淺談建設水泥廠巖溶區域的地基解決措施

張秀全

（ 冀東水泥（煙臺）有限責任公司，煙臺市 265500）

1 地基基本情況介紹

山東煙臺某水泥項目，2009年7月設計建設5000t/d水泥熟料生產線配套12MW純低溫余熱發電工程，廠區原始地勘資料提示水泥窯和水泥磨主生產線下部基礎存在巖溶，溶洞深度一般2～8米，個別深度達到11.9米(見區域巖溶散點分析圖)，根據地質情況，為保證工程項目順利實施，超前性把控溶洞基礎施工技術質量，有效降低施工成本，少走彎路，公司組織勘察單位、設計單位、監理單位、建設單位等專家針對巖溶區域地基確定施工技術方案，勘察單位根據初步的樁基施工圖紙和基礎施工圖紙，在每根樁基孔上采取“超前鉆”補勘辦法，進一步探明每根樁下的溶洞實際發育情況，由此查明溶洞之間的連通程度以及溶洞和溶洞之間的走勢關系，為下一步樁基設計提供準確詳實的“超前鉆”補勘資料，同時，水泥窯和水泥磨主生產線重載車間，單樁受荷較大單樁豎向極限承載力標準值為QuK=18400kN，如不能保證地基質量，將導致基礎沉降不均或斷裂等嚴重后果，進而影響建筑物和設備安全穩定，通過研究綜合考慮采用沖孔灌注樁施工基礎，保證了工程建設投資、進度、安全、質量。

圖1 區域巖溶分布散點分析圖

根據本次勘探和已有資料揭示，場地勘探深度范圍內分布的主要地層有：雜填土（Qml）層、耕土（Qpd）層、第四系沖洪積（Q4al+pl）粉質粘土層、卵石層、粉質粘土層、紅粘土層，元古代粉子山群（Pt1fzg）大理巖層等。場地內的地下水主要以潛水、巖溶裂隙水和巖溶水的形式存在。根據已有鉆探結果，擬建場地內105個入巖鉆孔中揭露有溶洞鉆孔31個，溶洞洞高在0.90～11.90m之間，見洞率為29.5%。巖溶發育的主要形態為溶洞、溶溝（槽）和溶蝕裂隙等。

2 巖溶區域樁基處理技術措施

2.1 樁孔采取“超前鉆”補勘措施

根據以上勘察情況，再加上主生產線重載車間，單樁受荷較大，研究采用在每根樁孔鉆1～3個“超前鉆”補勘辦法，解決每根樁實際地質數據準確性，在每根樁孔上鉆進個超前孔，鉆孔深度進入穩定持力層不小于5米，主要目的：查明每個樁孔的地層結構及分布特征；查明土洞、溶洞分布及大小、規模、連通程度、充填情況；查明強風化層厚度，溶洞頂板厚度；查明穩定持力層的準確頂面標高及其標準承載力；初步判斷地下水類型、大小和流向。每根樁孔采取“超前鉆”探明樁端以下巖層是否存在不良地質現象，以確定樁端的入巖深度，如有不良地質現象，應使樁穿過，進入下部巖層，確保樁端以下5米內均勻穩定，完整穩定的中風化巖體，為設計每根樁基提高可靠技術數據，圖2為生料均化庫部分“超前鉆”補勘資料數據（鉆孔柱狀圖）。

圖2 生料均化庫部分“超前鉆”補勘資料數據

2.2 樁基參數的設計

根據“超前鉆”補勘資料（鉆孔柱狀圖），窯尾塔架基礎、生料均化庫基礎、熟料庫基礎設計計算為Φ1100 mm樁基,水泥磨和水泥庫基礎設計計算為Φ1000 mm樁基。

根據地勘報告能提供嵌巖樁設計參數（巖石的飽和單軸抗壓強度標準值fak=46.0MPa），根據建筑樁基規范JGJ94-2008第5.3.9條估算生料均化庫單樁豎向極限承載力標準值為QuK=18400kN，實際單樁承載力通過實驗樁確定。為使基樁達到設計所需承載力，要求成樁后樁身砼強度達到C40，建議采用C45砼澆筑，混凝土澆注前孔底沉渣厚度小于50mm。按照設計要求生料均化庫基礎施工Φ1100 mm靜載實驗樁并養護，采取圖3錨索反力加載實驗方案取得單樁豎向極限承載力18800kN大于QuK=18400kN。通過實驗證明生料均化庫可以按照設計圖紙施工樁基。其他窯尾塔架基礎、熟料庫基礎等通過單樁豎向極限承載力實驗后數據證明也可施工。

圖3 單樁豎向極限承載力實驗

2.3 采取機械沖孔灌注樁施工。

根據擬建（構）筑物的基礎型式、承載力要求、場地各巖土層的工程性能和施工條件及技術經濟對比，擬建原料均化庫、增濕塔、燒成窯尾塔架、熟料庫、水泥磨、水泥庫等建（構）筑物宜采用樁基。根據地質勘察情況，地下水豐富(根據勘探資料，在沒有巖溶樁基位置現場采取人工挖孔方式，試驗證明施工進度效率低下、存在不安全因素，排水與施工交叉影響成孔質量等)，優先選擇樁型采用沖孔灌注樁，通過設計計算選用1.10m樁徑；以場地內中風化元古代粉子山群大理巖（地層代號⑥3）層作為樁端持力層。

沖擊成孔灌注樁施工工序：測放孔位、人工挖孔埋設鋼護筒→孔口定位、標高測量、預計孔深→沖擊成孔→成孔、清孔達標、監理驗收合格（不合格需要再次掃孔、清孔）→安放鋼筋籠、鋼導管→二次清孔測量孔深合格（不合格需要再次清孔）→灌注混凝土作好記錄→試塊制作養護→樁基驗收。

施工遇到溶洞處理時，根據現場樁基承載力大小的實際情況，主要采用土、塊石或水泥漿（C15混凝砼）填充等處理方式，然后再機械沖孔。

常規施工要求：按樁位點進行人工挖孔，埋設鋼護筒，護筒內徑大于樁徑100mm，其上部開設溢漿口，并高出地面0.3m，埋深1.5 m左右，護筒中心與樁中心偏差小于5cm。YKC-18半自動沖擊鉆沖擊成孔過程應作好記錄，以超前孔鉆探資料作指導，特別是進入持力層后應加密取樣檢查，經監理工程師驗收合格方可終孔，確保樁端進入持力層深度滿足設計要求。清孔使孔底500mm內泥漿比重小于1.25,含砂率小于6%,粘度不大于26s，孔底沉渣小于50mm，驗收后30分鐘內應開始澆注。導管下口距孔底不超過0.5m。鋼筋籠箍筋外加50mm水泥砂漿制作墊塊，使保護層厚度大于50mm。澆注結束后，要對樁頂標高進行測量：800 mm≤砼超灌高度≤1500 mm，若遇砼澆注過程中出現砼面突然下沉時應適當提高澆注高度，確保樁頂質量。機械沖擊成孔灌注樁施工主要遇到疑難問題及解決措施見表1。

表1 沖孔灌樁過程的疑難問題

通過以上保障措施，實施機械沖擊成孔、清孔，監理驗收合格后，再安裝鋼筋籠和導管，二次清孔測量孔深符合技術要求合格后再灌注圖紙設計混凝土，作好樁基施工養護。

3 實際的效果

3.1 樁基檢測

為保障基礎施工質量和安全，樁基檢測手段按建筑樁基規范JGJ94-2008要求：一般采用100%低應變，20%以上高應變，所有重要部位的樁基進行抽芯取樣檢測的方式。

①低應變動力檢測采用反射波法，儀器采用成都工程檢測研究所研制的ZK-7EⅡ基樁動測儀。如低應變動力檢測生料均化庫樁，經動測樁身混凝土平均波速4.02km/s，變化范圍3.47～4.34 km/s,被檢測的52根樁中Ⅰ、Ⅱ類樁分別占90.4%、9.6%。通過實際檢測樁基本身質量符合規范技術要求，其他樁基檢驗合格率達到100%，全部達到Ⅰ、Ⅱ類樁質量要求。

②鉆芯檢測樁身混凝土采用鉆機取芯部巖樣確定完整性，如生料均化庫基樁等通過實際檢測樁基本身質量符合規范技術要求，樁基檢驗合格率達到100%，全部達到Ⅰ、Ⅱ類樁質量要求。生料均化庫基樁鉆芯結果見表2。

表2 生料均化庫基樁鉆芯結果

3.2 其他效益

巖溶地基技術處理有很大的難度和復雜性，通過巖溶區域樁基方案論證，采取樁孔“超前鉆”補勘探察實現了超前控制，使地基處理環節的工期、投資、質量、安全等得到了有效控制，樁基施工工期比預計提前18天；比大型機械開挖基礎，再制作大體積混凝土基礎等節省投資費用初步計算至少320多萬元，實施效果良好，有效降低了施工成本，少走彎路，并保證了安全可靠性。