巖溶地區樁基施工技術探討

謝永德

摘 要:巖溶地區普遍存在地質情況復雜,地下水豐富,土洞、溶洞發育,樁基施工條件復雜,稍有不慎就會造成卡鉆、漏漿、鉆孔偏斜、塌孔等質量安全事故,因此巖溶地區的樁基施工必須采取充分可靠的施工技術措施和安全可行的應急預防措施。

關鍵詞:巖溶樁基鉆孔偏斜

中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0064-02

巖溶地區普遍存在地質情況復雜,地下水豐富,基巖上部覆蓋土層因地下水沖刷易形成土洞,基巖表面溶溝溶槽發育,起伏變化大,基巖內部巖溶發育,溶洞大小不一,深淺不一,溶洞見洞率較高,有的現多層串珠狀溶洞,局部巖溶頂板較薄、破碎或開口,基巖裂隙水發育,地下水與周邊水系的連通一般較發達,因此巖溶地區樁基施工條件非常復雜,施工中經常會造成卡鉆、漏漿、鉆孔偏斜、塌孔等重大事故,嚴重時還可能形成鉆機傾覆、鉆孔報廢等惡性事故。

鑒于巖溶地區地質條件的復雜性和施工中的樁基不可察覺的因素過多,在前期勘測中要準確掌握溶洞等地質情況,根據不同的溶洞發育情況,選擇不同的鉆機和施工方案,對可能發生的問題進行合理預測和有效控制可以將損失降到最小,安排富有經驗、熟練的操作人員以及進行嚴密的施工組織與管理也是施工成敗的關鍵。

1巖溶地區地質情況分析

溶洞、榮操、漏斗、暗河、裂隙以及鐘乳石等等都是巖溶的主要形態,是通過化學和物理的作用產生的結果。同時具有可溶性巖層、流量足夠的水、具溶蝕的能力以及地下水流動和下身的途徑稱之為巖溶發育的基本條件。一般來說,就現在發展速度較快的是硫酸鹽巖層和鹵素類巖層,而發展速度較慢的是碳酸鹽類巖層。質量好且巖層厚實的巖層的巖溶發育的強烈,其形態發育齊全良好,規模很大;但是含有泥質物質的還有其他雜志的巖溶發育較慢。顆粒結晶較大的巖石,其巖溶較為發育齊全,而顆粒結晶小的一般巖溶發育非常的弱。以為我們所知道的巖溶是發育緩慢的,所以說在建筑使用年限內我們可以認為是不變的。

2巖溶地區樁基選型分析

樁基成孔目前常用方法有人工挖孔,旋轉鉆機成孔,沖擊鉆進成孔,沖抓鉆進成孔。人工挖孔,無需鉆孔設備,造價低,靈活方便,但局限性大,只適合于無水或地下水量不大,孔深較淺,巖溶發育強度較弱的情況下采用;旋轉鉆機成孔適用于粘性土、砂類土、含少量砂礫石的土(砂礫石含量少于20%,粒徑小于鉆桿直徑的2/3),孔徑為80cm～250cm,孔深30m～100m;沖擊鉆成孔適用于粘性土、砂類土、礫石、卵石、漂石、較軟巖石,孔徑80cm～200cm,孔深小于50m;沖抓鉆適用于淤泥、腐殖土、密實粘性土、砂類土、砂礫石,孔徑100cm～200cm,孔深適宜20m以下。

而在巖溶地區進行施工和方案的選型是存在著很大的困難的,而我們必須要了解現場的地址和水文條件,進而全方面的解析對工程施工中帶來的各種復雜的地質的影響,可以合理的選擇其施工的措施和基礎的形式,從各方面基礎形式來看,比較安全的是端承樁;在降水的成功下比較快速且經濟的是人工挖孔樁。

若降水不成功,則鉆(沖)孔樁施工是比較合理可行的選擇。以下分別對巖溶地區主要樁基選型進行簡要分析。

2.1 人工挖孔樁

人工挖孔樁是采用人工直接挖孔成孔的一種施工方法,人工挖孔樁具有易于進行持力層鑒別和孔底沉渣控制,樁底易做擴大頭以增加單樁承載力,施工現場無噪聲干擾,孔徑不受施工機具的限制可隨需要控制,成孔質量可直接觀測,混凝土灌注質量容易保證,施工工期短,造價低等優點。

人工挖孔樁在巖溶地區施工需采取以下措施:(1)進行詳細的地質和水文勘察,充分了解施工范圍內巖溶分布情況及地下水的分布情況如流向、流量、水位等。(2)采取有效的降水措施。降水成功與否是巖溶地區能否采用人工挖孔樁的先決條件,因為在地下水豐富的巖溶地區,降水非常困難,不宜采用人工挖孔樁。(3)地質勘查報告顯示地層中有明顯流砂、涌水、有機腐殖質時也不得采用人工挖孔樁,以免造成重大損失。

2.2 沖孔灌注樁

該樁型適用于地下巖溶發育,存在多層溶洞但洞穴較小、上部洞穴頂板較薄的地質情況,它可沖穿上層溶洞頂板而到達下層溶洞頂板。施工人員可憑經驗從沖擊聲中判斷頂板厚度,以及是否已到達持力層。為穩妥起見,施工時可在樁位處進行超前鉆,查清洞穴情況后再將沖擊鉆沖至設計要求的巖層深處。但當地下存在較大溶洞時,則不宜采用該樁型,以免澆灌混凝土時難以控制混凝土的流失。由于沖孔是靠鉆頭的自由落體運動形成的沖力成孔,故它還適用于開口裂隙較多的地質情況,且樁孔垂直度較好。

2.3 鉆孔灌注樁

該樁型成孔直徑大,施工方便,適用于單樁荷載大、地下有孤石或夾層分布、巖溶表面起伏大等情況,用這種樁能鉆穿孤石和夾層,將樁端可靠地支承在持力層上,樁端的嵌巖情況也好。但鉆孔樁不宜用在溶巖裂隙多、溶溝多的基巖中,因為施工中容易造成卡鉆、鉆桿沿溶巖斜壁偏斜造成鉆孔偏斜等質量事故。

2.4 預應力管樁

預制預應力管樁基礎屬于打入樁,其特點是樁身混凝土強度較高,因而可得到較高的承載力并進入較厚的土層。預應力管樁通常采用工廠化生產,其質量易于控制。與其它打入樁一樣,管樁基礎在土層較厚、持力層為強風化層的條件下最為適用,當基巖埋深較淺、有孤石等情況時不宜采用管樁或需增加其它措施,否則易導致樁身傾斜、樁體折斷、樁端或樁頭破損等問題。在巖溶地區應用管樁基礎,應加強勘察,根據具體地質情況結合管樁的特點合理選擇構造形式,并注意分析可能的不利因素。

3巖溶地區樁基施工常見質量事故及處理措施

3.1 卡鉆

卡鉆事故發生的主要原因是碎石層中或溶洞填充物中碎石下落;鉆頭擊穿溶洞頂板過猛;出現探頭石、梅花孔、溶洞、溶槽等;鉆頭突然進入溶洞,造成孔形不圓順或掉入大空洞中而卡鉆。

處理措施:為防止碎石下落造成卡鉆,在穿越碎石層、溶洞時,向孔內拋填粘土,同時調高泥漿比重;當鉆進至較大溶洞頂部時,改用小沖程沖砸;準備鋼軌焊制的小鉆頭,在出現卡鉆時,用小鉆頭沖擊,砸碎卡鉆物體。

3.2 埋鉆

主要由孔壁塌陷造成的,且不方便處理事故的最常見的鉆孔時埋鉆。而在巖溶地層鉆孔時,容易造成溶洞頂板很薄,如果在賣身交錢的時候沖程過大的話,就可能數顯溶洞的坍塌、地表下陷等,施工不慎就會發生掩埋鉆頭的事故。

處理措施:在巖溶鉆孔時采用小沖程的鉆進,這樣就可以防止其溶洞頂板的坍塌,并準備好拖拉設備,系好滑車鋼絲繩,做好鉆機撤離準備。

3.3 漏漿

漏漿是指孔內泥漿突然大量漏失的現象,漏漿現象在具有連通性溶蝕裂隙、溶洞或溶洞群發育地段極易發生,漏漿產生的主要原因是鉆穿溶洞頂板遇無充填物或少量充填物的大溶洞,孔壁失去孔內壓力,孔內水頭急劇下降,外部地下水滲透水壓過高而產生水壓力,引起孔壁坍塌,造成泥漿嚴重流失;灌注混凝土過程中,受澆注混凝土側壓力作用,溶洞充填物被混凝土最大限度地置換,大量混凝土會沿溶蝕裂隙或溶洞通道滲漏,產生混凝土液面回落,形成樁長不夠。

處理措施:在孔口附近備足優質粘土、片石,遇到漏漿時應立即提出鉆頭,向孔內補漿,保持孔內漿面高度,拋填措施無效時,可向孔內填碎石灌漿然后鉆孔,先將鋼管伸進孔內,鋼管上置碎石料斗,向洞內灌入碎石,邊投料邊振動鋼管以防止堵塞,注漿時注漿管必須插入填充物底部,邊注漿邊緩慢提升,為防止漿液流失太遠,可采用間歇注漿方式,注漿10天后可進行鉆孔。

3.4 塌孔

鉆進過程中到達溶洞或裂隙發育的位置,泥漿向溶洞或裂隙處滲漏,破壞了上部覆蓋層的護壁壓力,導致塌孔;當地下存在大土洞和大溶洞以及淤泥、流砂、涌水層時均易造成塌孔,嚴重時會造成鉆機傾覆,危及人身安全。

處理措施:采用間斷式循環排渣,一方面保證孔底有一定厚度的沉渣,遇小裂隙或小溶洞可隨時封堵,另一方面可保證泥漿濃度,防止塌孔;若溶洞發育明顯,并有明顯裂隙,施工時漏漿嚴重,采用全護筒跟進至巖層頂面,防止因漏漿量大而導致覆蓋層塌孔;發生塌孔時應及時補充泥漿,保持孔內水頭高度,同時加粘土、片石混合料,采用小沖程沖孔固壁,防止塌孔擴大;若塌孔擴大,導致地表塌陷時,其處理方法是:小面積塌陷護筒無位移時,應及時回填粘土并用袋裝粘土加固護筒后再重鉆;若護筒口有較大橫向位移并且無法糾偏時,拔出鋼護筒,回填塌孔,重新壓入護筒再鉆。

3.5 鉆孔偏斜

因巖溶地區基巖面起伏變化較大、溶溝、溶槽、溶洞、裂隙等巖溶形態較為明顯,巖土并存現象較為普遍,鉆機鉆孔時產生位移、局部下沉或傾斜,或在傾斜的巖面上鉆孔、巖質軟硬不均時容易造成斜孔和偏孔。若樁位偏移量過大,一方面基樁功能上將不能滿足承受設計荷載要求;另一方面易在孔壁上產生臺階,最終影響鋼筋籠的安放。糾偏是巖溶地區機械成孔灌注樁施工最為頻繁的工作,貫穿于整個成孔過程,其方法是否得當關系到基樁施工的質量和進度。

處理措施:在入巖部位、溶洞處理部位要時刻觀察鋼繩在沖擊過程中的擺動情況,校正鋼繩與樁孔中心的偏差;如遇到探頭石引起,可用小型鉆機對探頭石打眼爆破,或將鉆架略移向探頭石一側,用沖擊錘高錘猛擊,斬斷探頭石;當發生孔斜時,應立即進行修孔,對于高度小于lm的斜孔段,用小沖程修孔,在傾斜的巖面上沖擊出一個臺階,再采用較大沖程沖擊。對于斜孔段高度在1m以上時,應采取向孔內反復回填片石,反復修孔的措施。

3.6 斷樁

由于溶洞之間是相互兩桶的,在灌注時會很難測出混凝土的數量,故水下的混凝土流失得很嚴重時就會造成其斷樁,因此這些都是產生熔巖地區樁基斷樁的主要成因。

處理措施:事先做好應急準備,灌注前通知混凝土供應商保證混凝土供應,灌注現場始終保持兩輛以上混凝土罐車待灌,混凝土漏失后,立即將導管隨漿面下插,并連續進行混凝土灌注,若出現大方量超灌,且混凝土面不上升,可在灌注一定方量后暫停片刻,再進行灌注。

4結語

巖溶地區因特殊的地質條件,樁基施工條件非常復雜,需要勘察設計人員充分做好前期的勘察設計工作,在樁基的施工過程中也需要勘察設計人員及時跟進,以便發現地質情況與勘察設計不符時及時進行補勘并變更設計,施工作業人員與施工監督人員也需要嚴格按照作業規程和相關技術規范要求及時進行施工觀察記錄和監督,發現問題及時報告并組織相關技術人員研究處理措施,特別是鉆孔偏斜時糾偏難度極大,需要相關管理人員和施工人員引起高度重視,盡力避免鉆孔偏斜事故的發生。