岩溶地质条件下灌注桩成孔质量控制

张洁

岩溶地质在我国范围内分布较广,特别在云贵、广西等地比较集中。由于其发育分布规律比较复杂,因此对工程的危害很大。岩溶地质条件下进行灌注桩施工,与一般地质条件下灌注桩施工最大的不同就在于成孔中遇到的问题。由于成孔过程中可能遇到岩芽、层面岩溶地质等不平,以及溶沟或溶洞等情况,成孔过程管理难度很大。我公司在广西贺州某新建电厂进行了岩溶地质条件下的群桩作业,在施工过程中通过多方面研讨,积累了大量施工经验,特做总结,以供同类工程借鉴。

1 工程概况

本工程在主厂房、输煤、除灰、化水、循环水、附属建筑等系统的主要建(构)筑物基础采用灌注桩,以灰岩作为桩端持力层,桩径采用1 000 mm和800 mm,数量分别为1 345根、1 631根。

工程所在地地貌为溶蚀构造类型,属碳酸盐岩孤峰平原地貌。根据工程勘探,地内局部地段基岩面起伏较大,隐伏石柱、石芽发育,同一标高上地基土不均匀特征突出;同时,局部地段存在岩溶洞穴。

2 工程施工难题及质控难点

1)因岩溶地质中可能存在的岩芽、岩溶面倾斜等地层软硬不均、岩面倾斜的情况,从而引起的钻孔偏斜。2)由于岩溶裂隙、小型孔洞的存在,发生漏浆。3)由于大溶洞的存在,成孔过程中泥浆迅速流失,发生坍孔现象。

3 施工难题处理规划及质量保证技术措施

3.1 钻孔偏斜

3.1.1 正确进行成孔工艺选择

灌注桩成孔工艺中包括旋挖钻进,正、反循环钻进,冲击钻进等工艺,其中冲击钻进方式能够及时发现和处理因地层软硬不均而引起的钻孔偏斜,且对岩溶发育和岩层的不均匀性有良好的适应性,处理溶洞时工艺简单易行。故岩溶地质更适合选择冲击成孔工艺。

3.1.2 偏孔成因分类

1)岩面起伏大,冲锤穿越土层进入基岩时顺倾斜岩面下滑导致钻孔倾斜;2)溶洞顶底板不平,锤头中心与钻孔中心线不重合;3)穿越较大溶洞时,因充填物强度低,冲击钻进时冲锤摆动较大而导致钻孔倾斜。

3.1.3 偏孔预防技术措施

处理关键：找平孔底、保持孔底硬度相对均匀。1)根据超前钻勘资料,掌握各桩灰岩及溶洞埋深,钻至基岩面和溶洞顶面时采用小工艺参数施工,以减少锤头顺倾斜岩面下滑趋势。2)在倾斜的岩石面上采取短冲密击的“吊打”法,冲击出台阶后,随台阶截面的增大逐渐增大,逐渐提高锤头冲击钻进行程。3)若岩面倾斜角度过大,可先采取钻孔水下爆破后,再抛填50 cm～100 cm片石填孔后继续钻进。爆破后需要检查孔底和孔壁,必须符合要求后方可继续。4)岩面凹凸不平或充填物强度低时,向孔内抛入片石、碎石和黏土团块,将孔回填一定厚度(一般2.0 m左右),“造”出平整孔底后,继续钻进。

3.1.4 施工中出现偏孔后的处置

1)施工中在倾斜岩层出现桩孔偏斜后,采取了立即抛填30 cm～50 cm厚片石,低锤密击使之成紧密平台后,再正常冲击。2)施工中出现向孔内抛填片石、碎石和黏土团块“造”孔底后,仍不理想,采取了掏渣清孔,向孔内灌注C20以上早强混凝土封底找平后(灌注标高控制在2倍～3倍桩径且不小于1 m),待强度达到一定程度后(现场采用3 h),再继续钻进成孔。

3.2 由于岩溶裂隙、孔洞的存在,发生漏浆,甚至坍孔

3.2.1 成因分析

1)漏浆：钻进遇松散土层、砂卵石等透水层时发生的漏浆,此处不讨论。仅考虑岩体裂隙发育且与溶沟、溶槽、溶洞相互连通,造成的泥浆沿裂隙通道漏失。2)坍孔：钻孔内泥浆液面急剧下降,孔壁失去护壁压力,外部地下水渗透压力过高,引起孔壁坍塌。诱因包括以下几个方面：a.遇较大溶洞或溶洞相互连通,泥浆快速漏失;b.溶洞中的流～软塑状充填物涌入孔内,填充物中砂砾,灰岩碎块被逐步洗空流入桩中经泥浆循环带出,溶洞顶板因失去支撑而坍塌;c.冲穿承压、似承压含水层时,外部地下水涌入孔内,导致孔内泥浆比重下降,孔内压力失衡而引起坍孔。

3.2.2 漏浆预防技术措施

1)冲孔前要做好黏土、泥浆、片石、纤维袋、快凝水泥等材料的准备工作。2)遇溶(槽、隙)时,减少冲击行程,慢慢穿过,若出现漏浆及坍孔时,抛填黏土及小片石,挤入其孔壁(或槽裂缝)加固充填。

3.2.3 现场发生漏浆后的处置措施

在钻进相连溶洞,抛填黏土、小片石效果不明显时,采用直接投入袋装水泥、片石和黏土,反复冲击再静置数天后继续冲击钻进,对孔壁起到较好的胶结和稳固作用,堵塞漏浆通道。

3.2.4 坍孔预防技术措施

1)根据超前钻相关资料,备好处理出现大溶洞等情况的设备,如长钢护筒、打捞急救设备等。对有溶洞的桩位桩机就位时,在机械底部垫设钢网架,钻机由钢网架撑托于地面。2)一旦发现明显漏浆或异常情况,迅速提锤、填堵。一般情况下,采用防止漏浆的办法即可完成。3)遇地下水位以下,无充填或半充填的溶洞时,利用超前地质钻孔,除探明溶洞发育情况外,进行提前补水灌满空溶洞,以防止钻孔过程中溶洞板被击穿,水头突然下降而坍孔的情况发生。

3.2.5 现场发生坍孔后的处置措施

1)当孔口坍塌不太严重时,在孔口重新埋置大于设计孔径2级～3级的护筒,周围用水泥碎石固定,待水泥凝结后再施工。2)当孔壁、孔口坍塌严重时,用优质黏土必要时加入水泥回填至孔口并压实,15 d后,采用锤头行程1.0 m～1.5 m,泥浆比重1.30 g/cm3～1.35 g/cm3,进尺速度3.0 m/h左右等工艺参数重新冲击钻进;必要时回填压实后直接下入钢护筒护壁施工。

4 岩溶强烈发育地段较大溶洞、串洞的处理

4.1 土洞区域塌孔和灌注时混凝土的流失预防与处理

土洞区域施工成孔易塌孔时,埋设钢护筒,以防止土洞塌孔和灌注时混凝土的流失。具体做法：冲击成孔前先在桩位埋设钢护筒,若遇到土层塌孔时改换做较长的钢护筒,随着成孔深度的增加,不断向土层中压入和加长护筒长度直到基岩面。

4.2 高大岩溶洞段灌注时混凝土的流失预防

回填方法：先向溶洞内回填一定数量的片石,然后采用导管向桩孔内灌注混凝土,边灌注边测量混凝土顶面高度,当灌注中混凝土面不再升高时,说明混凝土存在流失,即停止灌注。待该段混凝土凝固后再继续灌注,直到达到溶洞顶板。灌注3 d后采用桩机二次成孔。

5 施工效果

1)目前,该工程已成桩600根,现场各项检测均满足设计要求。2)部分成孔过程中的经验已在后期施工中使用,效果良好。

6 结语

我们采用以上所述方法,成功地进行了岩溶地质条件下的灌注桩施工,能够实现安全可靠、优质高效的目标。同时,在山西临汾地区某电厂进行的岩溶地质灌注桩施工,采用了同样的施工措施,也取得了很好的施工效果。

[1] JGJ 94-2008,建筑桩基技术规范[S].