巖溶地區(qū)樁基施工技術(shù)探討

謝永德

摘 要:巖溶地區(qū)普遍存在地質(zhì)情況復(fù)雜,地下水豐富,土洞、溶洞發(fā)育,樁基施工條件復(fù)雜,稍有不慎就會造成卡鉆、漏漿、鉆孔偏斜、塌孔等質(zhì)量安全事故,因此巖溶地區(qū)的樁基施工必須采取充分可靠的施工技術(shù)措施和安全可行的應(yīng)急預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞:巖溶樁基鉆孔偏斜

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

巖溶地區(qū)普遍存在地質(zhì)情況復(fù)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(fā)育,起伏變化大,基巖內(nèi)部巖溶發(fā)育,溶洞大小不一,深淺不一,溶洞見洞率較高,有的現(xiàn)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(fā)育,地下水與周邊水系的連通一般較發(fā)達(dá),因此巖溶地區(qū)樁基施工條件非常復(fù)雜,施工中經(jīng)常會造成卡鉆、漏漿、鉆孔偏斜、塌孔等重大事故,嚴(yán)重時(shí)還可能形成鉆機(jī)傾覆、鉆孔報(bào)廢等惡性事故。

鑒于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)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(zhǔn)確掌握溶洞等地質(zhì)情況,根據(jù)不同的溶洞發(fā)育情況,選擇不同的鉆機(jī)和施工方案,對可能發(fā)生的問題進(jìn)行合理預(yù)測和有效控制可以將損失降到最小,安排富有經(jīng)驗(yàn)、熟練的操作人員以及進(jìn)行嚴(yán)密的施工組織與管理也是施工成敗的關(guān)鍵。

1巖溶地區(qū)地質(zhì)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(tài),是通過化學(xué)和物理的作用產(chǎn)生的結(jié)果。同時(shí)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(dòng)和下身的途徑稱之為巖溶發(fā)育的基本條件。一般來說,就現(xiàn)在發(fā)展速度較快的是硫酸鹽巖層和鹵素類巖層,而發(fā)展速度較慢的是碳酸鹽類巖層。質(zhì)量好且?guī)r層厚實(shí)的巖層的巖溶發(fā)育的強(qiáng)烈,其形態(tài)發(fā)育齊全良好,規(guī)模很大;但是含有泥質(zhì)物質(zhì)的還有其他雜志的巖溶發(fā)育較慢。顆粒結(jié)晶較大的巖石,其巖溶較為發(fā)育齊全,而顆粒結(jié)晶小的一般巖溶發(fā)育非常的弱。以為我們所知道的巖溶是發(fā)育緩慢的,所以說在建筑使用年限內(nèi)我們可以認(rèn)為是不變的。

2巖溶地區(qū)樁基選型分析

樁基成孔目前常用方法有人工挖孔,旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔,沖擊鉆進(jìn)成孔,沖抓鉆進(jìn)成孔。人工挖孔,無需鉆孔設(shè)備,造價(jià)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(fā)育強(qiáng)度較弱的情況下采用;旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)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(shí)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(qū)進(jìn)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(xiàn)場的地址和水文條件,進(jìn)而全方面的解析對工程施工中帶來的各種復(fù)雜的地質(zhì)的影響,可以合理的選擇其施工的措施和基礎(chǔ)的形式,從各方面基礎(chǔ)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(jīng)濟(jì)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(qū)主要樁基選型進(jìn)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(jìn)行持力層鑒別和孔底沉渣控制,樁底易做擴(kuò)大頭以增加單樁承載力,施工現(xiàn)場無噪聲干擾,孔徑不受施工機(jī)具的限制可隨需要控制,成孔質(zhì)量可直接觀測,混凝土灌注質(zhì)量容易保證,施工工期短,造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

人工挖孔樁在巖溶地區(qū)施工需采取以下措施:(1)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)和水文勘察,充分了解施工范圍內(nèi)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(qū)能否采用人工挖孔樁的先決條件,因?yàn)樵诘叵滤S富的巖溶地區(qū),降水非常困難,不宜采用人工挖孔樁。(3)地質(zhì)勘查報(bào)告顯示地層中有明顯流砂、涌水、有機(jī)腐殖質(zhì)時(shí)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(fā)育,存在多層溶洞但洞穴較小、上部洞穴頂板較薄的地質(zhì)情況,它可沖穿上層溶洞頂板而到達(dá)下層溶洞頂板。施工人員可憑經(jīng)驗(yàn)從沖擊聲中判斷頂板厚度,以及是否已到達(dá)持力層。為穩(wěn)妥起見,施工時(shí)可在樁位處進(jìn)行超前鉆,查清洞穴情況后再將沖擊鉆沖至設(shè)計(jì)要求的巖層深處。但當(dāng)?shù)叵麓嬖谳^大溶洞時(shí),則不宜采用該樁型,以免澆灌混凝土?xí)r難以控制混凝土的流失。由于沖孔是靠鉆頭的自由落體運(yùn)動(dòng)形成的沖力成孔,故它還適用于開口裂隙較多的地質(zhì)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?yàn)槭┕ぶ腥菀自斐煽ㄣ@、鉆桿沿溶巖斜壁偏斜造成鉆孔偏斜等質(zhì)量事故。

2.4 預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)制預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)屬于打入樁,其特點(diǎn)是樁身混凝土強(qiáng)度較高,因而可得到較高的承載力并進(jìn)入較厚的土層。預(yù)應(yīng)力管樁通常采用工廠化生產(chǎn),其質(zhì)量易于控制。與其它打入樁一樣,管樁基礎(chǔ)在土層較厚、持力層為強(qiáng)風(fēng)化層的條件下最為適用,當(dāng)基巖埋深較淺、有孤石等情況時(shí)不宜采用管樁或需增加其它措施,否則易導(dǎo)致樁身傾斜、樁體折斷、樁端或樁頭破損等問題。在巖溶地區(qū)應(yīng)用管樁基礎(chǔ),應(yīng)加強(qiáng)勘察,根據(jù)具體地質(zhì)情況結(jié)合管樁的特點(diǎn)合理選擇構(gòu)造形式,并注意分析可能的不利因素。

3巖溶地區(qū)樁基施工常見質(zhì)量事故及處理措施

3.1 卡鉆

卡鉆事故發(fā)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(xiàn)探頭石、梅花孔、溶洞、溶槽等;鉆頭突然進(jìn)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(shí),向孔內(nèi)拋填粘土,同時(shí)調(diào)高泥漿比重;當(dāng)鉆進(jìn)至較大溶洞頂部時(shí),改用小沖程沖砸;準(zhǔn)備鋼軌焊制的小鉆頭,在出現(xiàn)卡鉆時(shí),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(shí)埋鉆。而在巖溶地層鉆孔時(shí),容易造成溶洞頂板很薄,如果在賣身交錢的時(shí)候沖程過大的話,就可能數(shù)顯溶洞的坍塌、地表下陷等,施工不慎就會發(fā)生掩埋鉆頭的事故。

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

3.3 漏漿

漏漿是指孔內(nèi)泥漿突然大量漏失的現(xiàn)象,漏漿現(xiàn)象在具有連通性溶蝕裂隙、溶洞或溶洞群發(fā)育地段極易發(fā)生,漏漿產(chǎn)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(nèi)壓力,孔內(nèi)水頭急劇下降,外部地下水滲透水壓過高而產(chǎn)生水壓力,引起孔壁坍塌,造成泥漿嚴(yán)重流失;灌注混凝土過程中,受澆注混凝土側(cè)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?xí)厝芪g裂隙或溶洞通道滲漏,產(chǎn)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(yōu)質(zhì)粘土、片石,遇到漏漿時(shí)應(yīng)立即提出鉆頭,向孔內(nèi)補(bǔ)漿,保持孔內(nèi)漿面高度,拋填措施無效時(shí),可向孔內(nèi)填碎石灌漿然后鉆孔,先將鋼管伸進(jìn)孔內(nèi),鋼管上置碎石料斗,向洞內(nèi)灌入碎石,邊投料邊振動(dòng)鋼管以防止堵塞,注漿時(shí)注漿管必須插入填充物底部,邊注漿邊緩慢提升,為防止?jié){液流失太遠(yuǎn),可采用間歇注漿方式,注漿10天后可進(jìn)行鉆孔。

3.4 塌孔

鉆進(jìn)過程中到達(dá)溶洞或裂隙發(fā)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(hù)壁壓力,導(dǎo)致塌孔;當(dāng)?shù)叵麓嬖诖笸炼春痛笕芏匆约坝倌唷⒘魃?、涌水層時(shí)均易造成塌孔,嚴(yán)重時(shí)會造成鉆機(jī)傾覆,危及人身安全。

處理措施:采用間斷式循環(huán)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(shí)封堵,另一方面可保證泥漿濃度,防止塌孔;若溶洞發(fā)育明顯,并有明顯裂隙,施工時(shí)漏漿嚴(yán)重,采用全護(hù)筒跟進(jìn)至巖層頂面,防止因漏漿量大而導(dǎo)致覆蓋層塌孔;發(fā)生塌孔時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿,保持孔內(nèi)水頭高度,同時(shí)加粘土、片石混合料,采用小沖程沖孔固壁,防止塌孔擴(kuò)大;若塌孔擴(kuò)大,導(dǎo)致地表塌陷時(shí),其處理方法是:小面積塌陷護(hù)筒無位移時(shí),應(yīng)及時(shí)回填粘土并用袋裝粘土加固護(hù)筒后再重鉆;若護(hù)筒口有較大橫向位移并且無法糾偏時(shí),拔出鋼護(hù)筒,回填塌孔,重新壓入護(hù)筒再鉆。

3.5 鉆孔偏斜

因巖溶地區(qū)基巖面起伏變化較大、溶溝、溶槽、溶洞、裂隙等巖溶形態(tài)較為明顯,巖土并存現(xiàn)象較為普遍,鉆機(jī)鉆孔時(shí)產(chǎn)生位移、局部下沉或傾斜,或在傾斜的巖面上鉆孔、巖質(zhì)軟硬不均時(shí)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(shè)計(jì)荷載要求;另一方面易在孔壁上產(chǎn)生臺階,最終影響鋼筋籠的安放。糾偏是巖溶地區(qū)機(jī)械成孔灌注樁施工最為頻繁的工作,貫穿于整個(gè)成孔過程,其方法是否得當(dāng)關(guān)系到基樁施工的質(zhì)量和進(jìn)度。

處理措施:在入巖部位、溶洞處理部位要時(shí)刻觀察鋼繩在沖擊過程中的擺動(dòng)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(jī)對探頭石打眼爆破,或?qū)@架略移向探頭石一側(cè),用沖擊錘高錘猛擊,斬?cái)嗵筋^石;當(dāng)發(fā)生孔斜時(shí),應(yīng)立即進(jìn)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(gè)臺階,再采用較大沖程沖擊。對于斜孔段高度在1m以上時(shí),應(yīng)采取向孔內(nèi)反復(fù)回填片石,反復(fù)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(shí)會很難測出混凝土的數(shù)量,故水下的混凝土流失得很嚴(yán)重時(shí)就會造成其斷樁,因此這些都是產(chǎn)生熔巖地區(qū)樁基斷樁的主要成因。

處理措施:事先做好應(yīng)急準(zhǔn)備,灌注前通知混凝土供應(yīng)商保證混凝土供應(yīng),灌注現(xiàn)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(dǎo)管隨漿面下插,并連續(xù)進(jìn)行混凝土灌注,若出現(xiàn)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(jìn)行灌注。

4結(jié)語

巖溶地區(qū)因特殊的地質(zhì)條件,樁基施工條件非常復(fù)雜,需要勘察設(shè)計(jì)人員充分做好前期的勘察設(shè)計(jì)工作,在樁基的施工過程中也需要勘察設(shè)計(jì)人員及時(shí)跟進(jìn),以便發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與勘察設(shè)計(jì)不符時(shí)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)勘并變更設(shè)計(jì),施工作業(yè)人員與施工監(jiān)督人員也需要嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程和相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求及時(shí)進(jìn)行施工觀察記錄和監(jiān)督,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)告并組織相關(guān)技術(shù)人員研究處理措施,特別是鉆孔偏斜時(shí)糾偏難度極大,需要相關(guān)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(fā)生。