岩溶地区钻孔灌注桩施工探讨

2022-09-26

不同地质中, 岩溶地区地质条件尤为复杂, 它常出现如土洞、岩溶 (溶洞、溶沟、溶槽) 等不良地质现象。虽然岩溶地区的基岩以石灰岩为主, 为理想的建筑物桩基础持力层但因其地质条件较为复杂, 不同地质条件下的钻孔灌注桩施工中, 岩溶地区的钻孔灌注桩施工是难度较大的一种。笔者参与了一些岩溶发育地段的钻孔灌注桩工程, 对在岩溶地区的钻孔桩施工情况较为了解, 本文结合一工程实例, 提出一些施工中遇到的问题和有效防治方法。

1 工程地质条件

该工程的地基由第四纪冲积层、风化残积层和石碳纪岩所组成, 由于发育过程中经历了多次构造运动, 形成了一系列东北向褶皱并有大致平行于褶皱轴间的纵断层和大致与之垂直的横断层, 并在地下水的作用下形成岩溶地貌 (溶沟、溶洞、土洞) 。最小的溶洞高度为0.1m, 最大的达到18.9m。溶洞在同一桩位一般为1~2个, 多则达3~6个。溶洞内部为空洞或由黏土、砂土全充填、半充填。地下水主要靠降水补给, 由上部松散层渗透补给基底岩石。由于岩溶发育, 漏水现象严重, 部分已经完全渗漏, 给钻孔灌注桩施工带来一定的难度。

2 施工中遇到问题及防治措施

2.1 孔壁坍塌

孔壁坍塌是岩溶地区钻孔灌注桩常见质量事故。其事故原因归根到底是因为孔内泥浆漏失导致泥浆水头压力小于地下水侧向水头压力, 造成孔壁受力失去平衡。或者桩孔穿过溶洞时出现涌水, 孔内泥浆压力失衡。

本工程为了防止发生同类事故, 采取了预防措施。适当提高或保持泥浆面高度, 增加钢护筒高度, 以使泥浆水头压力与地下水侧向水头压力尽可能相等, 保持孔壁受力平衡。提高孔内泥浆密度和粘度, 增加泥浆的固相含量泥浆密度以1.25g/cm2~1.30g/cm2为宜, 泥浆粘度为25s。同时, 为了安全起见, 本工程也同时制定了相应的事故处理方法。遇到裂隙漏浆时, 立即提锤补浆, 泥浆容重不小于13k N m3, 通常泥浆灌满裂隙及与其相连的溶洞后不再漏浆, 此时应保持泥浆容重冲孔至桩底。若孔壁出现局部坍塌, 应立即回补优质泥浆或填入优质粘土, 保持泥浆密度与水头高度, 不让其继续发展大面积的倒塌, 然后清孔后继续施工。如果孔壁、孔口坍塌严重时, 应用优质粘土回填至孔口并压实, 8d后重新定位施工, 若工期要求紧, 回填压实后可振入钢护筒护壁, 继续施工。

2.2 斜桩

桩孔偏斜也是岩溶地区钻孔灌注桩常见质量事故之一。在岩溶地带, 溶蚀现象严重且呈现出极不规则规律, 即使地质钻探也是只反映该钻探点处的地质情况, 离开钻孔位, 则会有很大的变化。而且在钻孔中, 钻孔桩径范围内因为基岩半边露头, 容易导致斜桩和卡锤。本工程中出现斜桩主要原因是, 岩面倾角较大, 导致桩孔穿越土层进入基岩时, 桩孔顺着陡峭的岩面下滑。桩孔穿越的土洞溶蚀严重, 造成底板面光滑且倾角大, 导致锤头中心与上部桩孔中心偏差较大。

为了防止斜桩, 预防措施是首先分析基岩下土洞高度及特征, 提出不同的钻孔施工技术参数;桩孔入岩后在穿越土洞上部岩层时, 要短程快冲, 这样可有效减小因岩面倾角大造成桩孔顺岩面下滑的可能性, 另外锤头行程控制在1m以内。在钻孔过程中, 在入岩部位、土洞处理部位要时刻观察钢绳的摆动情况, 及时校正钢绳与桩孔中心的偏差。

发生斜桩时, 应采取恰当的处理方法。发生孔斜应立即进行修孔, 对于高度小于1m的斜孔段, 可采取小冲程修孔, 具体的做法是在倾斜的岩面上冲击出一个台阶, 再采用较大冲程冲击。若斜孔段高度在1m以上或者小冲程修孔无效时, 采用填石修孔法。若填石孔段较长, 可分数次进行回填, 一次填高2m~3m, 再进行第二次填石, 直到回填到斜孔段在1m以下, 这时再采取小斜孔段修正做法。有些工程会发生在陡峭光滑的基岩处斜孔, 实践证明用上述方法处理效果可能不佳, 经设计同意可将桩位改移3cm~5cm重新冲孔。

3 关键施工难点的处理

3.1 溶洞的处理方法

在钻进过程中如速度明显加快, 又无偏孔现象, 表明已进入溶洞。只有根据溶洞的具体特点, 有效地对溶洞采取相应的处理措施, 才不会造成坍孔、塌方而造成损失及延误工期等问题。

对于溶洞较小, 且溶洞内被流塑状黏土或其他充填物充填, 可采用膨润土护壁, 适当加大泥浆密度进行成孔;若为空洞, 孔内水头突然下降, 可采用抛填片石、袋装水泥混合料等填堵溶洞;对于溶洞体积较大, 其具体表现是漏浆大且快。溶洞的处理方法一般有三种, 分别是填黏土和片石, 压双液浆以及灌低标号混凝土的方法处理。压双液浆处理方法主要由于溶洞埋藏较深, 不能用爆破或填充混凝土等一般方法施工, 因为溶洞的不规则性, 决定了其处理的经济有效的方法是压浆法。对于较大的溶洞, 采用填黏土和片石的方法也难以成孔, 即使成孔在灌注水下混凝土时也可能被压垮致使超灌混凝土, 因此可采用灌低标号混凝土的方法处理;对于位置较深且较大的溶洞, 冲击钻成孔时采用双层全钢护筒以隔绝溶洞, 钻进时每钻进2m焊接一截钢护筒, 至溶洞后再焊接4m长护筒, 护筒顶固定槽钢, 用振动锤打入, 打入时要对准中心位置及垂直度, 至于内护筒则分节焊接, 自由下落至孔底。除全钢护筒隔绝溶洞之外, 也可以采用静压化学灌浆法或喷射灌浆法, 固结填充物, 然后再钻孔施工。

3.2 其它

施工中有可能出现回填黏土、片石也无法解决溶洞问题或者溶洞与地下暗河相连通时, 这时应采用向溶洞内灌注水下混凝土的方法, 待混凝土达到设计强度后, 再冲击钻进至设计深度。

当采用黏土、片石等材料成功处理好溶洞, 桩孔钻至设计设计桩底高程时, 应及时进行掏渣清孔。孔底和孔内的泥浆应符合指标和规范要求, 接着应立即下放钢筋笼和灌注水下混凝土;作业时尽量缩短时间, 避免清孔时间过长引起孔壁的坍塌;下放钢筋笼时控制好桩位坐标和钢筋笼的垂直度, 防止其下放过程中偏位导致挂塌孔壁。

摘要：结合笔者的一工程实例, 介绍岩溶地区钻孔灌注桩的施工中遇到的问题, 针对性地提出了各种合理有效的防治措施;同时根据笔者工程经验, 分析岩溶地区钻孔灌注桩关键施工难点的处理, 为岩溶地区钻孔灌注桩施工提供了有益的经验借鉴。

关键词：岩溶地区,钻孔灌注桩,施工技术