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摘要:冲击式成孔灌注桩,由于对岩石的破碎力强、成孔快等原因,而被广泛应用于坚硬岩土层中的桩基础工程。但在某些岩土层中,往往存在着岩溶带,如在冲桩成孔过程中,遇地下溶洞,容易发生桩孔漏浆、塌孔、卡锤、埋锤、甚至无法成孔等事故。本文论述在岩溶发育地段施工冲孔灌注桩,根据溶洞情况(溶洞大小、有无充填物),采用溶洞预处理+钢套筒的施工技术。
关键词:冲孔灌注桩溶洞地基加固钢护筒
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
一、工程概况
广州市逸彩新世界第一小区江边组团(T1-T3单元)位于广州市芳村珠江桥西桥双桥路东侧,珠江河以南地段。工程建筑总面积43279 m3,含3幢地上20层,地下2层的建筑物。施工场地地下水位较高(在原土面下1米),受珠江潮汐影响大。根据地质勘探资料反映,场地内有活动性断裂构造通过,溶洞比较发育且具有很大连通性,分布范围广,南通珠江,北通芳村大道。溶洞顶面砂层较厚(10~16m),溶洞顶板岩层较薄(0.3~1.2m),溶洞所处深度不同,最浅的0.2~2.2m,最深的达到4~6.9m。
二、地理、地质概况
据钻探揭露,场地地层由第四系覆盖层主要为杂填土、冲积而成的淤泥质土、粉质粘土、砂层以及风化残积而成的粉质粘土,下伏基岩为三叠系沉积岩。根据钻探资料分析该地层所遇溶洞、裂隙层较多,且溶洞发育地带多处在微风化灰岩下,而微风化灰岩面以上为砾砂、粉细砂以及粉砂,且粉砂砾砂层厚度大,中风化岩层以下有大量溶洞,溶洞比较发育且具有连通性,岩层溶蚀裂隙多,杂土层及砂土层中含水丰富。
溶洞可分为全充填溶洞和半充填溶洞,全充填溶洞中的充填物大多為流塑~软塑状粘性土,常含砂或粉性粘土,局部见半边溶蚀灰岩。半充填溶洞下部充填流塑状粘性土,上部则无充填物,为充水的空间。
地下水主要为冲积区内的第四系空隙承压水(局部有上层滞水)及深部基岩裂隙水。基岩中局部裂隙、岩溶发育,裂隙、岩溶水较丰富。
三、土、溶洞的预处理施工
1、工艺流程
2、注浆施工
(1)排气孔施工
结合本工程溶洞发育为南北朝向,排气孔按南北方向以桩中心呈对称布置,共设置2个排气孔,以增大遇到溶洞且为同一个溶洞的可能性,同时可充分探明溶洞分布、洞内充填情况。在同一桩径内,如地质超前钻资料显示有溶洞,但排气孔成孔中并未反映有溶洞的,则相应增加排气孔数量,直至找出该溶洞为止。
根据该孔的成孔记录中各层溶洞的位置、深度,在溶洞高度范围内的部分,对PVC管两侧面开不小于管径的小孔、间距为300~500mm呈梅花形布置。在溶洞注浆时,使溶洞内的空气或地下水能顺利排出,防止溶洞空间压力过大而导致注浆失败。
(2)填充孔施工
靠近溶洞顶面标高较浅的排气孔一侧设置填充孔(距离为300~500),使填充孔能位于同一个溶洞的最高点,同时亦可减少排气孔在灌注混凝土时被同时堵塞的情况出现,能有效的确保混凝土能较好地充填洞内空间。
对于串珠状溶洞的填充孔采用下双套管方式成孔,先采用Φ150钻头钻至第一层溶洞内,再预埋φ150钢套管至第一层溶洞顶部,换用φ130钻头穿透下一层溶洞顶部岩层,然后下φ130钢套管至最底层溶洞。防止在锤击套管时土层受到挤压导致阻塞套管,使混凝土泵送不到溶洞内。
(3)灌注混凝土
针对多层溶洞的情况,采用由下往上逐层提管灌注的方式进行混凝土灌注,即灌注完最底层溶洞后,提升灌注管(φ130钢管)至上一层溶洞进行灌注,依次并逐层往上灌直至灌完顶层溶洞。为防止灌浆时管道受压后反弹,必要时用挖土机对φ130灌注管施加压力,以增加φ130灌注管在灌注混凝土时的抗抬升能力,避免因φ130灌注管的抬升造成堵孔现象;
采用C20碎石混凝土加速凝剂为灌注材料,使浆体在溶洞内加快凝固,即使浆体在溶洞内流失但无法冲走细石,亦能达到填充溶洞的效果。灌注混凝土过程,应根据泵送压力的变化来确定混凝土来料,根据以往施工经验,当输送泵泵送压力值持续上升达到25~30Mpa时,即表明溶洞内已充填满混凝土,此时可结束混凝土灌注施工。
四、套管钢护筒
为防止溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响,带走部分填充的砂浆,使已填充的溶洞存在着一些细小空洞,针对此问题对冲孔桩进行添加钢护筒的施工措施。
(1)、钢护筒的制作安装
钢护筒的直径:钢护筒内径=桩径+200mm。桩径为1.40m~1.60m选用壁厚为14mm的钢板,桩径为1.80m选用壁厚为16mm的钢板,桩径为2.00~2.50m选用壁厚为20mm的钢板。
对地质资料显示有溶洞的工程桩,先用该桩直径的桩锤成孔至溶洞顶,并采用高密度护壁泥浆,然后移开桩机,采用90kW振动锤和50t吊机配合打设钢护筒。钢护筒采用分节吊装焊接,分节高度为8.0~10.0m,孔口对焊,振打入桩孔内。
(2)施工要求
埋设钢护筒后,为加固钢护筒下部的土层,防止再次塌方。应在桩锤一边冲孔的同时,一边加入3:7的片石+红泥,直至达到设计要求的终孔深度为止,在冲进过程中的片石和红泥受到挤压,使桩周形成孔壁,以加固钢护筒下部与溶洞顶面岩层的孔壁防止塌孔。而且这种施工方法也可在溶洞内部形成有效的片石护壁,减少因桩锤穿透溶洞顶面后,泥浆流失量及浇筑桩芯混凝土时的用量。
五、实施情况
通过溶洞预处理+钢护筒冲孔桩施工方法,大大缩短了冲孔的施工时间,同时,当遇到溶洞时孔内浆液流失,但由于添加了钢护筒,使砂层的侧压力作用于钢护筒上,避免了孔内失去平衡造成塌方,减少了施工现场坍塌事故的发生。
六、结语
尽管地下情况千变万化,但只要我们认真分析,采取有效的对策、措施和严格的现场质量管理,使整个桩基在施工过程中减少了塌方的事故、节约了工程开支。同时,通过本工程的实践,我们认为:采取注浆加固是对付溶洞最有效、最经济、最合理的施工技术措施,但由于溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响,带走部分填充的混凝土,使溶洞内仍然存在空洞。因此在冲孔桩施工中因添加了钢护筒,使砂层的侧压力作用于钢护筒上,令塌方事故减少,保证了工程桩施工过程中人员、机械设备等安全。
参考文献:
1.建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)。
2.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)。
关键词:冲孔灌注桩溶洞地基加固钢护筒
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
一、工程概况
广州市逸彩新世界第一小区江边组团(T1-T3单元)位于广州市芳村珠江桥西桥双桥路东侧,珠江河以南地段。工程建筑总面积43279 m3,含3幢地上20层,地下2层的建筑物。施工场地地下水位较高(在原土面下1米),受珠江潮汐影响大。根据地质勘探资料反映,场地内有活动性断裂构造通过,溶洞比较发育且具有很大连通性,分布范围广,南通珠江,北通芳村大道。溶洞顶面砂层较厚(10~16m),溶洞顶板岩层较薄(0.3~1.2m),溶洞所处深度不同,最浅的0.2~2.2m,最深的达到4~6.9m。
二、地理、地质概况
据钻探揭露,场地地层由第四系覆盖层主要为杂填土、冲积而成的淤泥质土、粉质粘土、砂层以及风化残积而成的粉质粘土,下伏基岩为三叠系沉积岩。根据钻探资料分析该地层所遇溶洞、裂隙层较多,且溶洞发育地带多处在微风化灰岩下,而微风化灰岩面以上为砾砂、粉细砂以及粉砂,且粉砂砾砂层厚度大,中风化岩层以下有大量溶洞,溶洞比较发育且具有连通性,岩层溶蚀裂隙多,杂土层及砂土层中含水丰富。
溶洞可分为全充填溶洞和半充填溶洞,全充填溶洞中的充填物大多為流塑~软塑状粘性土,常含砂或粉性粘土,局部见半边溶蚀灰岩。半充填溶洞下部充填流塑状粘性土,上部则无充填物,为充水的空间。
地下水主要为冲积区内的第四系空隙承压水(局部有上层滞水)及深部基岩裂隙水。基岩中局部裂隙、岩溶发育,裂隙、岩溶水较丰富。
三、土、溶洞的预处理施工
1、工艺流程
2、注浆施工
(1)排气孔施工
结合本工程溶洞发育为南北朝向,排气孔按南北方向以桩中心呈对称布置,共设置2个排气孔,以增大遇到溶洞且为同一个溶洞的可能性,同时可充分探明溶洞分布、洞内充填情况。在同一桩径内,如地质超前钻资料显示有溶洞,但排气孔成孔中并未反映有溶洞的,则相应增加排气孔数量,直至找出该溶洞为止。
根据该孔的成孔记录中各层溶洞的位置、深度,在溶洞高度范围内的部分,对PVC管两侧面开不小于管径的小孔、间距为300~500mm呈梅花形布置。在溶洞注浆时,使溶洞内的空气或地下水能顺利排出,防止溶洞空间压力过大而导致注浆失败。
(2)填充孔施工
靠近溶洞顶面标高较浅的排气孔一侧设置填充孔(距离为300~500),使填充孔能位于同一个溶洞的最高点,同时亦可减少排气孔在灌注混凝土时被同时堵塞的情况出现,能有效的确保混凝土能较好地充填洞内空间。
对于串珠状溶洞的填充孔采用下双套管方式成孔,先采用Φ150钻头钻至第一层溶洞内,再预埋φ150钢套管至第一层溶洞顶部,换用φ130钻头穿透下一层溶洞顶部岩层,然后下φ130钢套管至最底层溶洞。防止在锤击套管时土层受到挤压导致阻塞套管,使混凝土泵送不到溶洞内。
(3)灌注混凝土
针对多层溶洞的情况,采用由下往上逐层提管灌注的方式进行混凝土灌注,即灌注完最底层溶洞后,提升灌注管(φ130钢管)至上一层溶洞进行灌注,依次并逐层往上灌直至灌完顶层溶洞。为防止灌浆时管道受压后反弹,必要时用挖土机对φ130灌注管施加压力,以增加φ130灌注管在灌注混凝土时的抗抬升能力,避免因φ130灌注管的抬升造成堵孔现象;
采用C20碎石混凝土加速凝剂为灌注材料,使浆体在溶洞内加快凝固,即使浆体在溶洞内流失但无法冲走细石,亦能达到填充溶洞的效果。灌注混凝土过程,应根据泵送压力的变化来确定混凝土来料,根据以往施工经验,当输送泵泵送压力值持续上升达到25~30Mpa时,即表明溶洞内已充填满混凝土,此时可结束混凝土灌注施工。
四、套管钢护筒
为防止溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响,带走部分填充的砂浆,使已填充的溶洞存在着一些细小空洞,针对此问题对冲孔桩进行添加钢护筒的施工措施。
(1)、钢护筒的制作安装
钢护筒的直径:钢护筒内径=桩径+200mm。桩径为1.40m~1.60m选用壁厚为14mm的钢板,桩径为1.80m选用壁厚为16mm的钢板,桩径为2.00~2.50m选用壁厚为20mm的钢板。
对地质资料显示有溶洞的工程桩,先用该桩直径的桩锤成孔至溶洞顶,并采用高密度护壁泥浆,然后移开桩机,采用90kW振动锤和50t吊机配合打设钢护筒。钢护筒采用分节吊装焊接,分节高度为8.0~10.0m,孔口对焊,振打入桩孔内。
(2)施工要求
埋设钢护筒后,为加固钢护筒下部的土层,防止再次塌方。应在桩锤一边冲孔的同时,一边加入3:7的片石+红泥,直至达到设计要求的终孔深度为止,在冲进过程中的片石和红泥受到挤压,使桩周形成孔壁,以加固钢护筒下部与溶洞顶面岩层的孔壁防止塌孔。而且这种施工方法也可在溶洞内部形成有效的片石护壁,减少因桩锤穿透溶洞顶面后,泥浆流失量及浇筑桩芯混凝土时的用量。
五、实施情况
通过溶洞预处理+钢护筒冲孔桩施工方法,大大缩短了冲孔的施工时间,同时,当遇到溶洞时孔内浆液流失,但由于添加了钢护筒,使砂层的侧压力作用于钢护筒上,避免了孔内失去平衡造成塌方,减少了施工现场坍塌事故的发生。
六、结语
尽管地下情况千变万化,但只要我们认真分析,采取有效的对策、措施和严格的现场质量管理,使整个桩基在施工过程中减少了塌方的事故、节约了工程开支。同时,通过本工程的实践,我们认为:采取注浆加固是对付溶洞最有效、最经济、最合理的施工技术措施,但由于溶洞灌混凝土预处理工作受潮汐影响,带走部分填充的混凝土,使溶洞内仍然存在空洞。因此在冲孔桩施工中因添加了钢护筒,使砂层的侧压力作用于钢护筒上,令塌方事故减少,保证了工程桩施工过程中人员、机械设备等安全。
参考文献:
1.建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)。
2.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)。