沖孔灌注樁基在巖溶溶洞地質(zhì)的處理.doc

淺談沖孔灌注樁基在巖溶溶洞地質(zhì)的處理關(guān)鍵詞：巖溶溶洞 巖溶發(fā)育 裂隙巖溶 斜坡巖層 超前鉆 擠密洞室 壓漿灌注龍崗文化中心系統(tǒng)工程之一的館（D區(qū)）位于深圳市龍崗區(qū)中心城龍城廣場西側(cè)，南北緊鄰龍城大道和龍翔大道。為地上五層、地下一層的多層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積23500m2，筏板基礎(chǔ)，地基基礎(chǔ)設(shè)計為10001500沖（鉆）孔灌注樁，入巖深度不小于500mm。一 工程地質(zhì)條件簡介：1 地形地貌：現(xiàn)場原始地貌為低丘陵山間第四系沖洪積平原，后經(jīng)人工填土堆填，場地大致南高北低。根據(jù)深圳市區(qū)域穩(wěn)定性評價資料，龍崗區(qū)屬地質(zhì)構(gòu)造基本穩(wěn)定區(qū)，與場區(qū)有關(guān)的東北向區(qū)域的地質(zhì)斷裂層屬基本穩(wěn)定斷裂；而影響地基地面穩(wěn)定的主要因素是巖溶發(fā)育和地下水等因素。2 巖土特征簡介：地質(zhì)勘探報告揭示，巖土自上而下為填土、表土、第四系沖洪積層，下伏基巖為下石炭系統(tǒng)石磴子段大理石巖。下面列表分述如下：（見表一）巖土地質(zhì)勘探報告表 表一代號序號名稱巖土特征描述層厚m平均厚度m介于高程mQml人工填土褐紅、黃，灰色，主要含砂頁巖、巖質(zhì)頁巖等殘積土；濕，松散2.59.15.827.735.89Qpd表土黃灰、土灰色，含有粉砂，濕飽和，松散0.21.00.5727.8734.79Qal+pl1粉細砂灰黃、灰白色，石英成分，飽和松散0.23.51.5427.8433.39Qal+pl2礫砂淺黃、灰白色，石英粉、石英卵石，飽和稍密0.34.31.3726.5434.39Qal+pl3含礫粉質(zhì)粘土褐色、黃灰色，含風(fēng)化巖、大理石角礫粉質(zhì)粘土，可塑狀態(tài)2.321.227.5935.26Qal+pl4含礫粉質(zhì)粘土褐色、黃灰色，含風(fēng)化巖、大理石角礫粉質(zhì)粘土，軟塑流塑1.412.525.5931.68C1ds微風(fēng)化大理石乳白、灰白、灰色，交晶結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，裂隙局部發(fā)育，巖面局部有溶蝕，局部發(fā)育有溶洞層頂標(biāo)高25.5931.68巖土層強度指標(biāo)及巖土層樁基設(shè)計指標(biāo)列表如下：（見表二、三）巖土層強度指標(biāo)表 表二巖土層承載力fak(KPa)壓縮模量Es(MPa)變形模量Ec(MPa)凝聚力C(KPa)內(nèi)摩擦角（度）代號序號名稱Qml人工填土1004.56.51815Qpd表土1104.56.02018Qal+pl1粉細砂1306.012.018Qal+pl2礫砂1908.522.028Qal+pl3含礫粉質(zhì)粘土1706.514.02820Qal+pl4含礫粉質(zhì)粘土603.04.5105C1ds微風(fēng)化大理石4000巖土層樁基設(shè)計指標(biāo)表 表三巖土層狀態(tài)樁周摩擦力特征(KPa)樁端承載力特征值(KPa)代號序號名稱入土深度（m）51015Qml人工填土松散稍密0Qpd表土軟可塑10Qal+pl1粉細砂松散20Qal+pl2礫砂稍密3511001600Qal+pl3含礫粉質(zhì)粘土可塑3090014001700Qal+pl4含礫粉質(zhì)粘土軟塑5C1ds微風(fēng)化大理石75003 不良地質(zhì)現(xiàn)象簡述：A土洞：勘探及超前鉆揭示局部區(qū)域有土洞，深度在18.6020.50m，高程在18,2616.36m，洞高1.90m，洞內(nèi)無充填物；施工時宜作加固處理。B巖溶：現(xiàn)場勘探和超前鉆揭示該區(qū)域樁基持力層基巖的巖溶現(xiàn)象及其發(fā)育；主要表現(xiàn)在基巖面起伏大，石柱、是牙、溶溝、溶洞發(fā)育；巖溶發(fā)育規(guī)律及溶蝕程度受巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水徑流等因素影響，并受區(qū)域內(nèi)侵蝕基準面限制。該區(qū)域溶洞大部分為全充填裂隙發(fā)育巖溶，填充物為流塑狀粉質(zhì)粘土（見表四）；在勘探和超前鉆時均出現(xiàn)漏水、漏漿現(xiàn)象，表明溶洞與外界有水力聯(lián)系或溶洞之間相互連通。 部分溶洞情況一覽表 表四孔號大理巖埋深（m）埋深（m）標(biāo)高（m）洞高（m）頂板厚度（m）充填情況自至自至ZK318.4019.4019.8016.2315.830.401.00全充填ZK522.8025.4027.6012.6610.462.202.60全充填ZK622.8028.8029.409.268.660.601.20全充填ZK913.0013.3014.1022.4721.670.800.30全充填ZK1013.0016.0022.3019.7713.476.301.90全充填ZK1119.9022.0023.1013.2212.121.102.10全充填ZK1215.5015.8016.3019.7019.200.500.30全充填ZK1321.4024.1025.0011.5110.610.902.70全充填ZK1529.2029.6030.109.699.190.500.40全充填ZK1629.2030.6031.508.697.790.900.50全充填ZK1829.2031.7031.907.597.390.200.20全充填ZK1929.2032.0033.507.295.790.101.50全充填ZK2020.4021.9022.9014.9313.931.001.50全充填23.6024.6013.2312.231.000.70全充填25.4026.0011.4310.830.600.80全充填ZK4613.3014.3014.4017.4917.390.101.00全充填4地下水概況：場地內(nèi)含水層主要分布有兩類。A第四系洪沖積層中的粉細砂及礫砂層的含水層；其地下水類型為孔隙潛水，主要受大氣降水和場地附近地下水的側(cè)向補給，地下水位受季節(jié)影響較大；地下水位高程在27.17033.190。B大理石巖含水層；地下水為巖溶裂隙承壓水，在強透水層具有弱腐蝕性；其賦水性受巖溶裂隙及溶洞發(fā)育程度控制；在溶隙、溶洞發(fā)育及連通較好區(qū)域富水性強，且受地下水垂直及側(cè)向補給。二 樁基方案的選定和土洞處理：1樁基方案的選型：根據(jù)上述巖土特性和巖溶溶洞以及含巖溶裂隙承壓地下水等因素；本工程樁基選用了10001500沖擊鉆孔灌注樁，采用正循環(huán)沖擊成孔。沖擊鉆孔灌注樁的原理：用沖擊鉆機帶動沖擊鉆頭，上下往復(fù)沖擊，將鉆孔中的土石砸裂、破碎或擠入孔壁中，用泥漿懸浮出渣；使沖擊鉆能經(jīng)常沖擊到新的巖土層，然后用抽渣筒取出鉆渣造成新孔；沖擊鉆頭亦能擊碎巖溶、斜坡巖和穿透裂隙巖溶洞的頂板。因此，選用沖擊鉆孔灌注樁較適合該工程巖土松散、飽和、含角礫、卵石的流塑粘土層及巖溶溶洞發(fā)育的地質(zhì)且有巖溶裂隙地下承壓水的巖土地質(zhì)層。2沖擊鉆孔灌注樁在土洞區(qū)域的處理：在巖土地質(zhì)里，土洞對建筑地基及地面危害較大，故本工程區(qū)域內(nèi)的局部土洞在樁基施工前必須予以加固處理。一般對于淺層土洞采用開挖充填方式處理；對于深層土洞則采用鉆孔灌注擠密方法予以加固處理。根據(jù)勘探和超前鉆探明，工程區(qū)域的局部土洞介于在高程18.60020.050m范圍，分布不均勻；因此，在全面分析了勘探和超前鉆揭示的資料后，對于容積較小的土洞采取了直接在沖擊成孔的過程中，分次加入碎石或石硝，利用沖擊鉆頭擠密加固土洞；對于容積較大、面積大的土洞，采用多沖孔至土洞，依次分層加入碎石或石硝，利用沖擊鉆頭擠密加固土洞（見圖一）。（示意圖一）沖擊鉆頭擠密加固主要步驟：沖擊成孔至土洞頂拔鉆頭投于碎石或塊石鉆頭沖至洞底標(biāo)高再次拔鉆頭再次投碎石或塊石復(fù)沖直到填滿洞室三 沖孔灌注樁在斜坡巖溶層、巖溶溶洞的處理：因該區(qū)域的巖溶巖面起伏大，且在局域范圍（即地質(zhì)勘探點的范圍內(nèi)）的變化也比較大，土洞、裂隙巖溶及溶洞分布不規(guī)律，而原地質(zhì)勘探資料不能全面揭示巖溶地質(zhì)全貌；所以在樁基施工前，采用超前鉆探（超前鉆）來全面揭示巖溶地貌和準確數(shù)據(jù)，為設(shè)計和施工方案的確立提供依據(jù)。并通過數(shù)據(jù)分析，全面控制整個沖孔灌注樁的施工。1沖孔灌注樁在斜坡巖溶層的處理：沖孔灌注樁在遇斜坡巖時，須在斜坡巖上沖鑿出樁端平臺使樁端有效地嵌入基巖（設(shè)計嵌入深度500）。故在施工前，根據(jù)超前鉆確定斜坡巖的狀態(tài)和走向，擬定相應(yīng)的施工措施。由于該區(qū)域斜坡巖溶上層巖土為呈流塑狀態(tài)的粉質(zhì)粘土層，所以在沖孔灌注樁施工過程中，容易發(fā)生偏鉆和樁端嵌巖不到位的等質(zhì)量問題；其主要原因是沖機鉆頭在沖斜坡巖時，會產(chǎn)生較大的側(cè)向沖擊力，使鉆頭沖擊擠壓斜坡巖坡下方向的巖土而產(chǎn)生變形，導(dǎo)致孔壁偏位；同時會導(dǎo)致鉆頭不能有效沖巖，從而影響樁端嵌入基巖。由于斜坡巖上巖土為呈流塑狀態(tài)的粉質(zhì)粘土，側(cè)向不能抗鉆頭沖擊；因此在沖擊斜坡巖之前，采用了投入片石擠密斜坡巖上的流塑狀態(tài)的粉質(zhì)粘土層（高度約2m），以期達到固結(jié)孔洞側(cè)壁巖土，防止鉆頭沖擊斜坡巖發(fā)生偏鉆。當(dāng)沖機鉆頭到達斜坡巖標(biāo)高時，分次投入片石（每次投入片石5001000mm高度），然后用鉆頭沖擊塊石，使其擠入孔洞側(cè)壁，同時擠出流塑粘土中的飽和水使其固結(jié)，并與塊石形成孔壁（見下圖示二）。（示意圖二）具體施工步驟： 超前鉆數(shù)據(jù)分析沖孔至斜坡巖出鉆投入塊石沖擊塊石擠密孔洞側(cè)壁出鉆二次投塊石復(fù)沖擠密以次往復(fù)至擠密完成沖擊斜坡巖樁端嵌巖清孔、灌注砼2沖孔灌注樁在巖溶溶洞的處理：嵌入基巖的端承樁基在遇到裂隙發(fā)育的巖溶溶洞時，常用的處理方法為洞室注漿和穿透溶洞頂板等。由于該區(qū)域巖溶裂隙、巖溶溶洞發(fā)育較強，與外界有直接水力聯(lián)系，溶洞之間也相互連通，大部分溶洞頂板較?。还食贁?shù)（3個）頂板較厚的溶洞采用壓力灌漿外，其它樁基均采用沖擊鉆頭擊穿溶洞頂板，并用塊石填充擠密溶洞形成井孔，然后樁端沖孔嵌入基巖（設(shè)計嵌入深度500）。主要施工順序： 超前鉆數(shù)據(jù)分析沖孔、擊穿溶洞頂板出鉆投入塊石沖擊塊石擠密溶洞出鉆二次投塊石復(fù)沖擠密以次往復(fù)至擠密完成洞室成孔沖擊樁端嵌巖清孔、灌注砼沖孔穿透溶洞頂板后，分批次投入塊石，通過沖機鉆頭將塊石擠入洞室井孔四周，同時擠出洞室內(nèi)流塑粘土中的飽和水使其固結(jié)，并與塊石形成孔壁。為確保塊石能夠有效地擠密洞室，根據(jù)洞室的容積、高度分批投石，每次投石的高度控制在300500mm（見下圖示三）。溶洞內(nèi)擠密固結(jié)完成形成井孔后，進行沖擊樁端嵌巖、清孔、灌注砼。 （示意圖三） 四 洞室砼澆灌跑漏的處理及獨立洞室壓力灌漿：1洞室砼澆灌跑漏的處理：由于洞室之間相互連通、承壓水過大或洞室不規(guī)則，導(dǎo)致少量洞室井孔壁的擠密未能達到預(yù)期的效果，造成澆灌砼時出現(xiàn)砼漏失現(xiàn)象；因此現(xiàn)場采取了在溶洞孔壁內(nèi)加鋼管護筒的應(yīng)急方案。即在監(jiān)測發(fā)現(xiàn)砼漏失時，立即停止?jié)补?，重新沖孔擠開洞底砼，清孔后用導(dǎo)軌、鋼絲繩將鋼護筒沉入溶洞井底，重新澆灌砼，同時拔除鋼導(dǎo)軌。具體應(yīng)急步驟如下：成孔、清孔澆灌砼發(fā)現(xiàn)漏失停止?jié)补喟纬艑?dǎo)管沖機復(fù)沖洞室底清孔、沉入鋼護筒重新澆灌成樁2巖溶洞室壓力灌漿：根據(jù)超前鉆發(fā)現(xiàn)有三個溶洞頂板厚度大于2米，沖機鉆透比較困難；而對于巖溶溶洞頂板巖預(yù)測鑒定有少量裂隙，不太可能滿足端樁的設(shè)計荷載；因此采取了先在溶洞頂板基巖成樁后，再采用壓力灌漿密實溶洞。主要施工順序如下：沖孔清孔鋼筋、澆砼養(yǎng)護樁頂抽芯至溶洞壓力灌漿檢測、封孔壓力灌漿采用的是在樁頂砼面抽芯到溶洞內(nèi)，埋入注漿導(dǎo)管；同時在樁側(cè)鉆孔安裝析水、導(dǎo)泥漿的導(dǎo)流管。先用高壓注漿機進行高壓沖水形成導(dǎo)流，隨后用配置好的硅酸鹽水泥漿通過注漿管道壓入溶洞底部，灌漿壓力由壓漿泵上的壓力表監(jiān)控；同時監(jiān)測導(dǎo)流管，待導(dǎo)流孔溢出水泥漿后停止壓力灌漿。現(xiàn)將2#、5#、7#的3根樁下洞室壓漿過程的參數(shù)列表如下：溶洞壓力灌漿參數(shù)表 表四樁號灌漿量m3水泥用量kg28強度KPa最大壓力MPa穩(wěn)定壓力MPa析水率%2#1.632