巖溶地區(qū)樁基施工主要事故通病及質(zhì)量隱患防治對策

雷 健,何 剛,鄧才廣

(深圳市孺子牛建設(shè)工程有限公司,廣東深圳 518001)

巖溶地區(qū)樁基施工主要事故通病及質(zhì)量隱患防治對策

雷 健,何 剛,鄧才廣

(深圳市孺子牛建設(shè)工程有限公司,廣東深圳 518001)

深圳怡龍楓景園樁基工程地處灰?guī)r巖溶地區(qū),累計(jì)完成灌注樁 364條,最大成樁樁長 48 m,最大樁徑 117 m。施工所遇地層復(fù)雜,頻繁出現(xiàn)偏孔、涌水、漏水、坍塌、樁孔底層溶洞判斷及灌注中溶洞洞穿等難題,以科學(xué)判斷,嚴(yán)密預(yù)防,慎重處置,取得了良好的效果。

鉆孔灌注樁;事故;防治對策;巖溶地區(qū)

深圳怡龍楓景園樁基工程地處深圳龍崗區(qū)灰?guī)r巖溶地區(qū),采用全孔鋼繩沖擊鉆進(jìn)成孔,累計(jì)完成灌注樁 364條,最大成樁樁長 48 m,最大樁徑 117 m。施工中遭遇到前所未有的巖溶地區(qū)復(fù)雜地層通病,克服了偏孔、涌水、漏水、坍塌、樁孔底層溶洞判斷及灌注中溶洞洞穿給施工帶來的艱難險(xiǎn)阻,取得了豐碩的技術(shù)成果。因而,總結(jié)和探討巖溶地區(qū)成樁質(zhì)量隱患和偏孔通病的防治經(jīng)驗(yàn),為類似工程提供借鑒和參考,是十分必要的。

1 場區(qū)地層特點(diǎn)

樁基施工在基坑開挖后進(jìn)行,所鉆遇的地層主要為砂土層、粘土層、粉質(zhì)粘土層和基巖。地層特點(diǎn)概括如下:

(1)場地東區(qū)地層較為單一,數(shù)米覆蓋層下即為灰?guī)r,西區(qū)地層巖土交替,換層頻繁,局部換層達(dá)6層之多,灰?guī)r地層節(jié)理、裂隙異常發(fā)育,巖層產(chǎn)狀陡直 ,傾角達(dá) 60°～70°。

(2)場區(qū)灰?guī)r巖溶發(fā)育,溶洞、溶隙、溶溝呈多層位無序散布,隱現(xiàn)無常,其大小、位置、賦存深度等變化復(fù)雜,無規(guī)律可尋,如 1-18-A和 1-18-B兩孔相距 3d(其中 d為樁孔直徑),1-18-A鉆遇了較大溶洞,而 1-18-B卻僅見少許溶隙。

(3)巖溶構(gòu)造中多有土石充填,也有的溶洞空曠成室,深可達(dá)數(shù)米,如 2-04樁施工中鉆孔記錄溶洞高度為 7 m,溶洞中石芽錯落,起伏突兀,巖面在咫尺間變化巨大,如 2-C12-1和 2-C12-2勘探孔同層位巖面標(biāo)高相差 318 m。

(4)大部分溶洞分布無序、彼此孤立隔絕,也有部分溶洞呈葫蘆狀串聯(lián),或豎向累垂,或水平貫通,洞內(nèi)充斥軟塑及可塑性砂質(zhì)粘土,并賦存大量地下潛水,成為施工中鉆孔涌漏之源,也給砼灌注帶來了極大的潛在風(fēng)險(xiǎn)和難以預(yù)料的事故。

2 場區(qū)工程質(zhì)量主要事故通病及隱患的治理預(yù)防對策

2.1 樁孔糾偏

2.1.1 樁孔偏斜原因

影響場區(qū)工程進(jìn)度的主要“瓶頸”乃是孔孔糾偏,且屢糾屢偏,貫穿始終,導(dǎo)致樁孔偏斜的原因有如下 4點(diǎn):

(1)陡立的巖面是主要的促斜因素。巖石節(jié)理發(fā)育,層面傾角達(dá) 70°之多,且?guī)r石可鉆性達(dá) 7級,致密完整,界面光滑,錘頭在自由降落過程中極易在巖石斜面的導(dǎo)斜作用下偏離鉆孔設(shè)計(jì)軸線,趨向巖層強(qiáng)度薄弱的側(cè)面方向沖進(jìn),形成順層跑的偏斜趨勢,從而形成偏孔。

(2)突兀起伏的石芽、石柱可導(dǎo)致偏孔。賦存于溶洞空穴中高低錯落的石芽、石柱等,傾角近于80°～85°,當(dāng)錘頭沖進(jìn)溶洞與石芽棱面接觸時(shí),錘頭在石芽斜面反作用徑向分力作用下滑向石芽斜面一側(cè),極易斜向進(jìn)入溶洞的充填粘土之中,形成偏孔。

(3)頻繁的巖土互層可致偏孔。在軟硬不均且層面傾斜的地層中沖孔,錘頭在換層部位的孔段時(shí)而先軟后硬,時(shí)而先硬后軟以半邊錘面率先接觸巖土層面,導(dǎo)致鉆速差,改變了錘頭運(yùn)行規(guī)跡而形成偏孔。

(4)操作技術(shù)欠妥導(dǎo)致偏孔。放繩過多而又收繩過緩引起錘頭擺動歪斜,極易和易斜地層形成促斜合力,加劇了偏孔機(jī)率和斜度。

2.1.2 偏孔預(yù)防措施

(1)灰?guī)r地層施工,必須按每樁一孔的原則,先施工樁位超前鉆孔,取得直觀的巖土工程資料。

(2)熟悉該樁位勘探孔或超前鉆地質(zhì)鉆孔柱狀圖、掌握地層特點(diǎn),清楚和明了促斜地層孔段的埋深,層頂標(biāo)高和厚度。掌握溶洞洞室高度,溶洞層數(shù)和充填物性質(zhì)。

(3)做出每個樁孔不同孔段的防斜方案,向機(jī)臺交底,讓機(jī)臺熟悉并嚴(yán)格執(zhí)行。

(4)進(jìn)入溶洞后和換層前采用小規(guī)程、小工藝參數(shù)沖進(jìn),錘頭沖程控制在 016～110 m左右。

(5)機(jī)手應(yīng)全神貫注地注視鋼繩放繩幅度,掌握合適的收繩時(shí)間,使錘頭平穩(wěn)沖擊巖面,控制錘身歪斜,確保作用力豎直向下,防止徑向擴(kuò)徑致偏。

(6)機(jī)手應(yīng)隨時(shí)觀察鋼絲繩在沖進(jìn)過程中的擺動狀況,如果鋼繩左右彈擺,液面激動,說明孔底軟硬不均或巖面不平,已經(jīng)開始或正在斜向擊進(jìn),此時(shí)應(yīng)調(diào)小沖程,小心沖進(jìn)。

(7)采用十字護(hù)樁定位法,隨時(shí)測定孔斜,即于就位開孔前設(shè)立兩組通過樁孔中心相互垂直的鋼筋護(hù)樁,樁高 110 m,每隔一定時(shí)間,可掛直兩組連線,測定并計(jì)算鋼絲繩偏離方位和距離。發(fā)現(xiàn)偏位及時(shí)糾正。

(8)在較小溶洞中沖擊鉆進(jìn),容易發(fā)生鉆頭被夾卡或歪斜現(xiàn)象,應(yīng)于穿過洞頂后,提出鉆頭,向孔內(nèi)投入粘土 +塊石拌合物,塊石直徑 20～30 cm,填至洞口以上 1～2 m后,再放入鉆頭,小沖程高頻率穿過溶洞,不盲目追求進(jìn)尺,將粘土和塊石擠入孔壁,實(shí)現(xiàn)人工造壁。

(9)嚴(yán)格保持樁孔上部孔段的鉆孔垂直度為零,絕不能按 1%的規(guī)范要求,否則很難達(dá)到終孔時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求。

(10)經(jīng)常觀察和校正鉆機(jī)平臺水平度,并及時(shí)校正,對預(yù)防偏孔亦有著重要作用。

2.1.3 糾偏對策

(1)修焊鉆頭邊齒。工欲善其事,必先利其器。糾偏效果的好壞,取決于錘頭邊齒的鋒利程度,因而糾偏前必先修好錘頭,補(bǔ)焊好邊齒,邊齒采用優(yōu)質(zhì)鋼材切割成側(cè)梯形齒塊,以利于在斜巖面上修造臺階,趨直樁孔。

(2)即偏即糾。發(fā)現(xiàn)偏孔,宜及早糾正,這樣可節(jié)約塊石,縮短修孔時(shí)間,可收到事半功倍之效。斜孔段在 1 m內(nèi)糾正為最好,糾偏時(shí)采用小沖程,收繩時(shí)宜保持鋼絲繩稍緊,以利于修造臺階。

(3)填塊石糾偏。如糾偏難以奏效,則可采用塊石回填,塊石直徑為孔徑的?.～??,塊石強(qiáng)度應(yīng)略高于巖層強(qiáng)度,如修孔孔段較長,可分幾次回填,先投入 2～3 m高度,用錘頭沖擊使之密實(shí),再進(jìn)行第二次、第三次投石,直至回填到偏斜孔段以上 1 m位置。

(4)采用長筒錘糾斜。若上部孔段垂直度控制得較好,下部孔段產(chǎn)生了孔斜,且又屢糾不果,可采用長筒錘糾偏,長筒錘為大直徑厚壁無縫鋼管制作,筒壁下端唇部加厚加固,六瓣錘頭采用 60 mm厚鋼板焊制,底焊齒塊,長度 7～8 m,外焊 15°斜形鋼筋水槽。此錘錘體較長,具有良好的導(dǎo)直性能,經(jīng)在本工程 1-30、2-28號樁孔糾偏實(shí)施,效果極為理想。

(5)移位糾偏。對于巖性特別堅(jiān)硬,巖面光滑、偏差不大、不易修造臺階的樁孔,可有意將樁機(jī)位移3～5 cm,增加始糾處的著力點(diǎn)面積,有利于形成臺階,如 2號樓 2-51號樁孔采用移位糾偏,收到了理想的效果。

(6)灌注混凝土糾偏。在硬巖中施工時(shí),當(dāng)采用各種方法糾偏效果均難以奏效,尤其是上部孔段失去了糾偏機(jī)會,形成了大孔段的 S形樁孔時(shí),最好以 C45混凝土澆注到偏斜孔段以上 1 m位置,待凝固后再行沖進(jìn)糾偏。

2.2 嵌巖樁樁底溶洞判定及處理

依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和設(shè)計(jì)樁長完成樁孔施工,在變化莫測的巖溶地區(qū),決不能認(rèn)為大功告成,必須審慎檢查成孔孔底有無溶洞,避免由于誤診而使樁基坐于岌岌可危的虛懸之中,留下難以挽回的質(zhì)量隱患。

2.2.1 質(zhì)量隱患揭密及原因剖析

如前所述,巖溶地區(qū)溶洞、溶溝、溶槽無序散布,隱顯莫測,按一樁一孔的設(shè)計(jì)布置超前鉆,并不能充分揭示樁孔下部全部地質(zhì)現(xiàn)象,這在 2-C9-2樁基施工中得到了證明,該樁原設(shè)計(jì)樁長 3719 m,孔深 3913 m,地質(zhì)取心資料顯示,孔深 3913～43 m為完整微風(fēng)化灰?guī)r,按設(shè)計(jì)終孔已無可非議。但在一次清孔完成后,以探錘觸探孔底,發(fā)現(xiàn)全無堅(jiān)硬巖石的反彈觸覺,沿樁孔環(huán)周連試幾次均持疑慮,經(jīng)報(bào)請現(xiàn)場監(jiān)理及業(yè)主單位,決定在樁孔中加補(bǔ)加深探孔,取心后證實(shí),在孔深 39131～4215 m處取出 312 m長的溶洞充填物——泥砂。繼續(xù)鉆至 4215～4715 m方為完整基巖,故該樁加深至 43 m終孔。再次探測證實(shí)孔底反應(yīng)良好,無溶洞存在,順利灌注,成功地排除了一起質(zhì)量隱患。

此外 ,在 5-42-1、5-42-2、5-C30等樁孔終孔后均經(jīng)探測證實(shí)孔底部位有疑似溶洞存在,并果斷做出了樁孔加深處理。

2.2.2 解決辦法

(1)從設(shè)計(jì)角度考慮,在灰?guī)r巖溶地區(qū)施工必須在樁位中心進(jìn)行一樁一孔的地質(zhì)超前巖心鉆探,取得樁孔的地質(zhì)剖面直觀資料。

(2)樁孔施工到達(dá)入巖孔深時(shí),須準(zhǔn)確記錄每小時(shí)鉆進(jìn)速度,小時(shí)效率 <0115 m時(shí),即可按設(shè)計(jì)孔深終孔,反之則須報(bào)告地勘部門慎重研究裁定,或繼續(xù)加深 015 m以作觀察。

(3)按設(shè)計(jì)孔深終孔后,及時(shí)進(jìn)行一次清孔,待孔底泥渣清完后,使用測錘沿樁孔環(huán)周按 10 cm間距逐點(diǎn)、逐環(huán)施探,若發(fā)現(xiàn)某點(diǎn)觸感明顯有別于完整灰?guī)r,則須重點(diǎn)反復(fù)觸探比較并做出判斷,如 5-42-2、5-42-1兩樁均于終孔后判定孔底疑似溶洞,繼續(xù)沖進(jìn)小時(shí)鉆速達(dá) 0150 m,證實(shí)判斷準(zhǔn)確,報(bào)請?jiān)O(shè)計(jì)部門做出了樁孔加深設(shè)計(jì)變更,其中 5-42-2連續(xù)加深 7 m,最后 3 m孔段連續(xù)記錄小時(shí)效率 <0115 m時(shí),才判定終孔。清孔后照前述方法探測,證實(shí)溶洞已經(jīng)穿過,確信持力層可靠無疑,才進(jìn)行灌注成樁。

(4)樁孔內(nèi)布加深巖心鉆孔。若對持力層疑慮的判定難以決斷時(shí),則可在樁孔內(nèi)布置加深巖心鉆孔,鉆孔布于最有疑點(diǎn)之處,取出巖心后則一目了然,對多處疑點(diǎn),則可布 2～3個鉆孔,以勘究竟。如2-09-2樁,初判孔底疑為溶洞,數(shù)次加深仍難以穿過,毅然在鉆孔內(nèi)實(shí)施超前鉆孔,取出巖溶物長達(dá)3 m,從而可及早確定樁長變更方案,減少時(shí)間的延誤。

2.3 混凝土灌注中溶洞洞穿事故的預(yù)防和處理

2.3.1 事故原因剖析

如前所述,巖溶地層溶洞賦存無規(guī)律,樁孔在鉆穿巖溶的充填粘土后形成的臨時(shí)孔壁比較單薄,灌注中經(jīng)不起混凝土的強(qiáng)力沖擊斥擠而洞穿。另外,當(dāng)樁孔與溶洞毗鄰,施工時(shí)與溶洞相切而過時(shí),破壞了樁孔與溶洞之間的部分隔絕巖墻與充填的塑性泥砂,形成與溶洞似通非通的狀態(tài),施工時(shí)泥漿液注壓力尚不能壓垮隔絕墻,但高密度混凝土液柱壓力且附加有灌漿砼流沖擊時(shí)即可沖垮隔墻,引起混凝土瞬時(shí)大量流失、鋼筋籠掉落和斷樁事故,釀成嚴(yán)重的成樁事故。

(1)混凝土流失。溶洞洞穿造成彼此開放,混凝土大量涌入溶洞直至充滿溶洞方才罷休,造成直接經(jīng)濟(jì)損失。如 2-04樁樁長 37 m,混凝土超灌達(dá)80 m3,在距其 2 m之距所布的補(bǔ)勘鉆孔,于鉆深 46 m處取出長 4 m的完整砼柱體,證明確為 2-04樁灌樁時(shí)所流失。

(2)鋼筋籠掉落。灌注中當(dāng)混凝土壓力沖破了溶洞洞壁平衡造成混凝土大孔段流失時(shí),砼面瞬時(shí)突降,在混凝土與鋼筋籠握裹摩擦力作用下,鋼筋籠隨砼體同步掉落(當(dāng)鋼筋籠為半籠時(shí)),造成鋼筋籠墜落事故 (如 2-C5樁)。

(3)斷樁事故。灌注中若按照規(guī)范要求及時(shí)拆卸導(dǎo)管,而混凝土能否流失、何時(shí)流失均難以預(yù)料,當(dāng)混凝土洞穿部位于導(dǎo)管底端下方發(fā)生時(shí),砼面瞬間突降,突發(fā)間又不可能及時(shí)同速補(bǔ)灌,當(dāng)砼面一旦低于導(dǎo)管底口,泥漿乘虛而入,隔斷砼面形成斷樁。

2.3.2 防治措施

(1)在溶洞部位灌注時(shí),要控制灌注速度適中,過快則有可能壓力過大撐破溶洞薄壁,故應(yīng)使其勻速連續(xù),徐徐灌注。

(2)掌握溶洞的頂?shù)讟?biāo)高和內(nèi)部充填狀況。參考地勘資料,鉆至溶洞頂部時(shí),即注意是否有泥漿滲漏現(xiàn)象,記錄泥漿漏失層位及漏失量大小,取出的土樣成分和狀況,繪出實(shí)際參數(shù)柱狀圖,以供灌注時(shí)參考。對于漏失層位,最好采用水泥加水玻璃漿液充填堵漏,減免灌注中的混凝土流失根源和幾率。

(3)在灌注中,要計(jì)算導(dǎo)管底端出口的停留孔深,且忌把導(dǎo)管滯留在溶洞之中,適當(dāng)延長埋管深度,延緩拆管時(shí)間,當(dāng)砼面上升超過溶洞上頂板時(shí),若無流失現(xiàn)象,此時(shí)迅速拆管抓緊灌注直至樁頂。

(4)鋼籠掉落時(shí)往往拉彎懸掛插扛并連同落入孔內(nèi),釀成事故,因而必須采用高強(qiáng)度桿件,如采用一組兩根規(guī)格為 15～20號槽鋼或 “75 mm×615 mm無縫鋼管并內(nèi)穿 “60 mm鋼管加強(qiáng)的高強(qiáng)度插杠等,其長度應(yīng)大于孔徑 1 m,另外,尚須以角鋼把鋼筋籠和鋼護(hù)筒連焊在一起,以防鋼筋籠掉落。

2.3.3 處理辦法

2.3.3.1 鋼筋籠脫逃處理

發(fā)生鋼筋籠掉落事故,應(yīng)迅即測定鋼筋籠脫落后的籠頂深度,若籠頂位于孔口以下 3 m之內(nèi),可將砼灌至籠頂以上 1 m,7日后做開挖接籠處理。若鋼筋籠掉落較深,可迅即加工一節(jié)直徑略小的長度適宜的鋼筋籠,從原籠中空下入,并保證上下搭接長度1 m以上,重新固定籠頂后灌注成樁。

2.3.3.2 混凝土流失處理

(1)混凝土流失量不大,砼面未低于導(dǎo)管底口,可迅即組織調(diào)入足量混凝土灌注成樁。

(2)萬一發(fā)生巨漏連帶的斷樁事故,可采用下列處理方法:

精確測定砼面高度,將導(dǎo)管下入所測砼面以下015 m,并將漏斗懸高 015 m,采用加大初灌量的傳統(tǒng)做法,按自由落體折減計(jì)算排開導(dǎo)管內(nèi)泥漿的時(shí)間,當(dāng)下行砼流排開管內(nèi)泥漿和浮漿后迅速下插懸高的 015 m余量,使導(dǎo)管底口深埋 015 m,并進(jìn)入純砼之中,此時(shí)新砼老砼親和,灌完首斗砼后已基本完成接樁程序,但為了穩(wěn)妥,可再加長 1 m導(dǎo)管,加大埋深 1 m,之后按常規(guī)操作并保持埋管深度在每次拆管后不少于 3 m,確保新灌砼始終頂升離析砼并同步上升,終止時(shí)須排掉 3 m以上浮漿和離析砼漿,以保證接樁的可靠性和成功幾率。

(3)處理后的樁若經(jīng)檢測不能滿足設(shè)計(jì)要求,則需斷然重沖處理。

3 結(jié)語

(1)在巖溶地區(qū)施工樁基,必須按一樁一孔布置超前巖心鉆探,獲取直觀的巖土勘察資料,以指導(dǎo)施工。

(2)直徑 110 mm的超前鉆孔資料尚不能代表整個樁孔斷面形態(tài),終孔后必經(jīng)探測判定無溶洞存在時(shí)方能終孔,否則加深施鉆。

(3)把糾偏工作做為巖溶地區(qū)成孔中重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)課題,處理原則是:十字護(hù)樁定位,逢偏必糾及時(shí),方法因況而異,嚴(yán)控一糾到底。

(4)按照“標(biāo)本兼治”的原則,采取積極措施,防止或減免混凝土灌注中因溶洞洞穿導(dǎo)致的成樁事故并穩(wěn)妥處理,以減少損失。

[1] 陸祖安,龍立民.巖溶地層大口徑鉆孔的防斜治斜實(shí)踐[J].探礦工程,2002,(1):30-31.

[2]徐月松.巖溶地區(qū)高層建筑樁基的樁型選擇與施工[J].探礦工程,2000,(6):17-19.

[3] 何建文,何文生.巖溶發(fā)育區(qū)沖擊成孔灌注樁事故防治[J].探礦工程,2000,(6):20-22.

Common Accident of Pile Foundation Construction in Karst Area and the Countermeasures for Quality Hidden Trouble

LEI Jian,HE Gang,DENG Cai2guang(Shenzhen Ruziniu Construction Engineering Co.,Ltd.,Shenzhen Guangdong 518001,China)

The paper introduced a pile foundation engineering in limestone karst area,364 cast2in2place pileswere comple2 ted with the longest pile of 48m and largest pile diameter of 117m.Because of the complex formation,hole deflection,wa2 ter inrushing,leakage and collapsing often occurred,and itwas difficult to est imate the cave at the bottom of the pile hole and cave2penetrating.The difficultieswere overcome by scientific judgment,strict prevention and careful treatment.

bored cast2in2place pile;accident;counter measure;karst area

TU473.1+4

A

1672-7428(2010)01-0053-04

2009-07-02

雷健 (1976-),男 (漢族),陜西澄城人,深圳孺子牛建設(shè)工程有限公司常務(wù)副總經(jīng)理、工程師,公路工程專業(yè),從事工程施工與管理工作,廣東省深圳市福田區(qū)金田路 3037號金中環(huán)大廈 2801室,lrijianok@vip.sohu.com。