巖溶地質(zhì)條件下灌注樁成孔質(zhì)量控制

張潔

巖溶地質(zhì)在我國范圍內(nèi)分布較廣,特別在云貴、廣西等地比較集中。由于其發(fā)育分布規(guī)律比較復(fù)雜,因此對工程的危害很大。巖溶地質(zhì)條件下進行灌注樁施工,與一般地質(zhì)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(zhì)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(zhì)條件下的群樁作業(yè),在施工過程中通過多方面研討,積累了大量施工經(jīng)驗,特做總結(jié),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(huán)水、附屬建筑等系統(tǒng)的主要建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)采用灌注樁,以灰?guī)r作為樁端持力層,樁徑采用1 000 mm和800 mm,數(shù)量分別為1 345根、1 631根。

工程所在地地貌為溶蝕構(gòu)造類型,屬碳酸鹽巖孤峰平原地貌。根據(jù)工程勘探,地內(nèi)局部地段基巖面起伏較大,隱伏石柱、石芽發(fā)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(zhì)控難點

1)因巖溶地質(zhì)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(fā)生漏漿。3)由于大溶洞的存在,成孔過程中泥漿迅速流失,發(fā)生坍孔現(xiàn)象。

3 施工難題處理規(guī)劃及質(zhì)量保證技術(shù)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(huán)鉆進,沖擊鉆進等工藝,其中沖擊鉆進方式能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理因地層軟硬不均而引起的鉆孔偏斜,且對巖溶發(fā)育和巖層的不均勻性有良好的適應(yīng)性,處理溶洞時工藝簡單易行。故巖溶地質(zhì)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(dǎo)致鉆孔傾斜;2)溶洞頂?shù)装宀黄?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(dǎo)致鉆孔傾斜。

3.1.3 偏孔預(yù)防技術(shù)措施

處理關(guān)鍵：找平孔底、保持孔底硬度相對均勻。1)根據(jù)超前鉆勘資料,掌握各樁灰?guī)r及溶洞埋深,鉆至基巖面和溶洞頂面時采用小工藝參數(shù)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(xù)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(xù)。4)巖面凹凸不平或充填物強度低時,向孔內(nèi)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(xù)鉆進。

3.1.4 施工中出現(xiàn)偏孔后的處置

1)施工中在傾斜巖層出現(xiàn)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(xiàn)向孔內(nèi)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(nèi)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(xiàn)場采用3 h),再繼續(xù)鉆進成孔。

3.2 由于巖溶裂隙、孔洞的存在,發(fā)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(fā)生的漏漿,此處不討論。僅考慮巖體裂隙發(fā)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(nèi)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(nèi),填充物中砂礫,灰?guī)r碎塊被逐步洗空流入樁中經(jīng)泥漿循環(huán)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(nèi),導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿比重下降,孔內(nèi)壓力失衡而引起坍孔。

3.2.2 漏漿預(yù)防技術(shù)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(xiàn)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(xiàn)場發(fā)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(fù)沖擊再靜置數(shù)天后繼續(xù)沖擊鉆進,對孔壁起到較好的膠結(jié)和穩(wěn)固作用,堵塞漏漿通道。

3.2.4 坍孔預(yù)防技術(shù)措施

1)根據(jù)超前鉆相關(guān)資料,備好處理出現(xiàn)大溶洞等情況的設(shè)備,如長鋼護筒、打撈急救設(shè)備等。對有溶洞的樁位樁機就位時,在機械底部墊設(shè)鋼網(wǎng)架,鉆機由鋼網(wǎng)架撐托于地面。2)一旦發(fā)現(xiàn)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(zhì)鉆孔,除探明溶洞發(fā)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(fā)生。

3.2.5 現(xiàn)場發(fā)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(shè)計孔徑2級～3級的護筒,周圍用水泥碎石固定,待水泥凝結(jié)后再施工。2)當孔壁、孔口坍塌嚴重時,用優(yōu)質(zhì)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(shù)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(fā)育地段較大溶洞、串洞的處理

4.1 土洞區(qū)域塌孔和灌注時混凝土的流失預(yù)防與處理

土洞區(qū)域施工成孔易塌孔時,埋設(shè)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(shè)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(yù)防

回填方法：先向溶洞內(nèi)回填一定數(shù)量的片石,然后采用導(dǎo)管向樁孔內(nèi)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(xù)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(xiàn)場各項檢測均滿足設(shè)計要求。2)部分成孔過程中的經(jīng)驗已在后期施工中使用,效果良好。

6 結(jié)語

我們采用以上所述方法,成功地進行了巖溶地質(zhì)條件下的灌注樁施工,能夠?qū)崿F(xiàn)安全可靠、優(yōu)質(zhì)高效的目標。同時,在山西臨汾地區(qū)某電廠進行的巖溶地質(zhì)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(shù)規(guī)范[S].