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结合岩溶地貌的特点,在认真分析了施工过程中可能存在的技术难点后,针对性地提出了各种合理有效的技术措施,积累了溶洞区桩基施工的经验,以解决岩溶地区桩基施工较难的问题,可供同类工程参考借鉴。
关键词:岩溶地区 溶洞 钻孔灌注桩 施工技术措施
1 岩溶地貌的特点
岩溶地貌又称喀斯特地貌,这种地貌主要由石灰岩、石膏、岩盐等可溶性岩层组成,因常年受地下水流的侵蚀而逐渐形成溶蚀的沟槽或溶洞。岩溶地区地质条件较为复杂,会出现如土洞、岩溶(溶洞、溶沟、溶槽)等不良地质现象,地下水丰富甚至会出现地下暗河通道等。岩溶地区的基岩以石灰岩为主,石灰岩强度高,为理想的建筑物桩基础持力层,但因地质条件较为复杂,与普通地质条件钻孔灌注桩基础施工相比,岩溶地区钻孔灌注桩施工技术难度大,病害类型较多。
2 岩溶地区钻孔灌注桩工程施工特点
2.1 成孔工艺比较 目前,岩溶地区桩基普遍采用冲击钻成孔灌注桩和回旋钻钻孔灌注桩两种方式,其施工工艺各具特点。
冲击钻成孔是利用钻头自身重量冲击基岩造孔,但因岩溶地区基岩面凹凸不平,岩石坚硬,钻头在剧烈冲进基岩面时容易被“V”型的岩沟卡住,而且所造的孔往往容易成斜孔,因此宜用“吊打”施工方法。这种短行程、密频率的冲孔工艺,既可解决卡钻问题又可有效减少斜孔问题,不过一旦出现斜孔,则必须在孔内填充石块或素混凝土进行修孔,也颇繁杂而且费用大。
回旋钻钻孔是由钻头转动循序渐进成孔,钻头与岩石之间不存在垂直方向剧烈对撞,因而不会卡钻。回旋钻造孔也会产生斜孔,但通过提升钻杆多次重复钻进即可修复,工艺也较简单。
2.2 施工中可能发生的情况
2.2.1 漏浆:这是岩溶地区钻孔桩施工的显著特点,灌浆时遇到溶洞后泥浆迅速流进了溶洞空间。
2.2.2 塌孔:如遇大体积溶洞或溶洞之间有连通现象,灌浆时浆面会急剧下降,且在短时间内补浆而未能使浆面恢复到一定高度则会导致塌孔。严重者地面会产生漏斗型塌陷,危及邻近建筑物、机械及人员安全。
2.2.3 埋钻:埋钻现象一般在塌孔时发生。由于地面塌陷、机械倾斜或钻杆变形,导致钻头偏移原孔位而不易拔出。
2.3 混凝土灌注特点
2.3.1 混凝土扩散量大。当钻孔成桩于无填或半填充的溶洞中,灌注水下混凝土时,混凝土填入溶洞空间而造成混凝土用量巨大,视溶洞大小,其扩散系数可达6～7。
2.3.2 容易断桩或缩颈。浇筑混凝土过程中混凝土填入溶洞,混凝土面上升速度比正常情况慢,如果在不知情又不及时测量桩内混凝土面高度就容易因提升导管过高而使导管脱离混凝土面造成断桩或缩颈。
3 施工的特殊措施
3.1 做好安全监测。在岩溶地区施工过程中随时都会发生不利情况,所以安全监测甚为重要。监测人员要将地质资料与施工现象结合起来,综合分析、判断及时观察变化情况,采取相应措施进行补救。安全监测包括如下内容:浆面变化情况,泥浆颜色变化,钻进速度变化。
3.2 塌孔处理。在钻孔钻进过程中,遇到溶洞发生塌孔,可根据溶洞的规模决定相应的处理措施。溶洞规模较小,则很快被孔内泥浆、土体充填满,对周围影响不大。当塌孔稳定后,可在原孔位回填重新钻孔。重新钻孔所用泥浆比重控制在1.3～1.5之间。溶洞规模很大或遇上暗河,则通常一次塌陷不能填满,只是形成相对稳定状态,如再扰动则会加大塌孔范围,且通常会把钻头陷死在洞中不能拔出,这种情况一般只能放弃钻头,改变桩位重新施工。
4 施工技术措施
4.1 一般溶洞的处理 一般溶洞厚度不大,内有第四系覆盖层充填,拟采用优质泥浆护壁,泥浆比重应大于1.4g/cm3并反复回填片石、粘土或水泥进行挤密施工,然后采用一层钢护筒跟进施工至岩面的施工方案,从而可以顺利通过溶洞和避免垮塌事故。
4.2 特大型溶洞的处理 对于特大型溶洞(溶洞厚度一般大于8m)或者多层溶洞,当覆盖层为厚层易垮的流砂或淤泥层时,并且在超前钻孔时出现严重漏浆时,采用单层、两层或三层钢护筒跟进至孔底的施工方案成孔。
4.2.1 冲进施工 开钻时因地表较松软,应采用低锤快打,使孔壁逐渐挤压密实。开钻时和砂砾地层钻进时一般提锤高度为40～60cm,冲击次数为20～35次/min,泥浆比重为1.2～1.5g/cm3。正常冲进时采用100cm左右的高冲程。在松的砂砾冲进时采用中冲程,在流砂层冲进时采用低冲程。在冲进过程中,提升冲锤时不宜过快过猛,以免碰撞孔壁引起护壁失稳而塌孔。冲进过程中,要随时掌握孔内地层情况,并根据地层情况采取相应措施。www.tmgc8.com
4.2.2 下放钢护筒 钢护筒施工不仅是桩基施工的难点,同时也是能否顺利通过溶洞的关键。施工时先用控制点控制钢护筒的位置,即粗控,待安装完毕后,再用全站仪复核后,用吊机来进行调校,直至满足设计要求。在下放钢护筒时一般应在内护筒内用工字钢焊导向架,以保证护筒的垂直度。同时钢护筒一般下放至岩面,在吊放过程中用100t振动锤配合。因岩面可能凹凸不平,在钻进时要抛填片石,防孔斜并减少与岩面接触空隙。
4.2.3 封底混凝土施工 套筒下放完毕后应进行封底混凝土施工。套筒封底砼施工是成桩的关键,封底砼厚度一般为4m,采用水下混凝土施工。通过套筒与封底混凝土可以将整个护筒与基岩连结,形成坚固的基础结构,从而使护筒外的承压水无法进入钻孔中,保证成桩质量。封底砼施工完毕后待强3—7d即可继续冲进,直至设计标高。在封底砼施工时要观察砼的流动,保证混凝土面在停止混凝土浇筑后不再下降为止,即可终止混凝土的浇筑,否则,要继续浇筑,直至混凝土面不再下降为止。
4.2.4 套筒与钢护筒之间注浆 套筒与钢护筒之间进行分段注浆,灌注水下砼后采用高压清水将孔内钢护筒与套筒内杂物清除,直至孔内返出清水为止。然后下放注浆管,注浆管间距为40cm,沿钻孔周围布置。注浆管采用镀锌管,壁厚为2.0—2.5mm,长2—3m一节,两端加工成丝扣。注浆管下放完毕后,在外回填洁净的2—4cm级配碎石,在孔口50cm深处采用水泥浆溶液(水泥:水=1:0.6)和水玻璃溶液(水玻璃:水=1:0.5),进行双液混合,搅拌均匀倒入孔周围封孔。封孔后,采用逐根注浆管进行注浆,以充填套管与护筒之间的间隔。注浆过程中采用边注浆边提注浆管,一般以0.5m为一注浆段,注浆液水灰比0.6—0.7,压力为2—3MPa。注浆管采用螺旋式钻孔,钻孔直径为5mm,孔步高100mm,孔步距60mm,每一截面布一孔。
5 溶洞区桩基施工体会
5.1 选择有丰富经验,特别是具有承担岩溶发育地区桩基施工经验的队伍是至关重要的。
5.2 确定科学、合理的施工顺序。遵循每个桥墩一根桩施工,长桩比短桩先施工,小溶洞比大溶洞先施工的原则。
5.3 在每一根桩基施工前,技术人员首先认真分析勘察地质报告,必要时应补充超前钻探,进一步探明溶洞分布情况,准确作出地质预报,根据地质预报初步确定溶洞处理方案和施工工艺。
5.4 溶洞桩基施工中应特别注重覆盖层的稳定、溶洞顶板层的突破和溶洞的冲进。
6 结语
对于地处岩溶区的桩基施工,地质构造是复杂且多变的,处理方案不是单一的,应视实际地质情况结合技术、经济、工期要求等因素综合考虑。选择较为合理有效的处理方案,以达到设计的处理效果,尽量降低工程造价。
参考文献:
[1]林天健,熊厚经,王利群等.桩基础设计指南.北京:中国建筑工业出版社.1999.
[2]JGJ94-94.建筑桩基技术规范[S].
[3]林宗元.岩土工程治理手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1993:469-470.
