岩溶地区桩底持力层检测平台设计与应用*

2021-05-18刘军安杨慧齐宋江文李玉才

施工技术(中英文) 2021年7期

刘军安，乐俊，杨慧齐，宋江文，杨浩，李玉才

(中建三局基础设施建设投资有限公司，湖北武汉 430064)

0 引言

桩基已成为高层建筑施工的主要基础形式，主要分为端承桩和摩擦桩。对于以桩基作为主要承载力的构筑物安全性检测，主要包括两个方面：一是桩身完整性，二是桩底持力层完整性。因此持力层的承载力情况探明，对于桩基质量具有关键作用。

目前对于桩基持力层检测，主要采用传统的钻芯法，同时也结合其他应用方式，将管波探测法、平行地震波法、跨孔弹性波层析成像、声波透射法、地质雷达探测、反射波检测、孔内摄像头检测等应用于桩基持力层检测。马锦国采用管波探测法、平行地震波法、跨孔弹性波层析成像及声波透射法有机结合的方式有效查明了桩底持力层完整性情况。许红叶等基于钻芯检测法定量评估，给出了桩基持力层强度、持力层厚度为定量指标，形成了“一体两翼”的协同工作模式。张伟等利用地质雷达的工作原理，将其运用于桩基持力层地质缺陷探测，并从理论出发证实探测的精准度。

本文以传统钻探取芯的方式进行岩溶地区超长桩桩基持力层岩溶情况分析，设计一种超长桩钻探取芯辅助操作平台技术，并结合实际工程情况进行应用分析，证实了该检测技术的可靠性和高效性。

1 工程概况

贵阳龙洞堡国际机场三期扩建工程T3航站楼工程，总共设计810根桩基础，其中大直径超长桩29根，全部采用双套管双驱动全回转旋挖钻施工成孔，其中最长桩基长度为100.4m。场地内岩溶见溶洞率高达20%以上，岩溶发育程度为强发育，溶洞内填充主要由红黏土、溶蚀碎屑、碎石组成，个别溶洞为空洞，部分区域存在多层串珠状溶洞，溶洞发育高度达10～31.7m，分布范围及深度较广。

2 岩溶检测钻探辅助平台设计

2.1 平台设计

对于成孔后桩孔持力层进行钻探抽芯使用较少，同时钻机在空孔状态下进行钻孔作业，人员设备安全得不到保障。为了实现岩溶地层超长桩桩孔持力层检测，借鉴海上钻探工艺，其特点如下：①设备不在勘探面，且距勘探面距离较大；②钻杆处于悬空状态，无坚实地层包裹。在此基础上，设计两种不同形式的检测抽芯设备，如图1所示。其中第1种设备采用混凝土泵管作为空孔钻杆辅助设备，第2种设备利用钢管和固定的法兰盘进行配合使用作为辅助设备。

图1 辅助设备设计

2.2 方案比选

1)经济性

对于第1种设计方案，泵管设计采用DN125无缝钢管，一套超长桩检测辅助平台成本为7 820元；第2种设计采用DN125无缝钢管，一套辅助平台从材料到加工成本费用共计31 500元。

2)便捷性

第1种设计采用传统的混凝土泵管，在下放连接时采用管卡，操作简单、安装方便，但稳定性不足。第2种设计利用钢板预留的螺栓孔，采用法兰盘螺栓连接，安装简单快捷，同时该设备能够实现一次安装，不同位置进行钻孔取芯，加快取芯效率，缩短多次安装转运时间。

3)实用性

第1种设计采用的泵管长度超过20m，单套泵管在桩孔内无法固定，导致桩孔内泵管刚度不满足要求，管卡连接位置较为薄弱，容易在钻探取芯检测过程中发生变形。第2种设计方案的平台装置通过钢板和钢管进行焊接，单节整体性好，刚度较大，节与节之间通过法兰盘螺栓连接，整个辅助平台装置在桩孔内刚度高、稳定性好。

通过对比分析，最终采用第2种钻探取芯设计平台进行加工。

2.3 加工制作

确定设计方案后，项目依据需求绘制了详细的制作图纸，对法兰盘尺寸的加工精度和法兰盘与钢管焊接尺寸精度进行实测实量，结果如图2所示。

图2 实际测量结果

从结果可以看出，法兰加工精度、螺栓孔和钢管中心焊接精度均符合设计规定要求，抽样测量的合格率为100%。而螺栓中心位置的制作精度最大偏差为3mm，抽样测量的合格率最小为90%，满足设计要求。因此通过此设计图和公司制作的平台架体，能够实现加工制作精度，满足施工使用要求。

通过制作样品，进行地面试拼装，架体的整体稳定比设计分析弱。通过研究分析，由于4根钢管架体存在平行四边形不稳定扭转力，因此设计增加稳定性支撑，中间采用桁架进行加固焊接，利用三角稳定性原理，将钢管焊接到无缝钢管上，提高整个架体的稳定性，加固设计如图3所示。

图3 辅助平台加固设计

3 辅助平台应用分析

对现场B1-21桩进行岩溶检测试验，该桩成孔后，进行架体安装，总共花费7h12min。岩溶检测辅助装置安装完成后，进行桩孔底岩溶取芯检测，取芯时间总共花费12h33min。之前的回填桩孔进行桩底岩溶情况检测再进行取芯耗时79h25min，采用该平台极大提高了桩基施工效率。

对其他桩孔的岩溶检测所需时间进行统计分析如图4所示。

图4 使用装置后岩溶取芯时间统计

从图4可以看出，统计的8根桩基桩底持力层岩溶取芯检测时间大致分布在10～13h，平均12h，与试验桩的岩溶取芯检测时间相近。说明该装置能够有效应用于不同桩长及桩孔持力层的岩溶检测。同时使用该装置后，持力层的岩溶检测所需时间平均为12h，极大缩短了桩基施工过程中持力层检测时间，同时采用一孔多芯的方式进行岩溶检测，能够作为桩孔持力层岩溶情况进行较为直观的参考及分析依据，解决了空孔进行桩底岩溶检测时钻杆不稳定的情况。