岩溶强发育地区的质子医院“零沉降”桩基施工技术

徐金鑫，程锦涛，郑松，赵博，雷坚，郭善滨

（1.深圳市建筑工务署工程管理中心，广东 深圳 518000；2.中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

深圳市质子肿瘤治疗中心项目总建筑面积为35 062 m2，共有13层，分为地上10层，地下3层，总建筑高度为47 m，其作用为独立的放疗医院，专门针对肿瘤治疗配置了世界上先进的质子治疗系统，设备最核心的回旋加速器和束流能量选择系统位于地下室2层，因为其设备的特殊性质，要求束流传输区域底板在使用期间的第一个两年内的变形差≤3 mm，整个质子区域要求的两端沉降差为0.002 L或30 mm（L为结构柱柱距，mm）。

1.1 项目地质概况

项目所处位置为深圳市龙岗区，场区位于深圳断裂带中。在南侧横岗—罗湖断裂通过，距离拟建场地最小距离约300 m，根据钻探资料，揭露有石灰岩钻孔185个，其中，见溶洞钻孔152个，钻孔见洞隙率为82.16%，按GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》6.6.2条，场地岩溶发育程度等级为岩溶强发育。其中有45个钻孔因钻孔深度超过90 m没有稳定完整微风化石灰岩9.0 m以上，未找到持力层，其中17个钻孔见有5 m以上完整微风化石灰岩。勘察详情见表1。

表1 勘察详情表

1.2 桩基设计选型

本工程采用大直径嵌岩桩+筏板作为基础选择，工程桩1、工程桩2、工程桩3为纯抗压桩，工程桩1a为抗拔兼抗压桩，其中，抗拔桩入岩要求≥1.5 m，抗压桩入岩要求≥0.5 m，最短桩长为7 m。

2 工程重难点

2.1 质子区域建筑物沉降变形要求高

本工程引进的尖端进口设备在能量调试出束阶段对能量通道的沉降要求极高，要达到无不均匀沉降的要求，即“零沉降”，这对桩基的成桩质量提出了十分严格的要求。

2.2 岩溶强发育地质的桩基施工

根据地质勘察报告及超前钻资料，本工程地下溶洞较多，揭露溶洞高度为0.1～26.8 m，溶洞顶板厚度0.1～17.64 m。根据拟建工程特性，土洞、溶洞对地基稳定性存在影响（如溶洞顶板坍塌、造成基岩面起伏较大，使地基不均匀下沉等），其次，给桩基础选型和施工带来一定影响（如误判持力层及桩尖滑移、断桩等现象）。桩基施工应穿过土洞、溶洞层，选择其下伏稳定岩层为基础持力层，避免空洞、溶洞层对拟建工程造成的不良影响进一步扩大。

2.3 持力层不连续的桩基施工处理

本工程地下除去溶洞影响外，有部分桩在下部持力层存在不连续的情况，根据钻探结果，其中有45个钻孔因钻孔深度超过90 m没有稳定完整微风化石灰岩9.0 m以上，未找到持力层，其中17个钻孔见有5 m以上完整微风化石灰岩。这说明即使在桩基施工阶段穿过溶洞成桩入岩，部分桩无法保证在进入持力层后下部有完整的5 m微风化石灰岩，下部持力层无法满足设计及规范的要求，若不处理下部持力层，极有可能给设备调试带来影响，从而导致整个医院无法正常启用，故对下部持力层的处理是工程测重难点之一。

3 施工工艺流程

3.1 岩溶地区成桩原则

分析溶洞区域施工给桩基施工质量带来的风险有3点，一是在工程桩施工过程中可能造成塌孔等情况；二是桩端下部若存在溶洞，则对成桩后，后续结构荷载增加后可能引发沉降；三是在复杂地质条件下桩基施工完成后，桩底的沉渣难以控制，常规的正反循环清孔可能会导致下部桩孔侧壁土质扰动，引发质量塌孔等质量事故。

故在岩溶地区成桩，本项目制定的成桩原则为“先成桩，后处理”，即在地质情况复杂的溶洞区域溶洞处理的整体流程为：首先，正常旋挖钻进，在桩身遇到溶洞时，根据现场实际情况进行回填泥浆及C20低标号混凝土，起到桩孔护壁的作用，再继续钻进；经地勘判岩后终孔，进行浇筑，此时桩身的溶洞将随桩体浇筑一起填充，浇筑完成后，利用界面管将下部持力层不满足设计要求的部位进行填充注浆，起到填充桩下部溶洞，加强下部持力层的作用，此外，清孔时，采用泥浆悬浮法+捞砂斗进行清孔，加快清孔的效率，提高清孔的质量，避免长时间清孔诱发特殊情况发生。

3.2 桩基施工中遇到溶洞的处理

溶洞体积较大时，施工表现是漏浆大且快，处理不当可能引起埋钻、塌孔甚至地面塌崩。此类土（溶）洞施工前，应尽可能根据超前钻钻孔柱状图充分了解土（溶）洞的发育情况、构造、填充物等，现场准备好充足的泥浆及较大的泥浆池、水泥包等填塞物。

3.2.1 遇到溶洞稳定成孔

在施工时，先利用捞砂斗进行钻进，将成桩过程中的粉质黏土层取出，持续钻进，根据勘察资料进行分析，在即将遇到溶洞，且施工操作人员明显感觉此处捞砂斗取出的桩芯土中伴有部分岩石头时，即可更换钻头，采用筒钻进行施工，筒钻施工时，将溶洞部位采用“吊打式”进行施工，目的在于将遇到的溶洞打穿，此时要注意观察泥浆护壁的浆液失水情况，目测到泥浆稳定，不影响护壁旋挖成孔，不塌孔的情况下，则桩身溶洞随桩基混凝土浇筑。采取正常成孔方法施工，穿过土（溶）洞出现漏浆时，及时补充泥浆。

3.2.2 遇到溶洞无法稳定成孔

接近土（溶）洞时，适当加大泥浆比重（1.2～1.3），加强观察和应急准备，穿透土（溶）洞时漏浆明显，应迅速投入水泥包等填塞物进行堵漏，并及时补浆，如在筒钻施工时泥浆液面一直无法稳定，则可反复投入伴有水泥的泥浆，此时施工应当放慢节奏，利用桩基钻头将黏土挤入土（溶）洞及裂隙中，可增大泥浆比重、减缓泥浆继续渗漏，在保持护筒内泥浆液面稳定后，持续缓慢继续旋挖成孔。

待浆面稳定后，投下混合物，使其挤入土（溶）洞中，堵塞土（溶）洞通道，如出现浆面下降，应再及时补充泥浆和回填黏土，待稳定后继续钻进，如此循环反复，直到桩孔不再漏浆为止，穿越土（溶）洞。

3.2.3 泵送混凝土

若采取上述处理方式仍无法获得继续稳定成孔条件，遇到溶洞较大且极其不稳定的情况，需停止钻进，以避免因钻进导致溶洞塌孔，钻头可能会有被埋的风险，此时立即泵送低标号混凝土（C20），利用混凝土及备置好的泥浆进行补充，直到不再出现明显漏浆情况为止，方可继续钻进。

3.3 桩基施工沉渣控制

本工程对结构沉降要求较高，除去本身采用桩基础+筏板的选型可较大程度保证底板刚度外，在桩底对沉渣的控制也十分重要，成渣的多少直接影响桩基的承载力，通过选优的泥浆悬浮法+捞砂斗的清孔方式，可最大限度地减少沉渣的产生，控制桩底的沉渣厚度，如图1所示。

图1 抽芯桩底混凝土于下部持力层胶结“零沉渣”

控制沉渣厚度最好的办法是不产生沉渣，本工程采用优质膨润土制作泥浆，以保证桩底沉渣厚度满足要求。通过控制泥浆的密度，解决施工时的静力平衡问题，使浆、土受力相对稳定。旋挖钻机在施工中，不停地把大颗粒土石捞出，以致成孔后孔中基本不存在大颗粒的土石；而泥浆的表面张力使细颗粒土石悬浮在泥浆中，孔底不形成沉渣。

3.4 桩底溶洞的注浆技术

有部分桩在下部持力层存在不连续的情况，在成桩后，下部持力层无法满足5 m的设计要求，故在桩基施工完成后，在施工阶段预埋界面管，后期通过界面管进行钻孔，将下部持力层不连续的区域进行整体填充，填充高度按照6 m控制，下部“人造持力层”，并且在后期桩基检测时，采用静载的方式验证“人造持力层”是否满足要求。

采用填充注浆的形式，在成桩后利用界面管钻进至设计要求的注浆高度，而后进行洗孔，后续注浆。注浆原则为先清孔，再注到孔口返浆即可，达到填充注满的效果。

钻孔（扫孔）：利用钻机，通过预埋的界面管钻孔；根据超前钻报告，钻至溶洞顶标高，使注浆管能进入溶洞范围区进行洗孔和注浆。

洗孔：采用空压机及注浆泵进行清洗。清洗时，导管应下到孔底，并进行旋转，清洗到孔口返清水（无明显淤泥质物体悬浮）为止[1]。

注浆：填充注浆。本工程采用常规填充注浆法，即在清洗孔后进行填充即可。溶洞地区下部地质情况复杂，且溶洞一般均发育不规则，采用高压旋喷注浆可能导致溶洞内部扰动，填充注浆终止原则为下部溶洞全部填充完成，即孔口返浆，注浆孔设置在注浆的法兰盘中间，返浆孔在注浆孔的一侧，通过填充的方式进行注浆，压力控制在0.1～0.5 MPa。

补浆工作完成后进行压浆，保证浆体凝固密实。首先对每个注浆孔采用止浆筏封孔口，如图2所示，由其中一个封孔器与注浆管连接并打开开关，其他有关联的封孔器开关处于闭合状态，加压过程中如发现有严重漏浆现象，应及时补浆或再次注浆，循环往复[2]。如果稳压时间超过5min左右，应停止压浆并立即关上开关。为了使岩洞内水泥浆液与岩石黏结形成一个整体，封孔器保持关闭状态30min后取出。

图2 压浆封口

4 结语

本工程基于质子医院“零沉降”桩基施工，探讨了岩溶强发育地区选择施工工艺以及桩身溶洞、桩底溶洞的处理技术，高效完成了187条工程桩的施工，并且在后续桩基检测中，I类桩比例达到98%，后续沉降观测的变形控制在1 mm之内，达到了设备要求的不均匀“零”沉降的要求。本次研究对类似地质的桩基施工提供了参考依据，但同时处理溶洞需要一定的花费，未来针对复杂地质勘察的准确性若能提高，可减少相关措施费用。如何更加经济地处理复杂地质是进一步研究的方向。