高層建筑地基基礎溶洞處理分析

文／梁楊飛 廣西壯族自治區(qū)國有三門江林場 廣西柳州 545006

引言：

由于溶洞地基是比較復雜工程地基，因此在實施鉆孔灌注樁基礎時，應加強各個工序質(zhì)量控制，明確各個工序施工要點，既能加快鉆孔灌注樁施工速度，而且對于提升基礎綜合強度，為后續(xù)作業(yè)活動有序進行奠定基礎。

1.溶洞地基處理辦法

1.1 填墊法

填墊法主要分為充填、換填、挖填、襯砌等多種類型。對于裸露洞穴，其上部附加荷載較小時，應采用充填方法。底層采用塊石、片石作填充物，中間用碎石，上部填土或水泥，以保證地下水正常流動，形成天然反濾層。對于已經(jīng)填滿洞穴，如其物理機械性能較差，則應采取換填方法。應將孔洞內(nèi)填充物清理干凈，然后用塊石、片石、砂、混凝土等材料重新填充。對于淺埋洞穴，要開挖或爆破。若發(fā)現(xiàn)有坍塌軟土，應進行開挖。在填埋過程中，填入塊石、片石、砂等，再用粘性土層進行加固，即挖填法。該方法適合于輕質(zhì)建筑，并估計地下水再次被挖空可能性。此外，為改善墻體強度與整體性，在填入大塊石、片石填料時，注水泥漿點十于重大工程地基下面或附近溶洞、土洞，清除洞牛軟土后，將鋼筋打入洞內(nèi)裂縫，進而采用水泥漿填充洞內(nèi)，并將水泥漿注滿周圍裂縫，使其與周圍裂縫形成一體，并堵塞地下水。對于溶洞、裂隙、溝、槽、石芽等突出物，會造成基礎沉降不均勻，將突出物挖出后，用30～50cm 沙土進行鋪墊。

1.2 加固法

加固法一般由灌漿法、頂柱法、強夯法、擠密法、漿砌法等組成。對于具有較大深度的溶洞，應采取密鉆注漿技術進行加固。根據(jù)溶洞含水量與處理目標，選用合適材料。充填時可用黏土、砂石、混凝土、水泥砂漿等；在進行防滲時，可采用水泥、瀝青等作為帷幕，按先外后中、后地下水上游、下游灌漿順序；在充填、補強時，應先用快干物料或沙粒等填充孔隙，并在初始壓強情況下，防止?jié){液大量溢出加固區(qū)域。洞頂薄、裂縫多、洞夸大情況下，頂板強度不足以承受上部荷載時為保證地下水暢通，在條件允許情況下，可采取附加支撐來減小洞跨，即頂柱法。通常在洞口填漿砌塊，以填充洞頂與支墩作為輔助支撐。強夯法具有省工省料，經(jīng)濟、快速覆蓋形溶洞區(qū)大范圍土洞與崩塌問題的優(yōu)勢，可從根本上解決工程中整體巖體穩(wěn)定問題。夯擊法通常采用1～8 次夯擊，夯點距3m。在沒有地下水情況下，可連續(xù)進行二次夯擊，但在夯擊期間，若夯錘突然下陷，則表明其底部存在隱蔽坑穴，可進行隨夯、填筑或沙礫土施工。在軟土深度較大溶洞土洞中，應采用擠壓式方法，采用砂柱、石灰柱、松土樁、混凝土樁、鋼管等進行鉆孔灌注，可使基礎穩(wěn)定、強度得到改善。

1.3 跨越法

跨越法主要涵蓋板跨、梁跨法、拱跨法等。針對深度大、孔徑較窄、孔徑較大的溶洞，可根據(jù)建筑物特性及地基受力狀況采用混凝土或鋼筋混凝土板進行頂蓋，即“板跨法”。對于已埋深但處于基礎持力層中小范圍坍塌或土洞，可采用彈性基礎梁或鋼筋混凝土梁來穿越土洞或坍塌。在地下建筑物邊墻、塹式擋墻、堤式坡腳擋墻與橋墩、橋臺等基礎上，一般都是洞身較寬、深度較大、洞型復雜或有水流巖石基礎[1]。

1.4 樁基法

在溶洞、塌陷漏斗深度大、多層溶洞發(fā)育情況下，可采用樁基法；基巖波動性較弱、厚度較大且不易清除情況下，應采取鉆孔或沖孔灌注法、爆擴樁，根據(jù)工程要求可作支撐樁或摩擦樁，樁頭錨入基巖中；在采用鉆孔灌注樁情況下，樁尖應與地基進行錨固。部分情況下采用人工挖孔方法，應在開挖過程中設置防護墻。

2.高層建筑基礎溶洞處理工藝及保障措施——以KY 某高層商住樓為例

2.1 案例概述

KY 某高層商住樓其結構形式為：上層為框架核心筒體，10 層為轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層之下為商用，轉(zhuǎn)換層之上為居民，而居住為躍層，即在每一層樓面上都有大開口；但因處于熔巖區(qū)，在中心筒附近筏基下面數(shù)m 處有一管狀、不規(guī)則管狀溶洞，其結構與溶洞分布如圖1：

圖1 結構布置圖

從地質(zhì)結構上看，該地塊為KY 向斜東南翼溶蝕型緩坡。出露地層為獅子山組一期下層，巖性以灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、泥頁巖夾灰?guī)r為主。本地區(qū)巖群是單斜產(chǎn)層，產(chǎn)狀為：290，傾角70～50?，F(xiàn)場及周邊地區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)大規(guī)模斷裂活動構造帶。但場位于羅莊—香港路—延安路—內(nèi)環(huán)路-丁口-白楊洞之間一條巨型溶洞管線上方，這條管線穿過中心筒體，對場地穩(wěn)定產(chǎn)生很大影響。由于該區(qū)域位于溶洞強烈發(fā)育區(qū)域，其下層為可溶硬巖體與軟質(zhì)巖，地質(zhì)環(huán)境十分復雜。對工程地質(zhì)不良影響最大的是硬巖型溶洞問題與軟巖類破裂區(qū)。

（1）溶洞：位于響水洞地下河通道徑流區(qū)，周圍巖石以石灰?guī)r為主，大部分為中厚層狀，只有部分是薄層狀。這一地區(qū)巖性節(jié)理比較發(fā)育。由于該巖溶洞穴在場地區(qū)域呈胃形，且?guī)r層厚度大，巖層厚度為4～7m，因此其穩(wěn)定性不佳，應通過計算與分析來進行詳細研究。同時，在現(xiàn)場勘查中發(fā)現(xiàn)，該溶洞圍巖主要是中厚型石灰?guī)r，溶洞中崩塌物質(zhì)很少，而洞壁巖體相對完整。

（2）薄層泥巖夾灰?guī)r破裂帶：以核心筒西部為中心。由于其是薄層構造，節(jié)理與層間裂縫都比較發(fā)育。

2.2 溶洞地基鉆孔灌注樁基礎施工方法

2.2.1 準備工作

溶洞地基鉆孔灌注樁基礎施工前，應做好相應基礎工作。對基礎數(shù)據(jù)進行整理，采用綜合地球物理方法，對地基覆蓋土層、溶洞大小、溶洞規(guī)模等進行詳細分析，并按地面施工規(guī)范要求，對鉆孔灌注樁數(shù)量、直徑、深度等進行詳細分析，以保證計算準確性。做好施工人員、設備與材料進場協(xié)調(diào)，盡量減少進場矛盾，保證施工工作順利進行。在正式施工之前，還要進行現(xiàn)場清理，清理出場地內(nèi)枯葉、碎石、垃圾及場地平整，為下一步樁放樣工作打下堅實基礎[2]。

2.2.2 樁位放線

在進入樁位放線工作階段后，對已完工設計圖紙進行深入研究，并對圖紙上標注內(nèi)容進行梳理，并確定樁位起點，然后按順序進行放線。在具體樁位置放線時，還將采用RTK-GPS、全站儀、水平儀等設備，并根據(jù)需要進行設備調(diào)試，直到達到要求才能投入使用。每個取樣點都有一根短小鋼筋，上面標注至少30cm 鋼筋，上面還涂著紅色顏料，以增加樁眼警惕性。對已完成放樣樁位，應按照規(guī)定進行復查，及時補充遺漏、錯誤內(nèi)容，以保證放線正確性。

2.2.3 護筒預埋

在護筒結構預埋過程中，要根據(jù)收集到數(shù)據(jù)，對鋼護筒深度、鋼護筒內(nèi)徑等進行分析，并利用電腦技術對參數(shù)進行調(diào)整。在此期間，還應充分考慮到巖體埋藏深度與地下水矛盾，對溶洞進行降雨或封堵，以避免出現(xiàn)突水問題。在埋管時，采用的“機械化+人工”方法，為增加套管埋入穩(wěn)定性，套管頂端應高于地面30cm，而套管內(nèi)埋入深度不得小于150cm。

2.2.4 鉆孔

（1）根據(jù)鉆具安裝要求，進行鉆具中軸線、樁位點與鉆頭中心軸線一致性，誤差不超過1mm，保證鉆具安裝的可靠性。

（2）鉆井中，在初期階段鉆井速度不能超過300r/分鐘，在鉆井條件穩(wěn)定后，可將鉆井速率調(diào)節(jié)到500～800 轉(zhuǎn)/分鐘，從而保證鉆井作業(yè)順利進行。

（3）通過洞口進入到穩(wěn)定層時候，清孔可充分利用掏渣筒功能，在清理完畢后，可進行下一步工作。

2.2.5 鋼筋

進入施工現(xiàn)場施工工作：首先，按照規(guī)定進行鋼筋籠制造，鋼筋籠材料應按照操作規(guī)程進行。同時，在鋼筋籠施工中，還應按照“主筋—箍筋—加強筋—定位筋”施工順序來進行。

（1）為提高整體結構穩(wěn)定性，采用1.5～2.0m 間距進行加固。

（2）連接部位，會采用焊接與螺栓固定等方式進行處理，但不能超過50%連接，相鄰焊接節(jié)點高度不能低于50cm。

（3）開始、結束端安裝定位筋，利用吊車將其放入鋼筋籠內(nèi)，整個過程平穩(wěn)，降低因碰撞而造成結構變形，保證裝配效果穩(wěn)定性。

2.2.6 澆筑

在混凝土澆筑之前，應在指定位置預先埋好灌漿管，管子起始點與井眼底部相隔50cm，并在初步密封性與穩(wěn)固性測試后，就會堵住洞口，等到正式澆筑時候才能開啟?；旌虾蠡炷習槐萌氲姐@孔中，在灌注初期要保持緩慢灌漿速度，9m 見方混凝土需停頓15～20 分鐘，以此才能保證混凝土自然下沉，從而提高混凝土質(zhì)量。在澆注時，還要進行振搗，使振搗深度保持在混凝土液面以下1.0m以下，并隨澆注高度升高而逐漸升高，直至全部灌漿工作結束。

2.3 溶洞地基鉆孔灌注樁基礎質(zhì)量控制措施

2.3.1 樁身垂直度控制

由于溶洞區(qū)域巖層硬度不均，有時呈波狀分布，因而在鉆井中，由于巖層性質(zhì)、巖芽、溶溝、漏斗等因素影響，很可能造成鉆柱傾斜，從而影響成孔傾角。因此，在施工過程中，應嚴格控制鉆井速度，特別是在溶洞、傾斜巖面等部位，要按照綜合物探技術要求，合理地調(diào)節(jié)鉆井速度，保證鉆井速度能夠在縱向上平穩(wěn)地進行。在鉆頭發(fā)生傾斜情況下，應及時調(diào)整，并在此基礎上適當拓寬機械底座，以改善結構穩(wěn)定性。同時還要對鋼索受力進行分析，以客觀地判斷出有沒有出現(xiàn)偏孔，從而提高鉆探結果垂直度[3]。

2.3.2 持力層施工質(zhì)量控制

根據(jù)已有施工經(jīng)驗，在實際工程中應注意：（1）根據(jù)先期鉆井技術所獲得整理數(shù)據(jù)，獲取相應柱形圖，參照巖面標高，在工程進尺達到0.5m 時，對鉆渣巖層特征進行調(diào)整，從而優(yōu)化后續(xù)工藝參數(shù)。（2）在進入持力層后，還應加強對進尺控制，以保證其在合理范圍內(nèi)，保證最后工作質(zhì)量。（3）如獲得數(shù)據(jù)不夠精確，則可在這個時候?qū)@頭放入樁孔中，然后對樁基進行鉆探，看看有沒有足夠持力層。

2.3.3 樁底持力層質(zhì)量控制

溶洞基礎持力層以基巖為主，在溶洞影響下，基巖還存在著石芽、漏斗、溝槽等不良巖體。在不利地形條件下，樁基承載力難以滿足規(guī)定要求，容易造成工程事故。為保證樁基持力層質(zhì)量，還應注意：（1）在進行鉆孔前應事先進行勘測，一般采用超前鉆孔進行鉆孔，并進行多次鉆孔，最后確定鉆孔深度。（2）在完成終孔工作后，還要仔細地對鉆頭獲得鉆渣進行詳細分析，并對評價結果與數(shù)據(jù)一致性進行討論，達到要求后才能進行下一步工作。

2.3.4 清孔質(zhì)量控制

在完成成孔工作后，及時進行清孔，其功能是迅速清除孔底沉積物，并能重新掌握泥漿比重。在實際操作中需要使用專門清孔設備來清除孔洞內(nèi)雜質(zhì)。同時，為獲得精確檢測效果，還應對鉆井液特性進行實時監(jiān)控。

2.4 常遇事故及處理措施

2.4.1 漏漿、塌孔

產(chǎn)生這種問題的原因有：由于巖體不夠致密，致使巖體中泥沙迅速流失，進而形成滲水現(xiàn)象，嚴重時，會對鉆孔中泥漿比重產(chǎn)生不利影響，進而發(fā)生塌孔問題。在具體施工中，還應注意到：對易發(fā)生崩塌地層，應預先準備好加固后鋼護筒，必要時采用兩個套管，以保證井壁穩(wěn)定，防止井壁崩塌。預先備好片石、粘土、水源，并對已有滲漏問題進行處理，以減少因滲漏造成不利影響。針對塌孔問題，在鉆孔鉆機底部鋪設鋼板，以此可增大鉆孔承壓范圍，一旦發(fā)生塌孔問題，就能及時將鉆機移動，保證現(xiàn)場工人與機器安全。

2.4.2 偏孔性

產(chǎn)生這種問題主要原因是巖面傾斜、起伏大、巖體傾斜不合理，容易產(chǎn)生偏孔。為解決這類問題，技術人員應對鉆井數(shù)據(jù)進行全面整理，以確定該地區(qū)有可能存在偏孔部位，并對存在問題進行及時糾正，以保證鉆井成果可靠性。在開挖至頂板時，采用小行程法進行鉆孔，同時還應加強對進尺速度監(jiān)控，以保證鉆井工藝合理。如是“半巖半空”，則應在正式施工之前進行灌漿，出現(xiàn)較大問題，則采用澆筑混凝土方法，直到混凝土強度達到規(guī)定程度，才能進行下一步工作。

2.4.3 卡鉆、掉鉆、埋鉆

產(chǎn)生這種問題原因有：一是鉆頭主繩斷裂或松動，使鉆頭掉入井內(nèi)；二是由于鉆孔速度過快，鉆孔中片石沒有得到及時處理，造成卡鉆問題；三是鉆頭掉入井中沒有得到及時處置，造成鉆進問題。針對這類問題，應及時進行老化、破損主繩更換，下鉆之前也要進行質(zhì)量檢驗，達到規(guī)定后才能使用，同時要注意用小沖擊鉆進，等壓實后才能正常鉆進，避免鉆頭進尺太大而被壓碎。

2.4.4 混凝土流失

造成這種問題主要原因是：在灌注混凝土時候，其橫向壓力超過泥漿橫向壓力，從而將泥漿混凝土擠壓到溶洞之中，造成混凝土損失，甚至造成斷裂。為解決這些問題，在特殊施工工藝中，保證混凝土輸送連續(xù)性，從而實現(xiàn)一次灌注樁成形。在灌漿時，還應適當增大管道深度，一般不小于3m，并對灌漿樁混凝土表面進行標高測量，以減少出現(xiàn)滲漏可能性[4]。在混凝土澆筑完畢后，還應在1～3個小時內(nèi)反復測定樁頂標高，若出現(xiàn)較大沉降量，應及時進行補注，以提高成樁效果可靠性。

2.4.5 鋼筋籠

造成這一問題原因是：鋼筋籠在下落時未考慮到溶洞環(huán)境，造成鋼筋籠卡殼現(xiàn)象。針對這一問題，在具體處理時，應根據(jù)溶洞情況，將鋼筋籠慢慢放入，若有卡殼現(xiàn)象，可采用多次抬升緩慢下壓方法使鋼筋籠下沉，以防止鋼筋籠被卡死。如還不能松開，那就慢慢抬起，確認被卡住位置，然后采取相應措施，然后慢慢放下，以此才能保證鋼筋籠的安全[5-6]。

結語：

綜上，文章以高層建筑地基基礎溶洞處理分析進行研究。做好各種施工前準備工作首先，在進行樁基施工之前，要召集有關鉆機與施工管理人員，開一次技術會議，將一些具有操作性工程項目施工方案發(fā)給大家；其次，就是在溶洞樁基附近，準備一些片石、粘土與部分水泥。同時，要對巖溶地區(qū)做一次全面調(diào)查。隧道工程是比較隱秘工程，一旦遇到巖溶，就會給工程建設造成很大困難。任何環(huán)節(jié)疏忽，都有可能導致工程坍塌、漏漿、鉆進等事故，影響工程整體建設，同時也會影響工程使用壽命與安全。