巖溶地質條件下灌注樁成孔質量控制

張潔

巖溶地質在我國范圍內分布較廣,特別在云貴、廣西等地比較集中。由于其發育分布規律比較復雜,因此對工程的危害很大。巖溶地質條件下進行灌注樁施工,與一般地質條件下灌注樁施工最大的不同就在于成孔中遇到的問題。由于成孔過程中可能遇到巖芽、層面巖溶地質等不平,以及溶溝或溶洞等情況,成孔過程管理難度很大。我公司在廣西賀州某新建電廠進行了巖溶地質條件下的群樁作業,在施工過程中通過多方面研討,積累了大量施工經驗,特做總結,以供同類工程借鑒。

1 工程概況

本工程在主廠房、輸煤、除灰、化水、循環水、附屬建筑等系統的主要建(構)筑物基礎采用灌注樁,以灰巖作為樁端持力層,樁徑采用1 000 mm和800 mm,數量分別為1 345根、1 631根。

工程所在地地貌為溶蝕構造類型,屬碳酸鹽巖孤峰平原地貌。根據工程勘探,地內局部地段基巖面起伏較大,隱伏石柱、石芽發育,同一標高上地基土不均勻特征突出;同時,局部地段存在巖溶洞穴。

2 工程施工難題及質控難點

1)因巖溶地質中可能存在的巖芽、巖溶面傾斜等地層軟硬不均、巖面傾斜的情況,從而引起的鉆孔偏斜。2)由于巖溶裂隙、小型孔洞的存在,發生漏漿。3)由于大溶洞的存在,成孔過程中泥漿迅速流失,發生坍孔現象。

3 施工難題處理規劃及質量保證技術措施

3.1 鉆孔偏斜

3.1.1 正確進行成孔工藝選擇

灌注樁成孔工藝中包括旋挖鉆進,正、反循環鉆進,沖擊鉆進等工藝,其中沖擊鉆進方式能夠及時發現和處理因地層軟硬不均而引起的鉆孔偏斜,且對巖溶發育和巖層的不均勻性有良好的適應性,處理溶洞時工藝簡單易行。故巖溶地質更適合選擇沖擊成孔工藝。

3.1.2 偏孔成因分類

1)巖面起伏大,沖錘穿越土層進入基巖時順傾斜巖面下滑導致鉆孔傾斜;2)溶洞頂底板不平,錘頭中心與鉆孔中心線不重合;3)穿越較大溶洞時,因充填物強度低,沖擊鉆進時沖錘擺動較大而導致鉆孔傾斜。

3.1.3 偏孔預防技術措施

處理關鍵：找平孔底、保持孔底硬度相對均勻。1)根據超前鉆勘資料,掌握各樁灰巖及溶洞埋深,鉆至基巖面和溶洞頂面時采用小工藝參數施工,以減少錘頭順傾斜巖面下滑趨勢。2)在傾斜的巖石面上采取短沖密擊的“吊打”法,沖擊出臺階后,隨臺階截面的增大逐漸增大,逐漸提高錘頭沖擊鉆進行程。3)若巖面傾斜角度過大,可先采取鉆孔水下爆破后,再拋填50 cm～100 cm片石填孔后繼續鉆進。爆破后需要檢查孔底和孔壁,必須符合要求后方可繼續。4)巖面凹凸不平或充填物強度低時,向孔內拋入片石、碎石和黏土團塊,將孔回填一定厚度(一般2.0 m左右),“造”出平整孔底后,繼續鉆進。

3.1.4 施工中出現偏孔后的處置

1)施工中在傾斜巖層出現樁孔偏斜后,采取了立即拋填30 cm～50 cm厚片石,低錘密擊使之成緊密平臺后,再正常沖擊。2)施工中出現向孔內拋填片石、碎石和黏土團塊“造”孔底后,仍不理想,采取了掏渣清孔,向孔內灌注C20以上早強混凝土封底找平后(灌注標高控制在2倍～3倍樁徑且不小于1 m),待強度達到一定程度后(現場采用3 h),再繼續鉆進成孔。

3.2 由于巖溶裂隙、孔洞的存在,發生漏漿,甚至坍孔

3.2.1 成因分析

1)漏漿：鉆進遇松散土層、砂卵石等透水層時發生的漏漿,此處不討論。僅考慮巖體裂隙發育且與溶溝、溶槽、溶洞相互連通,造成的泥漿沿裂隙通道漏失。2)坍孔：鉆孔內泥漿液面急劇下降,孔壁失去護壁壓力,外部地下水滲透壓力過高,引起孔壁坍塌。誘因包括以下幾個方面：a.遇較大溶洞或溶洞相互連通,泥漿快速漏失;b.溶洞中的流～軟塑狀充填物涌入孔內,填充物中砂礫,灰巖碎塊被逐步洗空流入樁中經泥漿循環帶出,溶洞頂板因失去支撐而坍塌;c.沖穿承壓、似承壓含水層時,外部地下水涌入孔內,導致孔內泥漿比重下降,孔內壓力失衡而引起坍孔。

3.2.2 漏漿預防技術措施

1)沖孔前要做好黏土、泥漿、片石、纖維袋、快凝水泥等材料的準備工作。2)遇溶(槽、隙)時,減少沖擊行程,慢慢穿過,若出現漏漿及坍孔時,拋填黏土及小片石,擠入其孔壁(或槽裂縫)加固充填。

3.2.3 現場發生漏漿后的處置措施

在鉆進相連溶洞,拋填黏土、小片石效果不明顯時,采用直接投入袋裝水泥、片石和黏土,反復沖擊再靜置數天后繼續沖擊鉆進,對孔壁起到較好的膠結和穩固作用,堵塞漏漿通道。

3.2.4 坍孔預防技術措施

1)根據超前鉆相關資料,備好處理出現大溶洞等情況的設備,如長鋼護筒、打撈急救設備等。對有溶洞的樁位樁機就位時,在機械底部墊設鋼網架,鉆機由鋼網架撐托于地面。2)一旦發現明顯漏漿或異常情況,迅速提錘、填堵。一般情況下,采用防止漏漿的辦法即可完成。3)遇地下水位以下,無充填或半充填的溶洞時,利用超前地質鉆孔,除探明溶洞發育情況外,進行提前補水灌滿空溶洞,以防止鉆孔過程中溶洞板被擊穿,水頭突然下降而坍孔的情況發生。

3.2.5 現場發生坍孔后的處置措施

1)當孔口坍塌不太嚴重時,在孔口重新埋置大于設計孔徑2級～3級的護筒,周圍用水泥碎石固定,待水泥凝結后再施工。2)當孔壁、孔口坍塌嚴重時,用優質黏土必要時加入水泥回填至孔口并壓實,15 d后,采用錘頭行程1.0 m～1.5 m,泥漿比重1.30 g/cm3～1.35 g/cm3,進尺速度3.0 m/h左右等工藝參數重新沖擊鉆進;必要時回填壓實后直接下入鋼護筒護壁施工。

4 巖溶強烈發育地段較大溶洞、串洞的處理

4.1 土洞區域塌孔和灌注時混凝土的流失預防與處理

土洞區域施工成孔易塌孔時,埋設鋼護筒,以防止土洞塌孔和灌注時混凝土的流失。具體做法：沖擊成孔前先在樁位埋設鋼護筒,若遇到土層塌孔時改換做較長的鋼護筒,隨著成孔深度的增加,不斷向土層中壓入和加長護筒長度直到基巖面。

4.2 高大巖溶洞段灌注時混凝土的流失預防

回填方法：先向溶洞內回填一定數量的片石,然后采用導管向樁孔內灌注混凝土,邊灌注邊測量混凝土頂面高度,當灌注中混凝土面不再升高時,說明混凝土存在流失,即停止灌注。待該段混凝土凝固后再繼續灌注,直到達到溶洞頂板。灌注3 d后采用樁機二次成孔。

5 施工效果

1)目前,該工程已成樁600根,現場各項檢測均滿足設計要求。2)部分成孔過程中的經驗已在后期施工中使用,效果良好。

6 結語

我們采用以上所述方法,成功地進行了巖溶地質條件下的灌注樁施工,能夠實現安全可靠、優質高效的目標。同時,在山西臨汾地區某電廠進行的巖溶地質灌注樁施工,采用了同樣的施工措施,也取得了很好的施工效果。

[1] JGJ 94-2008,建筑樁基技術規范[S].