溶洞地区桩基的设计及施工

溶洞地区桩基的设计及施工

收稿日期:2009208227

作者简介:顾晓星(19802),男,工程师,国家一级注册结构工程师,南京市市政设计研究院有限责任公司,江苏南京　210008

顾晓星

摘　要:论述了特殊地质条件溶洞地区基础的设计,较详细阐述了桩基的选用原则,以及溶洞地区桩基的施工注意事项,

解决了桩基施工中存在的问题,从而保证桩基施工质量。关键词:溶洞地区,桩基,冲孔灌注桩,施工中图分类号:TU473.1文献标识码:A

1　工程概况1.1　地形地貌

鲤鱼江脱硫综合楼位于一个剥蚀丘陵环绕的河谷堆积盆地

之中。拟建工程场地位于烟囱前的草坪上,原始地貌不复存在,场地已整平,地形平坦,高程134.5m 左右,相对高差不大于0.28m 。

1.2　不良地质现象

拟建场地下伏基岩为可溶性石灰岩,基岩上方为砂卵石层,地下水丰富,因此,场地具备了岩溶发育条件,尤其基岩浅表地带更是如此。场地35个钻孔中,已探明有溶洞的孔共2个,分别为479号孔和504号孔。479号孔中溶洞纵向长度为7.40m ,顶板高程为103.20m ,底板高程为95.80m ,充填物主要为棕红色流塑～软塑状黏性土,混卵石和粗砂,从充填物成分可判定该溶洞为非闭合型;504号孔中溶洞纵向长度为1.60m ,顶板高程为117.70m ,底板高程为116.10m ,钻进中未取到充填物。场地遇洞率约5.7%。其他钻孔中未见溶洞发育,但因灰岩顶部地下水富集,且基岩面起伏很大,从而推测灰岩顶部溶沟、溶槽发育。2　岩土工程条件分析

本工程场地区地层类别较少,规律性较好,但地层厚度变化较大。场地西北侧地层厚度变化相对较小,场地东侧变化大,尤其基岩面起伏变化大,呈突起突落状,部分地段基岩面突降后又向里凹曲,形成外伸的岩壁,如480号,482号,487号,488号,506号孔中均有出现。由于岩壁一般较薄,其下伏为砂卵石层,近似悬空的岩体,所以,采用基岩作持力层时应将基础底面穿过岩壁,进入稳定岩体中。已探明基岩面的最大高程为122.60m ,最小高程为95.80m ,相对高差达26.80m ,表明基岩表面溶沟、溶槽及石笋相当发育。由地勘报告可知,④层卵石和⑦层灰岩力学性能良好,承载力较高,且分布广泛。这两种地层埋深一般大于10m ,因此建筑物宜采用桩基础形式。卵石层层厚1.0m ～15.4m 不等,厚度变化大,且其下⑤层含砾粗砂系软弱层,因此,卵石层不宜作桩基持力层。灰岩岩质坚硬,为良好的桩基持力层。

3　桩基选型及论证3.1　预应力管桩

　　2)外因。施工现场排水不畅,加之基底下持力层土分布不均匀,致使浸水变形且不均。粉质黏土性质不是很好,且没判定湿陷性,加之上部结构施工正值雨季,地面排水措施不佳,大量地表水浸入地基,加剧了地基变形。内因加外因致使建筑物产生了较大不均匀沉降。

4　地基加固处理措施

用于处理湿陷性土地基的方法很多,一般采取灰土垫层、强夯法、重锤夯实法、压密注浆、挤密桩、锚杆静压桩等多种方法。本工程属于病害治理,前几种方法都需要破坏已建建筑物,不仅

工期长,而且造价高。综合考虑经济技术指标,决定选用压密注

浆、锚杆静压桩等加固措施处理。这些方案成本低,工期短,施工

过程的控制相对容易。另外,为做好防水工作,对基槽周围的填

土进行挖除,以免浸水影响地基,同时对基础附近的管道进行密

封,以防管道漏水浸泡地基。

5　加固效果的评价

为了检测加固的效果,对注浆加固以后的复合地基再次进行

了静载荷试验及130kPa 压力下浸水湿陷性试验,其试验的具体方法和过程类同加固前的试验。试验结果为地基承载力标准值111.3kPa ,在130kPa 压力下浸水的附加沉降量仅3mm ,根据《岩土工程勘察规范》中的规定,地基已不具有湿陷性。由试验结果我们可以断定,采用压密注浆加固后的地基达到了预定的目标,加固效果很好。通过对本次湿陷性黄土地基的湿陷性进行分析处理,可以得出以下结论:对已完工或接近完工的建筑物,处理

地基湿陷性的理想方法是采用锚杆静压桩和压密注浆加固,本方

案既经济又短期。

参考文献:

[1]　G B 5002522004,湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2]　J G J 7922002,建筑地基处理技术规范[S].

[3]　G B 5000722002,建筑地基基础设计规范[S].

[4]　G B 5020222002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[5]　朱建军.浅谈软土地基处理常用方法[J ].山西建筑,2008,

34(25):1272128.

Analysis and evaluation treatment about collapsible loess foundation

NIU Li

Abstract :According to introduction and corres ponding test research of on the geological situation of one project foundation soil level ,it analyzes causes of resulting larger unevenness settlement of the building ,and adopts reinforcement measures of com paction grouting and anchor static pressure pile to get collapsible loess foundation treatment ,which gets good effect.

K ey w ords :collapsible loess foundation ,unevenness settlement ,test research ,reinforcement

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第36卷第1期2010年1月　　　　　　　　　　　　　　山西建

筑SHANXI 　ARCHITECTURE

Vol.36No.1Jan.　2010

　　这种桩的特点是刚度大,抗裂性能好,抗腐蚀和耐久性均优

于其他类型桩,但这种桩用于地层较平坦时比较优越,对于本工程,各土层倾角陡,厚度变化大,桩长不好把握,截桩、接桩情况多,施工较麻烦,对于本工程场地来说并不合适。

3.2　人工挖孔桩

据调查,当地也有用此桩型的工程,它的特点是:1)桩底无沉渣,桩端持力层得到充分发挥,承载力高;2)质量易保证,挖孔时可直观土层,能摸清楚孔底岩层的岩性及风化程度,且孔底沉渣、积水易清理干净;3)可根据持力层的需要调整扩大桩头直径,充分利用桩身混凝土强度,经济性好;但对于本工程的场地来说,持力层较深,且持力层以上砂层厚,地下水位又浅,涌水量大,降水费用高,挖孔难度大,施工安全难以保证,所以本工程不宜采用此桩型。

3.3　沉管灌注桩

1)此桩适用于软弱的黏性土及砂土层,但它不易穿越太厚的

密实砂层。场地地层主要为黏性土、松散～密实状砂土,局部地段可能会遇到悬空的基岩岩壁。2)这种桩单桩承载力主要受桩周土的摩阻力影响,而本场地土层厚度差异大,单桩承载力差别大,不好控制取值,土层差异大造成桩长难以确定,只能打到⑦层或⑨层土,控制最后三阵锤的贯入度,这样施工不易保证,再者,这种桩不能满足较大的承载力要求,所以也排除采用此桩型。

3.4　冲孔灌注桩

冲孔灌注桩除能适用于地下水位以下的黏性土、砂土及地质情况复杂、夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层外,还能穿透旧基础、大孤石等障碍物。根据上述各桩型特点,结合场地地层特点,本工程场地适宜采用钻孔灌注桩,其次为人工挖孔桩。人工挖孔桩在孔深达到砂土层时,施工必须有可靠的技术措施和安全措施,否则不宜采用该桩型。

4　桩基施工

4.1　持力层厚度及稳定问题

桩底岩溶造成桩基不稳定,主要原因是存在溶洞,具体情况千变万化,处理方法、手段也多种多样。本工程采用最主要的方法是打穿溶洞寻找可靠的持力层,其次采用充填物(灌入混凝土、

水泥砂浆或纯水泥浆)或加桩。

4.2　溶洞偏孔,塌孔处理措施

在该工程的冲孔灌注桩成孔过程中因遇溶洞漏浆造成塌孔

桩3根,每个塌孔2次以上,对于遇溶洞的桩孔在施工中采取如

下措施:1)施工现场南侧30m 处设置储量80m 3的大浆池1个,四周布置储量15m 3小浆池4个,以保证冲孔过程中遇溶洞漏浆

时有充分的泥浆补充。2)在地勘报告中揭露有溶洞的桩孔,开冲

前在孔四周储备袋装黄泥6m 3～10m 3,片石6m 3～10m 3,一旦

发生漏浆现象及时回填黄泥片石堵漏,对于遇细砂层、卵石层较

厚的桩孔,适量投入黄泥加水泥造浆护壁。3)冲孔操作过程控

制:桩机操作人员技术高低与操作配合熟练与否对成孔影响较

大,在冲孔过程中,进入溶洞前要做到小冲程低锤密击,泥浆比重

控制在1∶1.3～1∶1.5,应保证泥浆补给泵到位,黄泥片石填充料

充足,应急处理人员到位,工地材料铲运设备到位,发生漏浆及时

处理,通过漏浆→回填→返冲→再漏浆→再回填的循环处理,一般才能取得较好的效果。4)遇偏孔、缩孔处理措施:在成孔过程中,因岩面陡峭起伏较大而产生偏孔缩孔的现象时有发生,应停止钻进,回填片石夹黏土至偏孔位0.5m ～1m 以上,采用低锤密击纠偏,如此反复达到正孔为止。

4.3　遇卡钻、掉钻处理措施

在冲孔过程中,应经常检查钢丝绳的磨损程度、卡环松紧度、转向装置是否灵活,发现问题及时修理,以免掉钻。

卡钻时,应交替松紧钢丝绳,将钻锤缓缓吊起,不得硬拉猛提,防止拉断钢丝绳,必要时,采用适量炸药爆破,松动钻锤,或采用打捞钩,钩住打捞环,用汽车吊或葫芦等工具助力提升。遇掉钻时,应立即打捞,用打捞钩钩住钻锤打捞环把钻锤捞上来。

4.4　终孔判定

钻(冲)孔灌注桩入岩终孔判别,是保证桩基全截面嵌岩的一

个重要环节,冲孔达到设计持力层时,应及时请现场监理工程师见证捞渣取样,检测桩孔深度、桩径及垂直度偏差是否符合要求,请建设、监理、设计、勘察、质监等单位代表进行终孔验收,确认终孔后,办理有关签证手续。如何判定桩孔底岩性,是否与勘察提供的地质资料所表述的岩性一致,是判别能否终孔的关键所在。如何使所取岩样真实反映孔底持力层岩样,也是一个实际操作较难把握的问题,一般是在孔口护筒溢浆处捞渣,当桩孔较深,入岩深度要求不同(设计入岩0.5m )的情况下,孔口岩渣与桩孔底部渣样有较大差别,通过现场探索采用小型捞渣筒,应在孔底打捞岩渣才能比较真实的反映孔底岩性。

4.5　清孔措施

在判定确认终孔验收后,应立即进行清孔,冲孔灌注桩一般采用反循环排渣清孔,第一次清孔泥浆比重较大,一般大于1∶1.30,孔底沉渣基本清干净后,放探笼检测桩孔直径、垂直度偏差是否符合要求,如果偏差较大,要用钻锤修孔纠偏,直至符合要求再安放钢筋笼,下导管,进行二次清孔,通过二次清孔使孔底沉渣厚度不大于50mm ,泥浆比重为1∶1.15～1∶1.20,含砂率不大于8%,粘度不大于28s ,方可浇筑桩基水下混凝土。

5　结语1)对复杂的地基要进行充分的调查研究,既要了解当地的常规做法,因地制宜,更要弄清场地的地质构造,摸清溶洞、土洞的空间形状后再确定设计方案。2)在施工过程中要结合实际情况,及时解决存在的问题,与时俱进,从技术上保证施工质量。3)要

及早与当地有关部门协商,了解当地技术水平和验桩的方法、要求,做好验桩的准备工作。参考文献:[1]　刘金波.建筑桩基技术规范理解与应用[M ].北京:中国建筑工业出版社,2008.[2]　中元国际工程设计研究院.结构设计50[M ].北京:机械工业出版社,2004.[3]　陈　勇,王道俊.岩溶地区超长钻孔灌注桩施工技术[J ].山西建筑,2008,34(8):1132114.Pile foundation design and construction in karst cave area

GU Xiao 2xing

Abstract :Foundation design in special geological condition 2karst cave area is discussed.The selection principle of pile foundation is elaborated in detail.In addition ,matters deserving attentions in construction process are mentioned in order to resolve the questions encountered construc 2tion and ensure construction quality of pile foundation works.

K ey w ords :karst cave area ,pile foundation ,punched cast 2in 2situ pile ,construction

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821・第36卷第1期2010年1月

山西建筑