础持力层软弱部分采用地基处理的施工方法。

2 关键施工技术与工艺

2.1 施工准备

施工前为对塔楼基底进行三维高密度电法勘探（ERT）、地质雷达勘探和超前钻勘探，探查基底部位岩溶、断层及基岩破碎区域的发育、分布情况及特征，有效地反映了该区域宏观、微观地质形态，经设计和专家讨论会审后，形成意见，为后续地基处理探明地底情况，以便有针对性地制订方案及提出处理意见。

2.2 已经揭露岩溶的处理

对于已经揭露的岩溶，主要采用素混凝土换填，混凝土强度等级不低于C25。从现场揭露情况来看，该部分岩溶内填充着大量黏土。为确保混凝土置换的质量，必须将岩溶内的黏土填充物清除。否则将导致混凝土与灰岩之间存在软弱接触面，影响置换区域的承载力和刚度[1-2]。

1）先对岩溶部位厚度小于50 cm的灰岩和软弱充填密集的岩块采用机械强力清除，后采用机械将破碎块和大量软弱填充物挖除。

2）再对少量、角落不易清除的软弱填充物采用人工挖除。

3）最后对未清理干净的黏土填充物采用高压水枪冲洗（80～120 MPa压力），局部角落配合人工毛刷刷洗。采用高压水枪冲洗的注意事项如下。

（1）采用高压水枪冲洗填充黏土之前，应确保泥质粉砂岩区域的垫层已经施工完毕，并且达到50%设计强度，以免冲洗填充物的水软化泥质粉砂岩。

（2）高压水枪冲洗、清理出一片区域后（面积不宜大于250 m2），即刻将该区域内的泥浆抽走，随即浇筑混凝土。待已浇筑的混凝土初凝后，方可进行下一区域的换填。为缩短工期，可进行跳仓施工，原则是避免已经清理干净的区域受后清理区域的污染。

（3）设置泥浆池，冲洗黏土后抽取上来的泥浆经过沉淀后方可排入市政管道，严禁抽取上来的泥浆回流至基坑内。

2.3 已经揭露强风化泥灰岩、泥质粉砂岩的处理

基坑开挖至设计标高后，应将已经揭露强风化泥灰岩、泥质粉砂岩进行清理，清理至中风化基岩面后，即刻采用素混凝土回填至设计标高，混凝土强度等级不低于C25。

1）已经揭露的强风化泥灰岩、泥质粉砂岩宜分片区进行清理，每片区面积不宜大于200 m2，且当天清理完毕区域应于当天采用混凝土回填封闭，防止水软化中风化基岩。

2）注意天气情况，不能在下雨天清理强风化泥灰岩、泥质粉砂岩层。

3）清理至中风化基岩面后，须即刻由地勘单位现场勘察认可。

2.4 构造破碎带的处理

对于构造破碎带，主要采用钻孔注浆的方式。

1）在勘察报告及坑底现场确认并标记为破碎带区域范围，外扩1.00 m后设置厚250 mm的配筋垫层。垫层混凝土强度等级不低于C25，内配单层φ8 mm@200 mm×200 mm钢筋网片。如图1、图2所示。

图1 破碎带注浆平面布置

图2 破碎带注浆剖面示意

2）为防止通过构造破碎带渗透到垫层底的水泥浆在注浆压力作用下将垫层顶起，配筋垫层下设置抗拉短锚杆。锚杆做法类似于锚杆静压桩的锚杆做法，采用冲击钻成孔，成孔深度不小于0.80 m，内插1根长度约为1.00 m的φ20 mm钢筋，弯折250 mm后锚入配筋垫层。锚杆的孔内灌注硫磺胶泥或者快硬水泥作为黏结剂。

3）短锚杆的间距采用2.00 m×2.00 m方格网布置（每4 m2设置1根短锚杆）；短锚杆施工完毕后再浇筑配筋垫层。

4）垫层达到50%设计强度后，采用地质钻机成孔（注浆孔）。终孔的标准为揭露破碎带，并穿越破碎带不小于1.00 m。如未见破碎带，可继续往下钻进，直至到达最大孔深16.00 m（勘察报告显示的最大破碎带埋深）处。

5）钻孔（注浆孔）直径不宜小于70 mm，注浆孔的间距可采用6.00 m×6.00 m方格网布置。成孔完毕后即刻放置注浆管，注浆管采用厚度不小于3.50 mm的无缝钢管（也可采用壁厚不小于3.50 mm的镀锌钢管，即自来水管），钢管之间应采用丝扣连接。

6）注浆管顶部1.50 m不开注浆孔（光管），其余设置注浆孔（花管），端部（底部）采用闷头堵死；注浆孔的面积不宜超过截面面积的25%；注浆管顶部应设置阀门（或者闷头），注浆完成后即刻关闭阀门（或者闷头），以免注浆完毕后浆液返出[3-4]。

7）注浆孔上部1.00 m左右采用水泥浆（水灰比0.55）封闭，待封闭水泥具有一定强度后（一般为3 d左右）开始注浆，注浆管在注浆孔顶以下1.00 m处设置止浆环，防止顶部封孔水泥浆往下渗漏，影响封孔效果。止浆环可采用编织袋（或者干海带）缠绕，起到隔绝水泥浆的目的。

8）注浆采用P.O 42.5水泥。水泥必须采用合格产品，严禁有结块，以免堵塞注浆管。注浆水泥浆液水灰比为0.70（可根据现场的可注性进行调整），水泥浆必须经过细目铁丝网过滤后方可用于注浆。

9）注浆压力应达到6.00 MPa以上方可停止注浆。如单孔注浆量较大（例如超过5 t水泥），而压力仍未达到6.00 MPa以上，则应及时通知有关单位。严禁压力不满足要求而擅自停止注浆。

10）注浆采用间歇注浆，即第一次注浆压力达到6.0 MPa后，关闭注浆管的阀门，间歇一段时间（实际间隔时间根据现场试验后确定，暂定为10 min），然后开启阀门再次注浆。一般单孔要进行2～3次间歇注浆。

11）第一个孔注浆时，应记录注浆压力达到2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa时的注浆量。因此，浆液拌制后必须放置在存浆筒内，注浆泵从存浆桶内泵送水泥浆。记录对应压力下桶内水泥浆液面高度，否则将无法定量不同压力下的注浆量。

12）注浆的顺序：对于条带状的破碎带，可采用从两端向中间的注浆方向，并且一个孔间隔一个孔注浆，注浆时观察邻近未注浆孔内是否有水或者地下水涌出，以此判断破碎带的连通性。对成片分布的破碎带，采用从四周向中间的注浆方向，跳孔间隔注浆[5-6]。

3 结语

该工程经过上述施工技术后，所施工的地基换填、注浆处理后经载荷检测试验，均符合基底承载力要求，工程质量和工期得到了保证，值得向同类地区工程推广应用。