[关键词] 钻孔灌注桩；废弃防空洞；施工方案
一、建筑工程概况
广西壮族自治区民族医院住院综合楼工程位于南宁市西乡塘区明秀东路232号，建筑面积38982.26平方米，地下1层，地上23层，建筑高度91.45米，抗震设防裂度为六度，结构形式为钢筋混凝土框剪结构，建筑合理使用年限为50年。属一类高层公共建筑。
1.工程周边建筑情况
工程周边紧邻原有建筑物。东面距离医院门诊楼1.5m，北面距离医院内科住院楼0.25m，西面距离医院主要道路1.8m，南面距离明秀东路5 m。
2.工程地质情况
地质勘察报告显示，场地地质土层自上而下分别为：①杂填土，土层厚度为1～2米，呈松散状；②粘土，土层厚度为0.5～3.5米，呈硬塑状；③粉质粘土，土层厚度为2.5～4.5米，呈可塑状；④粉土，土层厚度为3～5米，呈稍密至中密状；⑤圆砾层，土层厚度为2～3.5米，呈中密状；⑥粗砂砾层，土层厚度为2～5米，呈密实状；⑦泥岩，土层厚度为5～10米，呈中风化、全风化至强风化状。
3.水文地质情况
地质勘察报告显示，场地地下水分为两层，第一层上层滞水，主要赋存于填土层中，水量较小，水位埋深0.5m～1.3m。第二层孔隙潜水,主要赋存于④粉砂土、⑤圆砾和⑥粗砂砾层中，为孔隙水，水位埋深3.80～4.20m，具有承压性。水量主要为径流补给，与邕江水有一定的联系，受邕江水位的涨落影响而变化，平时水位保持在标高-4.0m左右，水量丰富。
本工程设计桩端持力层为中风化泥岩⑦。采用大直径水下钻孔灌注桩基础，有效桩长约为21m，基坑筏板及承台底设计标高为-5.5m，处于圆砾⑤层中，属强透水层，灌注桩位于地下水位以下。
二、施工过程中出现的问题
工程在⑤×轴部位灌注桩成孔施工过程中，发现钻机有钻偏、钻进困难的现象, 分析到与此处及附近的废弃地下防空洞有关。由于防空洞顶板结构较为坚固,钻孔机无法穿过废弃防空洞顶板。为此，废弃防空洞附近的灌注桩施工被迫停工。由于废弃防空洞修建年代久远，经多方查找，只找到了防空洞的平面图，没有具体的走向图，由于地下走向等具体情况不明，如贸然进行处理可能会造成严重后果。为了能给基础处理提供准确资料，经施工、勘察、设计、监理等单位反复讨论，决定在防空洞附近增加勘察钻点及采用物探等勘察手段，查明防空洞的大小、地质条件、被覆盖材料、走向及其与建筑轴线的关系。
通过勘探孔揭露，防空洞分布于施工场地的西面，大致呈南北走向横穿基坑，大致埋深8.7 m；防空洞高度约2.5 m、宽度约3.0 m，顶板和底板厚度约300mm、侧壁厚度约350mm，结构为钢筋混凝土；地下水位为-4.0m，洞内充满流体淤泥。防空洞的平面布置、剖面，见下图：
针对桩基施工中出现钻机钻偏、钻进困难的问题及补充勘察报告显示废弃防空洞的走向、大小和结构情况，监理单位组织设计、建设、勘察、监理、施工五方参建单位，在施工单位办公室召开关于废弃防空洞处理的专题会议。
会上设计单位提出：设计院内部针对现场情况已多次组织设计专家进行了分析研究，但由于工程是高层建筑物，上部荷载大，同时废弃防空洞截面大、范围广，而废弃防空洞所对应位置的原设计筏板厚度为2500mm，已达到了极限厚度。初步考虑采用加厚筏板跨跃法或移桩位法进行处理，但结构验算均无法满足地基承载力和抗震要求。因此，找不到比较有效的调整设计方案的方法来处理，建议建设单位与施工单位组成联合攻关小组，从施工技术方面进行处理。桩基遇废弃防空洞的情况比较少见，没有成熟的施工处理经验可供借鉴。最终参建各方同意：先由建设单位与施工单位组成联合攻关小组，根据现场情况提出可行的施工方案，施工方案编制完成后需报各参建单位论证，审批通过后方可实施。
三、施工过程中存在的困难
根据本工程的施工环境及地质勘察报告，钻孔灌注桩基遇废弃防空洞施工处理，会遇到如下问题：
1.地下废弃防空洞北端离北面内科住院楼及西面的道路均不到2m，如果采用常规的大开挖，由于局部开挖基坑深度将达12.0m，基坑深度远超过内科住院楼的基础深度，对基坑边坡安全及邻边路面或建筑物的沉降、位移影响很大。常规基坑支护肯定支撑不住，势必会造成邻边建筑物或道路坍塌。
2.采用何种方式破除（穿过）废弃防空洞顶部坚硬的混凝土结构，是处理废弃防空洞的一个难点。
3.废弃防空洞内充满流体淤泥，洞内积水的水源与邕江水的联通程度无法查明。如何抽排净防空洞里的水，是处理废弃防空洞的又一个难点。
4.根据工程施工总进度计划的要求，废弃防空洞的处理工期（指从开始处理到桩成孔所需的工期）不能超过50日历天（含受天气等不良因素影响的天数在内）。
四、施工方案的分析、比选
建设单位与施工单位组成的联合攻关小组，根据地基处理技术规范和深基坑钻孔灌注桩施工的常规做法，结合施工现场实际情况，提出了四种施工方案：
1.方案一：开挖回填法
采用挖掘机彻底挖除防空洞主体结构，清除内部杂物，再根据采用的机械类型选用不同的回填材料进行回填，分层夯实至桩顶设计标高，最后进行灌注桩的施工。这是最常规的施工处理方法。
此法能真实呈现防空洞内的具体情况，便于根据不同类型机械采取不同的回填材料进行回填，但回填土必须密实，否则无法成孔。
本工程地下水位高，加上废弃防空洞位于圆砾⑤层中，而本层含水量极大，具承压性，水源补给情况不明，现场抽水极其困难，加上紧邻北面的内科住院楼及西面的道路，开挖深度达12.0m，如基坑边坡支护不当，随时有造成建筑物或周边道路坍塌的危险。
防空洞开挖产生的淤泥比较难找弃土点，且成本较高。根据已开挖外运同类型的土质计算，开挖及外运、回填红粘土并夯实、开挖时抽水、基坑围护、冲孔至成孔等，所需费用估算为440274元。
考虑土方开挖时同时抽水、基坑支护施工，开挖、外运土方、回填土及机械成孔等的施工时间，方案施工工期为60天。
2.方案二：人工挖孔桩法
用人工从上到下逐节挖桩孔，在桩孔内放置钢筋笼、灌注混凝土的一种桩型做法。
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由于地下水位高，而防空洞内积满了互相贯通的流塑状泥水，随着开挖深度的增加，承压水越来越大，现场抽水降水极其困难，操作人员无法下孔作业。防空洞范围流砂严重，容易造成护壁坍塌，流浆无法施工护壁，防空洞范围的桩必须设置钢护筒方能成孔，故此法处理成功率较低。
地下水位高，防空洞里水无法抽干，防空洞孔内为流动的稀淤泥,极易形成流砂，加上桩径大（?1200）、孔深（21m）又有扩大头，容易造成护壁坍塌。为此，在孔内人工作业极易发生伤亡事故。
人工挖孔、钢筋混凝土护壁、钢护筒等费用，估算为149184元。
如每天成孔8m，则需施工工期为46天。
3.方案三：灌填冲孔法
采用低强度等级水泥砂浆填满废弃防空洞后，再采用冲孔成桩。具体做法是采用钻机钻穿废弃防空洞拱顶，对防空洞两端头内部插入输浆导管，灌注低强度等级水泥砂浆封堵防空洞的水源，然后在防空洞的中间段沿纵向约间隔3m钻一个灌浆孔灌注砂浆，待观察孔冒浆时停止灌注，直至混凝土灌满整个防空洞。然后冲孔灌注桩。
因年代久远，资料不全，防空洞平面坐标及具体走向不明，洞内积满淤泥水，灌浆难以挤走淤泥，因水泥砂浆灌不饱满，而留在洞里的淤泥土质达不到冲孔施工条件，故此方法技术可行性不高。但此方法可以在原状地面作业，不用开挖防空洞结构，对基坑边坡及周边建筑物没有安全隐患。
钻孔、灌注砂浆、冲孔灌注桩等费用，估算为131910元。
根据现场情况,最多容纳得下2台机械作业,灌注及冲孔施工，方案施工工期为52天。
4.方案四：冲孔填充片石粘土挤密法
当冲击头冲破防空洞顶板后，拨出冲击头再分别用粘土和片石回填至孔内，利用冲击头锤击将回填土及片石挤压至防空洞四周，反复回填挤压直至桩孔内两边防空洞填满，在确保成孔后继续往下冲孔至设计标高。
冲孔桩适用于人工填土层、黏土层、粉土层、砂土层、碎石土和风化岩层，还能穿透旧基础或大孤石。利用冲击头锤击将投入的回填土及片石挤压至防空洞孔四周，满足冲孔桩的成孔条件，技术上可行。关键是要解决好斜孔偏位控制、护壁成孔困难、预防混凝土浇灌时产生塌孔及缩颈等三个问题。
该施工方案不需开挖防空洞结构，没有扰动场地周边的土层，对临边建筑物、道路的沉降、基坑安全均没有影响，施工安全。
冲孔、片石及粘土等费用，估算为80100元。
按每天2台冲孔桩机施工，该方案成桩所需施工时间为37天。
建设单位与施工单位组成的联合攻关小组，从技术可行性、施工安全性、经济合理性、施工工期等方面对四种施工方案进行分析、评估。最后决定采用技术上完全可行、施工安全性好、费用成本低、能满足工期要求的方案四。施工方案编制完成后报各参建单位论证，获一致通过，予以实施。
五、施工流程及保证措施
1.制定施工流程
挖埋临时护筒→桩机就位孔内加粘土、加水造浆→冲孔、排渣→冲破防空洞顶混凝土→往防空洞内反复填充粘土及片石并反复挤压→冲破防空洞底板→冲孔至设计标高→验孔→清孔。
2.分析施工难点
根据最终确定的方案和施工流程，在处理过程中还需要解决斜孔偏位控制，护壁成孔困难，桩身混凝土浇灌时塌孔、缩颈等三个问题，
3.制定对策措施
（1）斜孔偏位控制
根据不同地质采取不同的施工操作方法，措施以下：
①非防空洞范围，采用较大落距进行冲孔。至防空洞顶部结构时，则采用小落距、高频率冲孔；
②发生斜孔时，向孔内抛填碎石和粘土后，采用小高程、高频率反复冲击进行纠正。
（2）护壁成孔困难
控制泥浆质量，废弃防空洞内采取回填粘土及片石挤压。具体措施如下：
①选择粘性好的成孔泥浆材料；
②选择稳定孔壁的最佳泥浆配合比；
③防空洞范围采用冲击头反复锤击回填土及片石，挤压至防空洞孔周边造孔。
（3）桩身混凝土浇灌时塌孔、缩颈
编制可行的、有针对性的水下混凝土浇灌方案，并按方案实施，具体措施如下：
①终孔后及时浇灌混凝土，且连续灌注；
②严格控制导管埋深与拔管速度，及时测量混凝土浇灌深度，严防导管拔空。
六、结语
钻孔灌注桩基施工遇废弃防空洞，须通过增加勘察钻点补充勘察及采用其他物探手段，查明防空洞的大小、地质条件、被覆盖材料、走向及其与建筑轴线的关系。由建设单位与施工单位组成联合攻关小组，根据地基处理技术规范和钻孔灌注桩施工的常规做法，结合施工现场实际情况，提出可能的施工方案，并从技术可行性、施工安全性、费用合理性、施工工期等方面对方案进行分析、评估，比较选出最优方案予以实施。民族医院住院综合楼项目钻孔灌注桩基遇到废弃防空洞，采用冲孔填充片石粘土挤密法进行桩孔施工，仅用34天就安全顺利完成了任务，比目标工期缩短了16天；16根钻孔灌注桩成孔所需费用为8.01万元，比目标成本节省了31.99万元。取得可观的综合效益。
经检测单位对民族医院住院综合楼全部82根桩进行检测，结果为Ⅰ类桩80根、Ⅱ类桩2根。其中废弃防空洞位置的16根桩均为Ⅰ类桩。可见，运用冲孔填充片石粘土挤密法进行钻孔灌注桩施工，可解决桩基施工遇废弃防空洞的难题，是一个有成功案例的保证安全、质量、工期短、成本低的好方法，综合效益显著，值得推广。
参考文献
1.JGJ94-2008 《建筑桩基技术规范》
2.龚晓南，侯伟生，深基坑工程设计施工手册（第二版），中国建筑工业出版社，2017年
3.建筑施工手册第六版，中国建筑工业出版社，2013年
论文作者: 李 琳1,, 韦延安2
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2月5期
论文发表时间:2020/4/30