岩溶地基处理方法简介（精选5篇）
岩溶地基处理方法简介 篇1
1 岩溶地区灌浆特点
(1) 工程量大:灌注材料种类多及灌注量大, 在岩溶发育地, 有大溶洞、大溶蚀裂隙的地段, 需要灌注的材料种类多, 一般根据灌注的实际情况及灌注效果而定;由于岩溶地区的防渗帷幕深度大, 帷幕线长, 帷幕灌浆孔排数又较多。
(2) 施工复杂:岩溶地区的地质情况多变, 我们应根据所遇到的实际情况, 采取相应的施工方法, 这就要求我们做到准备充分, 对帷幕灌浆处理地段的地质情况要熟悉的掌握。
(3) 处理时间长、造价高:由于岩溶地区灌浆工程量大、材料多、施工复杂, 所以处理时间长, 造价高。
(4) 隐蔽性:由于帷幕灌浆部位都处于地表以下, 是看不见, 摸不着的, 其质量检查方法为幕前幕后水位观测、示踪试验、压水试验、CT等。
(5) 在一般帷幕灌浆效果检查采用标准为吕荣值q<3LU就可以了, 但在岩溶地区, 仅靠此参数来检查灌浆效果是远远不够的, 需要综合应用扬压力观测, 地球物理勘探检查、电视检查、大口径钻孔检查等方法。
2 岩溶地区灌浆处理方法
由于岩溶地区地质条件复杂且特殊, 在灌浆过程中存在很多不确定因素, 这就要求我们对各种地层的灌浆处理方法有所了解、掌握, 以及对各种材料的准备要充分。溶洞的处理要根据溶洞的发育情况及防渗要求, 一般为先封闭, 再充填密实。其施工方法有:
(1) 当溶洞有很大的空间时, 可以先投入大粒径的卵砾石, 充填满后进行水泥砂浆灌注;密实也可以直接灌注混凝土进行封堵溶洞, 经过待凝一段时间后, 再在此段进行纯水泥浆的压入灌浆, 使得该处进一步密实。当溶洞空间足够大, 同时处于工作基面较浅时, 最好把溶洞进行揭露, 根据防渗要求, 可进行浇混凝土板墙等方法处理, 在灌注时方法也是多种多样的。
(2) 对于无充填型溶洞, 在施工过程中同样要先查明岩溶规模, 包括溶洞的大小、发育方向、顶底板孔深, 是否为管道状等, 做好详细的地质情况记录。在查明溶洞的规模后, 采用下述方法进行处理:[1]若查明的岩溶为管道状时。可利用钻孔用清水往孔内冲填土、砂、砾石级配料。其中的砾石先用粒径2mm~5mm, 接着用5mm~10mm、10mm~20mm、20mm~40mm等, 由细逐级变粗, 冲填中不断下入钻具扫、搅, 直到在某一级不能再继续填进时为止, 最后再灌注M20水泥砂浆或水泥浆。也可用碎石和混凝土交替回填, 回填采用C15或C20细石混凝土, 细石混凝土坍落度应大于14cm, 细石粒径不大于40mm, 回填碎石的粒径不大于80mm为宜。[2]当溶洞为充填型溶洞时。可采用较大口径钻孔成孔, 并利用高压水冲除充填物并回填C15或C20混凝土, 再进行补强灌浆。在含沙含泥岩溶地段进行高压灌浆难以成孔, 若以带孔眼的钢管插入溶洞内形成人造孔壁, 则可防止塌孔;在灌浆过程中也容易被砂土颗粒堵塞高压阀门或灌浆设备, 浆液可用较大的压力通过花眼射入土层;借高压力的作用, 水泥浆可以进入到砂土层中去, 或将充填物压密, 挤出其所含水分, 达到灌注、压实充填物的目的;再则可根据处理区帷幕体所承受的水头压力, 适当降低灌浆压力, 保证帷幕体的连续性。[3]对于埋藏较深溶洞。可先进行溶洞周围灌浆, 使充填物逐渐被水泥浆体挤压、密实, 然后再按逐序加密的原则进行溶洞部位的钻孔补强灌浆;深层岩溶的处理, 采用花管法或旋喷法等辅助措施均有困难时, 可先在岩溶周围进行灌浆, 使岩溶充填物逐步被水泥浆体挤压、固结, 然后再按逐序加密的原则进行溶洞部位的钻孔灌浆。④充填型 (半充填) 型溶隙 (溶缝) 。可采用高压水冲洗后灌注M15或M20砂浆, 再进行补强灌浆;或采用0.5∶1的水泥浆进行高压挤密灌浆。若充填物不具有隔水性, 可对其充填物与水泥浆进行置换灌浆。
(3) 在施工过程中, 若溶洞发育地段可以扩大灌浆孔孔径或进行竖井开挖时, 则要采取扩大灌浆孔孔径或竖井开挖, 便于了解溶洞的发育情况, 了解溶洞内充填物是否有隔水效果, 作出对充填物是否进行清理的详实判断, 使得灌浆工作采取相应的施工措施, 为工程节约成本。
(4) 在施工过程中出现溶缝时, 采用常规灌浆无法结束、同时混凝土也灌注不了时, 可采取以下方法处理:[1]降压:用低压甚至用自流式灌浆, 待裂隙逐渐充满浆液, 浆液的流动性降低后, 再逐级升高压力 (根据压力与流量的关系) , 按常规要求进行灌浆。[2]限流:限制注入率不大于10L/min~15L/min, 以减小浆液在裂隙里的流动速度, 促使浆液尽快沉积。待注入率明显减小后, 将压力升高, 使注入率基本保持在10L/min~15L/min水平, 直至达到灌浆结束标准后结束灌浆。[3]浓浆灌注:采用最稠的水泥浆 (一般为0.5∶1) 进行灌注。④加速凝剂:在最稠的浆液 (一般为0.5∶1) 中掺入水玻璃、氯化钙, 对于吸浆量较大的, 可根据实际情况灌注一定数量并待凝后, 再采用纯浆液进行灌注。⑤灌注水泥砂浆:根据灌注情况, 掺砂量可以按水泥重量的10%、20%……100%逐步增加;砂的粒径也可逐渐变粗。将砂浆搅拌均匀后, 用砂浆泵灌注。⑥间歇灌浆:灌注一定数量水泥或灌注一定时间后, 暂停一段时间。每次间歇之前, 水泥灌浆量或灌浆时间根据地质情况、灌浆目的确定, 间歇时间宜在2h以上, 使灌浆材料具备一定初凝效果, 才能使灌浆压力及流量有所改变。
结语
总之, 岩溶地区的灌浆具有很大的挑战性, 处理溶洞的方法也是多种多样的, 在处理时要善于总结经验、优化施工方案;在施工前做好充分的准备工作, 避免在施工过程中出现“边勘探、边设计、边施工”的“三边”工程, 根据不同的地形地质条件以及溶洞发育规模, 配备相应的施工作业人员及施工设备。
摘要：随着水利水电建设的发展, 灌浆技术也得到了快速的发展和应用, 但是在岩溶地区的灌浆处理方面还不成熟。岩溶地区的地基透水性极强, 在岩溶发育的基岩上筑坝, 大坝基岩、水库周边和库区渗漏通道的处理是非常重要的, 同时处理的施工技术和施工工艺均较复杂。因此, 在大规模投入施工前要详细的查明坝基与库区的地质条件, 了解坝基与库区的渗漏情况、渗漏规律、地质形成原因, 提出合理的防渗处理方案。本文主要对灌浆技术在对大吸浆量地层、特大漏水通道岩溶地段等特殊地层的灌浆方法和施工工艺进行了分析。
关键词：岩溶,灌浆,方法
参考文献
[1]中梁电站灌浆技术要求[Z].
[2]李茂芳, 孙钦.大坝基础灌浆 (第二版) [M].北京:水利电力出版社, 2010.
[3]DL/T5148-2001, 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].
岩溶区桥梁冲击钻孔事故处理方法 篇2
1、工程概况
柳州市广雅大桥近似呈东西走向。大桥东岸上跨雅儒路,接广雅路,通往市中心;西岸接河西路和磨滩路,与西环线相连,广雅大桥桥址桩号为K0+249.722~K1+307.662,桥长约1058m,主桥宽36m,引桥宽3 0 m和2 5 m,主桥为(6 3+2×2 1 0+6 3)海鸥式钢箱拱桥,西岸引桥为(4×30+5×30+4×34)m连续箱梁桥,东岸引桥为(3×3 0)m连续箱梁桥。
根据桩位处各岩土层的成因、成分及力学强度的不同,可将其划分如下:素填土(1)、耕土(2)、淤泥质土(3)、粘土(4)、粉质粘土(5)、卵石(6)、强风化白云质灰岩(7)1、中风化白云质灰岩(7)2、溶蚀裂隙破碎带(7)3、微风化白云质灰岩(7)4、溶洞(7)5。
2、溶洞地区钻孔桩冲击成孔事故原因、处理及预防措施
2.1 梅花孔
当钻进到中风化白云质灰岩及溶蚀裂隙破碎带时,常出现梅花孔事故,其原因主要是这类地层是非匀质地层,易出现探头石,造成局部孔壁凸进,成孔不圆。
出现梅花孔后,通过用片、卵石混合粘土回填钻孔,重新冲击的方法,顺利通过了此类易出现梅花孔事故的地层。
2.2 钻孔偏斜
当钻进到强风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶洞地层时,有时出现钻孔偏斜事故,其原因主要是由于岩层中灰质含量不一,受到侵蚀的程度也不同,岩层软硬不均、岩面倾斜、有溶槽、溶沟和不规则的空洞、土洞,造成冲击钻底部受力不均等。
在钻孔过程中遇到软硬不均的地层时,冲击钢丝绳会有规律地向一侧摆动,这时可向孔内倾斜方向抛填片石或混凝土块,小冲程冲击,当冲击绳没有大的摆动,垂直上下时即可正常钻孔。
若岩面倾斜较缓或钻面有部分溶洞,可向冲击钢丝绳倾倒方向一侧填小片石,小冲程逐渐修正倾斜面,直至全部钻面孔位修正到同一平面改为正常冲程。如果上述效果不好,可反复回填冲击纠偏或清孔后及时灌注80cm~100cm高度的混凝土,待24h后再重新钻孔,可纠偏成功,这种处理方法需要在停止钻孔至重新钻孔期间密切注意孔内泥浆变化情况,及时补充泥浆。
若岩面倾斜坡度陡或钻面溶洞面较大时,可向冲击钢丝绳倾斜一侧回填较大尺寸的片石和粘土,用小冲程来冲砸回填混合物,逐渐纠正倾斜。
若岩层倾斜面太陡,岩层较硬,纠偏不成功时,可采用水下爆破或利用地质钻机密排钻孔再改为上述方法冲击纠偏。
广雅大桥的预防方法是根据详勘地质资料,在倾斜的岩面上回填30cm~50cm厚的片、卵石,然后冲击成孔,成功的避免了钻孔偏斜事故的发生。
2.3 卡锥
当钻进到粘土层、中风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶沟、溶槽地层时,经常发生卡锥事故,分析原因主要有:在粘土层中冲击的冲程太高,泥浆太稠,以致冲锥被吸住;溶沟、溶槽卡锥;钻孔形成梅花形,冲锥被狭窄部位卡住;孔口掉下石块或其他物件,卡住冲锥。
处理和预防卡锥应先弄清情况,针对卡锥原因进行处理和预防。处理时宜待冲锥有松动后方可用力上提,不可盲动,以免造成越卡越紧或造成坍孔、埋钻[1]。
通常用打捞钩、活套进行打捞或用千斤顶协助提锤;当卡钻部位为较坚实的岩层时,可用低浓度的泥浆置换高浓度的泥浆,清理孔中的泥渣,利用爆破法、上下反复顶撞卡点岩块、或辅以其它工具等松动钻头周边的岩体,将钻头提出,再用片石回填至卡钻部位以上1 m,采用短冲程穿越该地层。
2.4 漏浆
当钻进到中风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶沟、溶槽、溶洞地层时,经常发生漏浆事故,分析原因主要是溶洞漏浆或基岩内有裂隙存在。
钻孔前预先在孔口准备足够的粘土、片石和适当数量的袋装水泥,设置2个容量较大的泥浆池,保证桩孔一旦出现漏浆,能及时补浆和回填桩孔。
根据地质勘察报告,在中风化白云质灰岩、溶蚀裂隙破碎带及溶沟、溶槽地层时发生漏浆,采用回填粘土、片石混合物(重量比1:1),采用小冲程冲击投下的混合物,待孔内泥浆稳定后,继续冲孔;在溶洞地层施工时,在在接近溶洞顶板1 m左右时,加大泥浆比重,小冲程冲击,逐渐击穿顶板,同时安排专人观察孔内泥浆面的的变化,发现孔内泥浆面下降,立即提起冲锤,及时补充泥浆,回填粘土、片石和袋装水泥(重量比1:1:0.2),停置一段时间(一般为一天),在停置期间若孔内泥浆继续下降,应随时补充泥浆和回填混合物,待孔内泥浆稳定后,方可继续冲孔,采用小冲程冲击投下的混合物,使其挤入溶洞中,堵塞溶洞通道。在冲击过程中,孔内泥浆还会多次下降,每次泥浆下降,都要及时提起冲锤,补充泥浆和回填粘土、片石,并停止冲孔一天,待稳定后继续冲孔,如此循环反复,直到桩孔不再漏浆为止,顺利穿越溶洞。穿越溶洞进入中风化白云质灰岩或溶蚀裂隙破碎带,冲击时冲程不宜过大,以免振坍溶洞已固结的护壁。
2.5 坍孔
柳州市广雅大桥西岸引桥1 1#墩4#桩设计为嵌岩桩,桩径为1.8 m,桩长为40.36m,地质情况为:0~1.3m为素填土;1.3~19.8m为粉质粘土;19.8~30.9m为卵石;30.9~31.2m为强风化白云岩;31.2~33.5m为中风化白云岩;33.5~36.1 m为充填溶洞(粘性土、砂质及岩屑充填);36.1~38.5m为溶蚀裂隙破碎带;38.5~40.1m为中风化白云岩;40.1~45.6m为溶蚀裂隙破碎带;45.6~46.1m为中风化白云岩;46.1~47.2m为溶蚀裂隙破碎带;47.2~59.8m为中风化白云岩。当冲孔冲到37.6m时,泥浆急剧下泄14.8m,护筒及周边的地面下陷7.6m,钻机落入坑中只露出钻架顶,周围下陷范围大约1 5 m。
处理方法是用粘土回填基坑,在护筒周围用挖掘机小心掏挖,用大型吊车将钻机吊出,然后向孔中回填黄泥、片石。稳定1星期后,重新放样、埋置护筒,用冲击钻冲孔时却再次塌孔,随后将设备撤出工作区,用黄泥、片石回填至原地面,稳定1星期。在测量放样、护筒埋设完毕,在护筒周围以30 cm的间距布设φ28螺纹钢,钢筋起弯后以桩位为中心焊在钢护筒外侧,向四周延伸2.0m呈发散状均匀分布,其上浇筑h=0.8m的C25混凝土,在混凝土中加入适量的早强剂,养护1星期后冲孔。冲孔过程中,仍然发生了3次小规模的泥浆渗漏现象,采用投入泥块、片石处理,最后顺利成孔。
本桩施工中发生大面积沉陷,分析原因主要是溶洞较大且覆盖层松散,在冲击钻冲击力、机架自重、外界水压力作用下,原来趋于稳定的回填材料失稳使孔中泥浆严重泄漏,造成大范围坍塌。为预防发生坍孔,如地质钻探资料表明岩层以上为松散或易坍塌的岩土时,通过采用加长护筒穿越覆盖层,将工作场地周围超前加固,安全地完成了类似地层的钻孔施工,没有再发生坍孔事故。
3、总结
岩溶地区的特殊地质构造,使得在冲击钻孔施工中,更容易发生梅花孔、偏孔、卡锥、泥漏浆渗、坍孔等钻孔事故,因此,在此类地层中进行冲击钻孔施工前,应专门组织有关技术人员研究学习有关钻孔事故的处理和预防措施,并且成立钻孔处理应急小组。尽量不要在出现问题后再想办法处理,以降低处理成本,保证施工进度;施工现场派技术人员分两班或三班在工地24h轮流值班,发现问题及时上报处理。
由于钻孔施工是一项技术性、经验性很强的工作,钻孔作业人员、特别是钻机操作人员和现场管理人员,必须具有较强的实际施工能力,在施工过程中,要能对发生的问题进行及时的判断和处理,因此施工前还应组织桩基队钻机机长学习钻孔事故的处理和预防知识,使他们对岩溶地区钻孔事故的处理方法和预防措施做到心中有数。
因岩溶区地质情况复杂,无规律可循,在施工过程中应详细记录和观察钻孔情况和地质情况,发现地质情况变化时,应根据具体情况调整施工方法,采取有针对性的施工方案,尽量避免不利于施工的情况发生,以保证施工质量、安全和进度。
在广雅大桥的施工过程中,根据该桥具体复杂的地质情况而制定的施工方案,具备一定的针对性,有效地解决了在岩溶地区桥梁冲击钻孔施工中易出现的梅花孔、钻孔偏斜、卡锥、漏浆、坍孔等一系列施工技术难题,为确保大桥整体施工进度创造了十分有利的条件,取得了良好的社会效益和经济效益。
摘要：通过对柳州市广雅大桥岩溶区桩基施工实例,对岩溶形成过程、岩溶地区冲击钻孔施工中发生的梅花孔、偏孔、卡锥、泥漏浆渗、坍孔等现象进行了分析,总结了相应的处置方法。
关键词：岩溶区,桥梁,钻孔,事故,处理
参考文献
岩溶地基处理方法简介 篇3
关键词：岩溶,溶洞,建筑基础,综合处理
岩溶发育期溶洞建筑基础的研究需要进一步深入, 根据不同性质的溶洞特点进行建筑基础施工的选择, 并进行符合其实际需要的综合方法的应用。
1 岩溶发育区溶洞概述
从性质上来说溶洞主要分为四种类型, 分别是空溶洞、多层溶洞、大型溶洞、有充填物溶洞, 其中全填充和半填充的溶洞数量最多, 这种类型的溶洞填充物主要有砂砾、碎石、卵石、淤泥质土以及粘土等, 大型的溶洞高度基本在3 m左右, 而填充物溶洞高度最高能够达到27 m, 多层溶洞的高度最小。在具体的溶洞建筑基础工程施工过程中, 例如岩溶发育地区溶洞周围钻孔灌注桩施工工程, 通常需要根据不同的溶洞类型使用不同的方案, 例如回填素混凝土、压力注浆以及钢护筒跟进等。
2 岩溶发育区溶洞回填填充处理方法
回填填充法通常适合规模较小的岩溶溶洞, 使用这种方法填充溶洞, 具体的填充物需要根据溶洞的实际状况来确定, 下面介绍几种不同类型的回填方法。
2.1 片石回填法
使用正常的钻孔施工方法, 溶洞被钻穿之后, 开始投入片石或者黄土, 之后使用钻头冲击将片石和黄土挤压到岩溶裂缝中, 同时还可以掺入少量的水泥、锯末或者是烧碱, 这样能够提高钻孔孔壁的稳定能力, 这种方法通常适用于高度小于3 m的溶洞, 加之基本没有填充物, 所以施工方法比较简单。 (1) 片石回填物使用比例。总的原则是提高片石的使用效率, 所以片石和黏土的比例一般为3∶7, 如果需要掺入水泥, 比例是2包/m, 锯末和粘土比例是1∶9; (2) 片石回填物掺入方法。片石选择石灰岩 (强度≥30 MPa) , 石块粒径20 cm左右即可, 粘土使用水泥袋包装, 然后进行投放, 通常整袋投放最佳, 将片石和装有粘土的水泥袋分层间隔掺加, 以溶洞顶板为标高, 回填高度要高于顶板1 m; (3) 隧道建筑工程片石回填法施工注意事项。
钻机工作过程中要注意周围地表沉降以及护筒内水位变动, 避免出现漏浆现象, 同时根据周围地质图, 在接近溶洞时要加强观察, 以抽取的岩石样本为依据来判断是否接近地层, 在接近岩溶地层的时候主绳松绳2 cm左右, 避免在穿过岩壳时出现卡钻现象, 岩溶地层上壳钻穿之后如果出现漏浆现象要及时投放粘土块和片石, 并且要及时加水, 保持水位高度。
2.2 素混凝土回填
这种方法适用于中小型溶洞, 不论是否有填充物都不受影响, 施工方法比较简单, 但是相对于大型溶洞, 其造价比较高, 使用正常的钻孔方法, 一旦溶洞出现漏浆现象或者倾斜岩面状况, 就要使用低标号的混凝土进行回填, 之后间隔一段时间, 然后使用冲击钻钻孔。 (1) 素混凝土回填混凝土标号以及比例。这种方法通常使用C20素混凝土, 也可以使用C15或C10标号的混凝土, 并且可以在混凝土中加入少量早强剂, 这样能够提高混凝土初期强度, 节省大量的施工时间。 (2) 掺入方法。针对有倾斜角度的岩石层表面, 为了能够更好的矫正钻孔空位, 通常需要与倾斜岩面平齐, 溶洞处的回填顶层要高于顶板50 cm。
2.3 注浆加固回填法
这种方法通常适合高度<1 m或多层溶洞类型的溶洞, 对于有填充物的溶洞也可以使用此方法, 但是施工造价相对较高。注浆加固法就是通过对照特定地区地质柱状图, 对桩穿过的溶洞使用这种方法。 (1) 注浆加固法注浆孔的布置。参照地区地形以及钻孔柱状图, 找到该地区最大的溶洞, 如果是连通性的溶洞, 只需要找到最大的溶洞, 然后进行注浆加固即可; (2) 压力控制。使用这种方法进行注浆的过程中, 压力不应太大, 通常压力控制在1.0 MPa左右, 具体的数值需要根据施工现场试验结果而定, 灌浆速度保持在20 L/min, 如此能够保证浆液顺利渗透到填充物中, 更快的凝固, 浆液渗透的最小直径为3 m, 浆液渗透过程中必须使用注浆管插到填充物最底层, 在注浆过程中注浆管要缓慢拉起; (3) 隧道建筑基础工程施工注意事项。使用间歇性注浆的方法, 避免浆液浪费, 同时注入的浆液和碎石达到凝结之后再开始注浆, 循环多次, 指导满足规定的注入数量, 有顺序的对不同孔洞进行注浆, 后面注浆的孔洞压力要逐渐调高, 最后进行封孔。
2.4 钢护筒跟进加固
使用这种方法在冲孔过程中要配合接钢护筒, 同时将钢护筒压到钻孔内部, 钢护筒的选择:首先内护筒的长度及直径通常有一定规定, 护筒长度L= (h+H) , 其中h是超前钻确定的溶洞高度;H是溶洞顶部到地面高度加上30 cm之后的距离。使用单层护筒内直径要比桩直径长10 cm, 使用多层护筒最内层的护筒内径要比桩直径长10 cm, 完成护筒内径比内层护筒直径长10 cm。使用钢护筒其孔径必须准确, 在跟进加固时护筒连接一定要保持顺畅, 使用卷扬机来固定成型, 钢护筒的选择要保证一定刚度, 单个大型溶洞需要使用单层护筒跟进加固, 两个大型溶洞要使用双层护筒进行跟进加固。使用冲击钻钢护筒跟进加固施工过程中, 考虑到隧道建筑基础性能, 要充分利用冲击钻性能, 发挥扩孔作用, 保证钢护筒能够顺利下沉, 冲击钻钻头直径要比钢护筒外径长4 cm左右, 钢护筒安置到位之后, 冲击钻钻头直径要根据成孔要求进行适当调整。
3 结语
溶洞回填要根据不同地形和溶洞特点选择更加合适的方法, 在具体施工过程中要考虑到各种方法的经济性, 及时根据现场状况作出调整。
参考文献
[1]胡晓.岩溶发育区域钻孔灌桩的施工[J].中华民居 (下旬刊) , 2012, (5) .
岩溶地基处理方法简介 篇4
广州市华南路3期工程B1合同段 (平沙互通立交) , 主线K 4+500～K 6+000, 包括主线、匝道道路路基、排水、桥梁、涵洞及改移道路等工程。该工程位于广州市郊新市镇平沙和夏茅村, 合同段主线路基长322.8 m, 匝道路基长514 m, 土石方填方9.303 3万m3。合同段设主线桥1座, 长1 177.217 m, 匝道桥5座, 桥长1 248.712 m;涵洞通道3座, 其中主线涵洞通道1座, 匝道涵洞通道2座。属珠江三角洲冲积平原区, 局部为风化剥蚀残丘。地形开阔平坦, 地面高程一般为6～12 m。互通分别于菜地、稻田、厂区、民房和鱼塘上通过, 并横跨广花一级公路、旧广花公路和新国际机场高速公路 (见图1) 。区内地表水发育, 水渠、水沟纵横交错, 鱼塘星罗棋布。除上述3大干线公路外, 区内还有多条乡村公路贯通。广州地处南亚热带气候区, 年均气候21.8 ℃, 1月均温13.3 ℃, 7月均温28.4 ℃, 年降雨量为1 694 mm, 夏、秋两季常有1～4次台风侵袭。
1 不良地质与特殊地质现象
场区内不良地质有灰岩中的岩溶及含煤地层中的挖煤通道和采空区, 特殊地质有软土、软塑黏土。
(1) 岩溶K 4+500～+598段内各工程场地为隐伏岩溶发育区, 其中K 4+596～+760、K 4+914～K 5+300、K 5+350～+598、MK 0+110～+126、QK 0+151收费站等地段为岩溶极发育区, 区内洞顶板标高-2.29～-44.48 m, 洞底板标高-6.65～-48.40 m。
(2) K 5+710～K 6+000段含煤地层浅层采空区及通道地段, 系清朝及解放前无组织的民间开挖行为所致, 紊乱而无记载。近百年来, 附近的农田改造已使地表发生巨变, 居民也更换多代, 目前只能从部分地表坍陷调查得以证实。该区域对路基有一定影响。
(3) 区内软土零星分散, 埋藏深浅不一, 彼此孤立不相连, 多呈薄层条带状或透镜体状分布, 为灰黑色极软塑至流塑状淤泥、淤泥质土, 有臭味, 绝大多数位于桥基浅部。OK 0+700～+710路堤段, 软土埋深10 m左右, 层厚1～3 m。上覆土层0～3 m为软塑状黏土, 3～5 m为松散饱和的细砂层, 5～10 m为硬塑状黏土, 软土之下为微风化灰岩。
在实际施工中, 该标段地质情况相当复杂, 桩基础施工很困难。几乎所有的桩基础都遇到溶洞, 溶洞层数最多的达6层;溶洞累计高度达10 m以上。
2 塌孔处理
在溶岩地区, 采用一般的钻机钻孔或冲孔机冲孔, 塌孔现象是经常发生的。对于一般的塌孔, 采取及时补浆并加大泥浆浓度或加黄泥片石填充即可解决;塌孔比较严重的, 在充填黄泥中掺加少量的水泥也可较有效地解决。若在下钢筋笼后或浇注水下混凝土过程中塌孔, 则必须采取特殊的处理工艺。
(1) 将混凝土浇注至与钢筋笼顶面齐平, 待混凝土达到设计强度的70 %后, 再用冲锤冲。冲的结果是混凝土像岩石一样破碎, 而钢筋折断成5～10 cm, 一般情况下可以捞起, 特殊情况下可采用磁铁吸起清除。采用这种处理方法一般可获得较好的效果。
(2) 华南路3期工程B1合同段的桩基设计深度39 m, 钢筋笼就位后, 混凝土浇注到10 m (即深度为29 m) 时发生塌孔。对于这种情况, 是废弃, 还是将钢筋笼切除后再处理, 需要进行经济比较。一般是变更设计, 采用两桩抬梁, 但费用会大幅度增加。因此, 采用的处理方法是:潜水切除钢筋笼, 按塌孔情况处理后继续冲孔, 达到设计深度后, 按常规下钢筋笼和浇注水下混凝土。值得注意的是, 潜水处理钢筋笼需由专业的潜水人员完成, 并采取足够的安全措施。
(3) 根据经济比较, 也可采取塌孔后回填砂黏土, 然后于钢筋笼外围打入钢护筒, 再进行人工挖孔接桩处理。若此法使用得当, 不但省钱、省时, 也很安全。
3 通过溶洞的基桩处理
(1) 华南路3期工程B1合同段 (平沙互通立交) Z3右桩, 桩径1 m, 其地质情况为上覆盖第4纪岩层, 厚18 m;以下以饱和的、松散的亚砂土、粗砂和砾石为主, 厚约22 m;再下为灰岩, 灰岩顶板厚0.7 m, 其下为2.5 m厚部分充填深洞, 充填物为饱和松散状砂土;溶洞底下为微风化岩。
施工采用冲击钻进, 泥浆护壁。某日零时, 当桩孔冲至40 m时冲开溶洞, 开始快速漏浆, 浆液下降14 m, 立即填土加浆仍无法控制, 4.5 h后发生大塌方。塌方后, 地面形成一个直径约7 m、深2.5 m的圆坑。中心呈漏斗状, 有水, 圆坑周围有环形裂隙, 随后回填土、石并进行夯实处理。
根据上述情况, 再行冲孔时, 若仍采用一般性泥浆护壁, 势必难以成孔, 无法保证不再次发生漏浆塌孔。为了确保成孔率, 经研究, 提出了两个方案。一是高稠度泥浆护壁冲填片石方案, 即重新开孔后, 首先用比重>1.5 g/cm3的膨润土造浆, 冲孔过塌方顶盖处抛填2 m3左右的片石, 下冲1 m左右, 再抛填2 m3左右的片石, 如此连续冲孔并抛填片石3次左右, 以确保塌孔处侧壁稳固;其次在冲过溶洞时, 在孔口附近的安全位置预备大量的泥土、片石和铲车, 以确保及时填充, 护住液面标高。二是钢护筒方案, 该方案对于已探明为多层溶洞的桩基和市区、道路旁等桩基坍塌危及临近建筑的桩基施工效果明显, 钢护筒的打入深度应穿过地下易坍塌的砂层或砾石层。两个方案比较, 钢护筒方案造价较高, 但相对保险。这两种方案施工单位在类似Z3右桩地质情况下曾使用过, 其结果是采用钢护筒方案的施工进度较快, 一次成功;采用稠度泥浆护壁冲填片石的方案大部分一次成功, 但也有些会继续塌孔, 需要反复多次冲填片石。也有的在浇注水下混凝土后突然发生跑浆 (混凝土流向溶洞内) 现象, 加大了混凝土浇注量。在新机场高速公路工程中, 按上述施工方案处理的100余根基桩, 经测试全部合格, Ⅰ类桩达到100 %。
(2) 华南路3期工程B1合同段 (平沙互通立交) Z20桩基, 该标段地质资料显示为3层溶洞结构。26 m深处是第1层溶洞顶, 该处溶洞高5 m, 为空洞, 无充填物。采用钻孔方法钻至溶洞位置即予停钻, 然后充填泥浆, 待稳定在一定高度, 即灌注C 20混凝土至高出洞顶1 m左右停灌。待混凝土达到设计强度的70 %后, 重新开钻至第2层溶洞, 重复使用上述方法处理第2层和第3层溶洞, 待最后1层溶洞处理完毕, 按照正常钻孔方法成孔, 直至成桩。
4 结语
溶岩地质桩基础的处理方法很多, 但必须在实践中进行探索。对于大溶洞、多层溶洞的处理方法, 除采用钢护筒通长护壁外, 还可采用高稠度泥浆充填片石 (或碎石、石粉等) 的施工方案进行尝试。如果受工期所限, 则采取钢护筒通长护壁进行处理为好。
摘要：结合工程实例, 介绍了溶岩地区桩基础的处理工艺和处理效果。
岩溶地基处理方法简介 篇5
1工程概况
某小区项目为十多栋19层~ 29层住宅楼,框架—剪力墙结构,设计2层地下室,地下室占地面积约20 000 m2。基础形式为CFG桩( 水泥粉煤灰碎石桩) 加筏板基础。基坑开挖形状总体呈近似矩形。场区地形较为平坦,自然地坪标高在331. 31 m ~ 332. 25 m之间。建筑物总高度约89 m,室外设计标高331. 30 m。 开挖深度为11. 80 m,除东侧为已建17层住宅小区外,其余的三面为空地。本基坑支护方案为东侧采用排桩支护,南北侧因无建筑物,采用放坡加挂网锚喷支护。由于基坑开挖深度较大,基坑开挖过程中控制与预防地下岩溶承压水是基坑支护和土方开挖的关键。当基坑开挖至8. 2 m深度时,在东南侧有4个部位出现基底土层渗水开裂,有地下水从裂隙中涌出,后续出现“沸腾”突涌现象。发生基底涌水后,刚开始紧急采用水泵抽排基坑涌水, 但无法降低地下水位,后现场启动应急预案处理,及时疏散人员, 挖掘设备,最终在日排水量达2万m3仍无法降低地下水位时,只好暂停抽水等待采取措施。突涌发生后,最终稳定水位在地面下3. 5 m处,水位标高327. 80 m。
2场地岩土工程条件
2. 1地层工程地质条件
龙岩区域上地处闽西南拗陷带中,断裂构造发育,区内岩石主要为陆相和海陆交互相沉积而成。中心城区地貌为山间盆地地貌单元,拟建场地地形较为平坦开阔,微地貌单元为龙津河的冲洪积一级堆积阶地,地下基岩为二叠系栖霞组石灰岩。拟建场地地处北北东向新华夏系背斜构造X( 12) 轴部的北端,受北北西向张性正断层X17切割影响,场地内岩溶发育。岩土层分布较为复杂,根据勘察成果,场地揭露土层为第四系( Q4al + pl) 冲洪积物和残积物,基岩为二叠系栖霞组( P1q) 灰岩。岩土层自上而下分为6层: 1素填土,厚度1 m ~ 3 m; 2粉质粘土,厚度2 m ~ 3 m; 3含泥卵石,厚度3 m ~ 6 m; 4次生红粘土,厚度3 m ~ 15 m; 5含角砾粉质粘土,厚度5 m ~ 35 m; 6中风化灰岩,最大揭露厚度15 m。
勘察钻探中4次生红粘土和5含角砾粉质粘土层局部发育有土洞,6中风化灰岩局部钻孔见溶洞发育。在本场地灰岩埋深在14 m ~ 80 m之间,岩面起伏大,属于浅~ 深覆盖型岩溶区,岩溶、土洞较发育。岩溶形态以石笋、溶洞、溶沟、溶槽形态分布。
2. 2水文地质条件
根据含水层的性质及赋存条件,本场区地下水分为两种类型: 上部3含泥卵石层的第四系孔隙型潜水,水位埋深约3 m,水位标高328. 30 m,富水性一般,透水性较好,补给来源主要为大气降水,渗透系数为20 m/d; 下部灰岩内存在的岩溶裂隙承压水,水位埋深3. 5 m,水位标高327. 80 m。补给来源主要为大气降水、地表水及浅部地下水补给。根据现场抽水试验,揭露该含水层单井涌水量大于5 000 m3/ d。
3基坑突涌的发生机理
3. 1岩溶承压水的形成和特征
承压水是指上下两个隔水层之间的含水层中的地下水,亦称层间水。灰岩中因顶板倾斜、含水层厚度变化,特别是补给区水位高于本区隔水层顶板时,该含水层形成压力水头并高于顶板。 岩溶水是指赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中的水,又称喀斯特水( karst water) 。岩溶水的基本特征是: 水量丰富而不均一; 含水系统中多重含水介质并存。水量受岩溶发育程度的控制,在岩溶强烈发育区,受大气降水或地表水的补给快,水量丰富。岩溶水的运动速度变化很大,因此其流态变化也很复杂。在溶孔、 溶隙中,地下水缓慢地渗流,水流流态属于层流状态; 而在溶洞、 暗河等岩溶管道中,地下水流速大,处于紊流状态; 在介于两者之间的大裂隙中则多显示过渡的混合流状态。
龙岩盆地四面环山,周边山体岩性多为文笔山组泥岩、粉砂岩和童子岩组的泥岩、粉砂岩等煤系地层,为隔水岩组,区内受断层切割影响,周边山体形成阻水岩体。龙岩中心城区下覆的石灰岩受区域构造和长期溶蚀影响,溶蚀裂隙经长期发育成为地下暗河。在区内灰岩出露和浅覆盖型裂隙发育区,吸收大量的大气降水和地表径流,补给形成了丰富的岩溶裂隙水。区内整体地势呈南高北低,地下水流向由南侧向北侧径流排泄。地下水大量汇聚,并由水平方向变为垂直方向向上运动,因岩溶发育和水位进一步抬高,在强大的静水压力下,岩溶承压水在第四系冲积层较薄弱处涌出地表,形成天然涌泉。
3. 2基坑突涌机理
基坑突涌是指建筑场地基坑开挖后,因其下部存在承压含水层,基坑底面以下的隔水土层在下部承压水的水头压力作用下, 引起基底土体隆起开裂并同时发生涌水涌砂的现象。基坑开挖过程中,基底下不透水土层厚度越来越薄,承压水可能顶破坑底而发生隆起、突涌,酿成基坑工程的重大危险事故,因而在基坑开挖中是必须严格注意的问题。目前,关于承压水基坑抗突涌稳定的定量分析方法很多,除了经典压力平衡法( 规范法) 外,还有土体剪切破坏理论、土体挠曲破坏理论、综合考虑土体强度和刚度理论及统计预测法等,但不同方法的假设条件不一致,具一定的局限性。事实上,不难理解隔水土层的抗剪强度、基坑的平面尺寸、开挖时有无支护等都是影响基坑突涌的重要因素。
针对本工程实际情况,我们选择GB 50021—2001岩土工程勘察规范2009版7. 3条经典压力平衡法( 规范法) 来分析本次基坑突涌问题。确切的说,当H≥Hcr时,上覆土层的重力不小于承压水的浮力,此时是安全的; 当基坑开挖至H < Hcr后,基坑下土层的重力小于下部承压水的水头压力时,此时有可能发生突涌。
如图1所示,本基坑工程隔水底板主要为4次生红粘土和5含角砾粉质粘土层,隔水土层的临界厚度为:
式中: γ———隔水土层的重度;
γω———水的重度;
H———基坑开挖后不透水层的厚度,m;
h———承压水头高于含水层顶板的高度;
K———安全系数,计算临界厚度时取1. 0。
根据本次基坑突涌结果,h = 10. 5 m,γ = 18. 5 k N/m3,γω= 10 k N / m3,K = 1. 0,把以上数据代入式( 1) ,经计算得Hcr= 5. 7 m。 这一计算结果与基坑开挖至8. 2 m时发生突涌非常吻合。
4基坑发生突涌的处理方法
4. 1常用处理方法
突涌处置措施方面,根据龚晓南等主编的《深基坑工程设计施工手册》介绍,通常有“隔水帷幕”“降压降水”及“封底加固”三种技术措施。
1) 隔水帷幕。
对于承压含水层埋藏深度相对较浅的深基坑工程,设计中可设置较深的地下连续墙作为隔水帷幕,并进入下部不透水层一定的深度,达到隔断基坑内外承压水的水力联系的目的,然后采用常规的基坑疏干降水法排水措施。
2) 降压降水。
对于基坑底部承压含水层以上覆土不足以抵抗承压水头而又不适合隔断承压水的工程,可采用降压降水的方法。降压降水方案应结合周边环境条件等因素并通过计算综合确定。设计降压井后,应使基底以下含水层上部保留的覆盖层土体重力大于承压含水层的水头压力。
3) 封底加固。
封底加固措施一般适用于开挖至基底标高时,承压水的浮托力略大于上覆土重时,不能满足抗承压水稳定性的基坑。封底加固一般可采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩等加固体,利用地基处理后,基底土体重度、土层抗剪强度的提高,以及基坑内部密布基桩的类似加筋作用,起到抵抗承压水压力的目的。
结合本工程实际,“隔水”法因基岩埋深起伏大,在岩层浅的地方难以设置地下连续墙隔水帷幕,不宜采用。经专家论证,综合考虑,优先选用封底加固措施适时结合降压措施。
4. 2本工程突涌处理方案
首先,整个开挖基坑进行全面回填至稳定承压水头以上约1. 0 m,标高至328. 70 m; 充分考虑对东侧已建17层建筑的影响, 在东侧已建的排桩支护体系中设计多道内斜支撑,在东侧基坑外围小区路面施工3排梅花形钻孔,进行止水帷幕灌浆,外围再施工多个地下水回灌井,减少对东侧建筑的影响。其次,在开挖基坑边界施工3排梅花形钻孔,孔间距为3 m,进行止水帷幕高压注浆; 整个基坑范围内按孔间距3 m进行高压旋喷注浆; 在4个突涌点范围周边一定范围内加密注浆钻孔,孔间距加密到2 m。注浆孔深度进入设计地下室基底下约10 m ~ 15 m,在灰岩比较浅的地方穿过破碎层进入完整岩层一定深度。采用双管注浆方案,压力注浆目的是: 封堵地下渗水、孔隙水,加固土体,提高土体重度和抗剪强度。第三,加强对周边临近建筑的变形观测。
4. 3注浆效果检测和补救方案
注浆一段时间后,选取其中一个突涌点进行钻孔抽水试验, 检测注浆的效果,经试抽水,发现孔内水位难以降低,该点注浆止水效果不明显。考虑到该项目工期延误较久,急于开工,且大面积注浆已对土体起到一定的加固作用,后经专家再次论证,确定分段开挖,先开挖突涌点外围,基底设置多道排水盲沟,在地下室边界外侧的基坑底设置4个~ 5个集水坑。开挖至突涌点时,遇涌水导入排水盲沟进入外侧集水坑,抽排出基坑外。最终基坑开挖完时经测算总涌水水量达4. 8万m3/ d。抽水工作直到上部结构重量大于地下水浮力时,准备回填基坑外侧填土时才停止。
5结语
1) 随着龙岩中心城市高层建筑地下室及地下工程的建设,基坑开挖的深度不断增加,基坑周边环境条件更加复杂,由此而产生的岩土工程问题也愈来愈多,岩溶承压水条件下的基坑抗突涌问题应引起充分重视。在该区进行工程建设,基坑开挖前应充分分析和论证基坑开挖和地下水控制方案,特别对于基坑发生突涌时的处理方法要得当,要及时,否则将造成巨大的损失。
2) 处理岩溶水基坑突涌的隔水帷幕、降压降水、封底加固三种方法,存在各自的适用条件和优缺点,如隔水帷幕方法虽然安全,但地下连续墙存在造价高,施工质量难以保证等缺点; 降压降水法易造成基坑周边建筑沉降开裂; 封底加固宜进入一定深度等,选用时要综合考虑经济、安全及对周边环境的影响。
3) 规范采用的压力平衡法来验算基坑的抗突涌稳定性,即把承压含水层水头压力与上覆土层单位面积质量相等作为基坑突涌破坏的判断标准,并未考虑基底土层自身的抗剪强度、基坑平面尺寸和坑内桩基等作用。该方法在实际使用中偏保守,易造成经济上的不必要的浪费。目前这类问题理论分析方法和计算模型多样,但都存在一定的局限和缺点。根据不同的工程特点和场地岩土工程条件合理选用计算模型,才能使计算结果更接近实际。
参考文献
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