在断裂带形成的暗河地段灌注桩施工技术研究

摘要：在断裂带形成的地下暗河地段施工灌注桩时，根据暗河与暗河周围的地质特征可采取针对性的处置措施：（1）全套管护壁成桩；（2）采用掺入速凝剂的高标号水下混凝土；（3）先采用低标号混凝土填充，再成孔、灌注桩体混凝土。以下以一项典型工程为例论述以上3种处置方案的应用。实践结果表明：处置措施针对性强，较好地节省了工程造价，缩短了工期，满足了“经济上合理、技术上可行”的基本要求。

关键词：灌注桩断裂带地下暗河地下空洞

中图分类号：U445.551

ResearchofFillingPilesFoundationConstructionTechnologyintheUndergroundRiverSectionFormedbyFaultZone

XIEChengqi

YunjiSmartEngineeringCo.，Ltd.，ShenzhenCity，GuangdongProvince，518000China

Abstract：Whenconductingfillingpilesworkintheundergroundriversestionformedbyfaultzones，correspondingdisposalmeasuresshouldbetakenaccordingtothegeologicalcharacteristicsoftheundergroundriveranditssurroundings：1）Pileswithfullcasingwallprotection;2）Highgradeunderwaterconcretemixedwithacceleratingagentcanbeused;3）Low-gradeconcretecouldbefirstfilled，andthenpileholeswouldbebored，pileconcretebefilled.Atypicalprojectiscitedasfollowsasanexampletodiscusstheapplicationoftheabovethreedisposalschemes.Thepracticalresultsshowthatthedisposalmeasuresarehighlytargeted，effectivelysavingtheprojectcost，shorteningtheconstructionperiod，andmeetingthebasicrequirementsof"economicallyreasonableandtechnicallyfeasible".

KeyWords：Fillingpiles;Faultzone;Undergroundriver;Undergroundcavity

深圳市的断裂破碎带分布范围广、形态多样；大型工程项目位于断裂破碎带上或其影响范围内时，常会因为基础施工工艺的不适用而导致地基基础的分部分项工程陷入停滞、延期状态。以下论述一例在断裂带形成的暗河地段施工灌注桩的成功工艺案例，目的在于启发工程技术人员，并在生产实践注意以下事项：（1）在断裂带（尤其是区域性大断裂带）从事岩土工程勘察时，外业工作的侧重点；（2）断裂带构造岩类、裂隙、空洞、地下暗河等的分布对工程建设产生的影响；（3）在断裂带上进行桩基施工时，如何使工程措施更有针对性。

1工程概况

该医院工程位于广东省深圳市龙华区观湖街道，东北侧紧邻平安路（龙澜大道），西南侧距离横坑水库约300m，总用地面积56204.3m2，建设用地面积约56000m2，总建筑面积（含地下室）约356868m2，建设内容包括新建办公科研楼、门诊楼、内科住院楼、外科住院楼、妇幼住院楼及医技裙楼等。拟建建筑地上为5～19层，建筑物总高度小于100m。根据规划，以内科住院楼东侧边线为界，西侧为3层地下室，底板标高为41.1m；东侧为1层地下室，底板标高为49.5m。地基基础设计等级为甲级。上部塔楼采用框筒结构，裙房和地下室采用框架结构，建筑主体采用大直径旋挖成孔灌注桩基础。

2地形地貌、工程地质与水文地质简述

场地地势呈西南高、东北低，原始地形标高为49.64～67.72m，最大相对高差18.08m；原始地貌为低丘间沟谷，沟谷走向为北西～南东，后经人工堆填筑高整平，并种植树木，成为国有储备用地；场地周边市政道路路面标高为53.342～65.579m。

地层自上而下有：第四系人工填土（Qml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系全新统坡洪积层（Q4dl+pl）、第四系上更新统沼泽相沉积层（Q3h）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）、第四系残积层（Qel）、场地下伏基岩为侏罗系砂岩（J）及早白垩世坪田凸单元蚀变花岗岩及角砾状花岗岩（K1Pt）及构造岩（F）；部分地段尚有地下空洞，主要分布于构造岩层内。

场址范围内通过大芬断裂束丹竹头断裂（根据《深圳地质》（地质出版社，2009年版），断裂编号为F3441，属先张拉后压扭断裂），呈北西走向，倾向南西，倾角约70°～75°，断层及其影响带横向宽度

超过200m。场地内基岩受断裂构造影响蚀变严重，碎裂、糜棱岩化特征十分明显，绿泥石化现象明显；中、微风化基岩中节理裂隙发育，裂隙面倾角多为70°～80°，节理裂隙在近地表基岩中呈现极发育，蚀变严重，局部绿泥石化现象明显，差异风化明显，风化沟槽密集[1]；场地完全处于断裂构造及其影响带中，场地内中、微风化岩面埋深大且起伏大，厚度变化极大。

场地西南距横坑水库约300m，横坑水库泄洪通道从场地西侧穿过，现状为常年流水的小河沟，宽约0.5～2.5m不等，深约0.3～1m，地势相对较低洼。横坑水库面积约250000m2，库容约2550000m3，正常蓄水水位标高为60.2m，水库坝堤面标高约为64.5m。

3问题

设计桩端持力层为中、微风化岩，当构造碎裂岩厚度较大（≥15m）时，以构造碎裂岩作为桩端持力层，并适当加大嵌岩深度，实际桩长为7～50m。实际成桩后混凝土充盈系数至少为1.3，相当数量基桩的充盈系数达1.5以上，验证、表明了场址范围内的断裂构造裂隙极发育，且不排除分布地下空洞的可能性。

问题所在区域为3层地下室，设计坑底标高约39.5m。基坑开挖至坑底以上约0.5m处施工工程桩。2019年4月起，本区进入多雨季节；4月下旬，施工至门诊与医技楼西南侧基桩（编号243#）时，浇筑的混凝土快速塌落、流失，无法顺利凝固成桩。经与建设单位、监理单位沟通，总包单位协商现场超前钻施工单位紧邻于问题桩孔一周施打3个钻孔，揭示地下垂向呈串珠式分布若干空洞；f5d6f33eb815bc2034b5d3f3ff24a3f41d41e2eb3f8484b718e90b7b1ffb35cc通过研究地勘报告，发现本地段在详勘阶段已揭示若干地下空洞，主要位于构造碎裂岩与基岩内；而在2018年施工靠近平安路一侧（位于场地东侧）的支护桩时，同样遭遇地下空洞。经过数据对比、分析，咨询顾问专家，查明造成243#桩基无法顺利成桩的主要原因是：降雨后，本场地地下水极丰富，构造裂隙是较好的储水结构，部分地段空洞互相联通，形成地下暗河，水流排向北侧场地外。

结合地勘报告，由建设五方责任主体共同确定、选取特定超前钻位置；2019年5月初到中旬，在可能分布大洞径地下空洞的位置密集施工超前钻孔。该区域除分布小洞径（洞径≤50cm）地下孔洞外，有3个桩位（除243#外，尚有257#及269#）处分布大洞径（洞径：4.0～8.0m）地下空洞，或可能为地下暗河主要流动通道。

4解决问题的方案

总包单位、桩基分包单位在与设计单位、地勘单位、岩土工程专家等多方沟通后，采用以下3种方案，经试验成桩，效果较好。

（1）采用全套管护壁工艺成桩，由于整体处于封闭环境，且采用清水清孔，基桩质量非常高，有极高的安全性和稳定性[2]；可隔离地下暗河对混凝土的冲刷，避免地下空洞对成桩的不利影响，但造价高，不适宜全面使用，适用于地下空洞垂向分布密度大、洞径大、地下暗河水量大、流速大的地段；对于成孔施工，为防止孔壁坍塌，亦可采用钢套筒跟进成孔，即一边旋挖（冲、钻）孔，一边接高套筒，并将其震动下沉至已钻成的孔段内，以有效护壁并隔断地下水。

（2）使用掺入适量速凝剂的高标号（强度等级≥C60）水下混凝土，并调整混凝土配合比，使其具有较低的坍落度；同时，为使混凝土较好地充填地下空洞，适当延长灌筑间隔时间；适用于地下暗河水量丰富但流速较小或有地下空洞分布的地段。

（3）先采用低标号（如C20）混凝土灌注，实践证明，除流失外的部分，可残留10%～20%的混凝土凝固形成“保护体”，再进行二次成孔、清孔、吊入钢筋笼、二次清孔、灌注设计强度混凝土；该方案成本低，适用于裂隙极发育、封闭空洞多、地下暗河流速低的地段。

使用以上3种措施前，尚采用锚杆机在桩孔周围2m处钻孔灌注水玻璃（Na2O·nSiO2）。在注浆压力的驱使作用下，水玻璃压入岩体的空隙和裂缝之中，主要作用是充填岩体的空隙和裂缝[3]，从而增强破碎岩体的整体性，有效避免桩孔施工时孔壁掉块、坍塌、灌注的混凝土流失。

后两种措施与水玻璃处理地基为超前地层处理，工作原理为：先在暗河与地下空洞、岩体裂隙发育地段形成固结结构，再在固结结构形成区域施工灌注桩体[4]。

5方案效果简述

以上3种方案结合勘察技术报告、超前钻成果，有针对性地施用，取得良好效果，有效避免了该地段桩基施工的进一步延期。充盈系数为1.3～1.7，经低应变检测、超声波检测、抽芯检测、单桩竖向抗压静载试验，桩底沉渣满足设计要求，基桩桩身完整性为Ⅱ类～Ⅰ类，单桩竖向抗压承载力均满足设计要求[5]。

6断裂破碎带灌注桩施工其他注意要点

工程技术人员尚应以系统性思维考虑工程问题的解决方案，并在提出方案前、提出方案时、实施方案过程中注意以下所述要点。

（1）对于勘察设计单位、施工单位，有必要收集建筑于本市断裂带上与影响范围内的工程资料，对不同的断裂形态予以区分，以总结出其适用的基础型式、基坑支护型式、施工工法和工艺；并从技术经济适用性的角度分析其优劣性，用以指导具体项目的实施。

（2）在地下水丰富的地区施工地基基础工程，宜尽可能避开丰水期，可避免地下水对施工的干扰，缩短分部分项工程工期，并节省措施费用。

（3）对断裂带形成的地下空洞、地下暗河及裂隙密集地段，亦可借鉴岩溶地区工程施工的经验。

（4）在断裂破碎带进行灌注桩成孔施工时，可用以下现象鉴别破碎带深度范围：①出现水头突降，泥浆流失严重；②出现钻头漂移、跳钻、钻机摆动厉害、斜孔等现象；③冲击成孔时，吸锤程度严重，提锤困难[6]。

（5）桩孔成孔过程中极易发生孔斜，应加大孔斜测定的频率，并及时采取措施[7]。

（6）基桩成桩后，桩身范围内的任意扩孔改变了桩的竖向承载力的传导模式，当扩孔直径大到一定程度时，可能不利于桩端承载力的发挥，使基桩在设计荷载下发生过量下沉。

（7）基础施工大范围干扰地下暗河时，除了改变地下水流场，对地下水环境亦会造成一定的污染。

（8）断裂破碎带周边分布大、中型的常年地表水体，且其蓄水量较大、地势高时，应注意常年的地下水径流持续掏空断裂构造岩体，使地下形成空洞、暗河。

（9）对灌注桩需穿透地下暗河的地段，其处理措施为将大块径石料加工成数段适宜尺寸的条石，混入碎石块，投入孔内暗河，埋至暗河顶板后，采用比成孔直径稍小的冲孔钻头进行二次冲击成孔；该方法尚需通过实践验证。

7结语

随着深圳市建设用地的日趋紧张，大规模的建设工程常跨越断裂带或处在断裂带的影响范围内；对断裂带的研究与处置直接关系到工程造价、工期及运营期内工程的安全性。上述3个方案较好地解决了建设工程地基基础部分位于断裂带及其影响范围内时所遭遇的一类典型问题。

参考文献

[1]康镇江，王玉梅，王贤能，等.深圳地质[M].北京：地质出版社，2009.

[2]张新宇.港澳地区大直径钻孔灌注桩施工技术及方案优化[J].施工技术（中英文），2023，52（7）：57-62.

[3]张付涛.裂隙岩体注浆材料研究及应用[D].青岛：山东科技大学，2011.

[4]曹进海，叶胜林，肖代胜，等.岩溶强发育及超厚回填土地层钻孔灌注桩施工技术[J].施工技术（中英文），2024，53（1）：17-22，54.

• 广东省住房和城乡建设厅.建筑地基基础检测规范：DBJ/T15-60

—2019[S].北京：中国城市出版社，2019.

• 王赟.断层破碎带大直径深桩基钻孔灌注桩施工技术[J].工程技术研究，2019，4（13）：53-54.
• 杨小军，龙波，王勇，等.岩溶地区钻孔灌注桩孔斜处理施工技术研究[J].四川水力发电，2022，41（5）：49-53.