岩溶地区基桩工程超前钻勘察及优化设计

2013-12-04孟宪中肖家靖胡先法王凯河庞茂顺

钻探工程 2013年8期

孟宪中，肖家靖，胡先法，王凯河，庞茂顺

(1.江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏徐州221004;2.唐山华润热电有限公司，河北唐山063004;3.华润电力〈贺州〉有限公司，广西贺州542800)

岩溶地区地基处理在火电厂建设中是非常重要的一环，地基处理的好坏，关系整个项目的成败。如何将岩溶地区复杂地质情况体现出来，给设计及施工人员作为施工的依据，值得我们探讨。本文以贺州电厂基桩工程为例，浅析岩溶地区基桩工程中超前钻勘察及基桩的优化设计，为以后溶岩地区的基桩施工提供参考。

1 工程概况

华润电力(贺州)有限公司一期工程位于广西东部的贺州市富川县莲山镇大深坝新村南面，贺州—富川公路西侧，距离东面正在建设的洛(阳)—湛(江)铁路线约1.5 km，北距富川县约12 km，南距贺州市约41 km，交通较为便利。该电厂为新建项目，本期容量2×1000 MW，并留有扩建余地。

2 地质概况

图1 岩溶发育点平面图

厂址位于富川县莲山镇大深坝新村以南，西侧紧邻粟下塘村，其地貌成因为溶蚀构造类型，属碳酸盐岩孤峰平原地貌，处于山地与平原过渡地带。通过岩溶发育点平面图(图1)显示，贺州电厂在化水区域、1号冷却塔东南角、炉后区域及煤场中部为岩溶强烈发育区(Ⅰ)，冷却塔北侧、主厂房、锅炉房及煤场西侧为岩溶中等发育区(Ⅱ)，其它区域为岩溶弱～不发育区(Ⅲ)。

厂区岩体内节理裂隙发育，多充填白色方解石脉，局部地段勘探揭示方解石脉垂向厚度在数米之上，可溶性岩石厚度在250～370 m之间。勘探揭示岩溶发育较强烈，局部岩溶洞穴发育规模较大，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。根据该工程的规模和特征，勘测确定本工程重要性等级为二级工程，确定场地复杂程度为二级场地，确定地基复杂程度为一级地基。

3 设计原则

根据终勘，上部土层不适合作为建(构)筑物天然地基持力层，且基岩面起伏较大，对荷载较大及沉降要求高的建(构)筑物的基础，设计主要构筑物采用钻(冲)孔灌注桩进行地基处理。

设计要求工程桩超前钻每桩至少钻1个超前钻孔，对于比较复杂的地段和荷载大的建(构)筑物地段，当每桩施钻1个超前钻孔难以判定桩端以下5～6 m范围内岩体中的岩溶特征时，应增加超前孔的数量。桩长按桩全断面嵌入最下面的溶洞底部基岩至少1.0倍桩径施工。

4 超前钻施工

超前钻资料为工程施工的依据，对工程施工质量、进度及造价影响非常大，岩溶地区显得更为重要。

岩溶地区的地质情况，终勘资料能反映整个厂址的大致情况，但具体到每个点，是不能用终勘资料代表的，需进行一桩一孔的超前钻施工。以主厂房为例，“一桩一孔”超前钻资料与终勘资料均显示，主厂房总体趋势是固定端地质条件最复杂，扩建端地质条件其次，中部地质条件最好。但具体到每根桩，就存在很大区别，以主厂房固定端BCT－01承台的终勘点A065为例说明。

终勘点A065位于承台中心，工程桩设计为承台四角，5个超前钻最大间距为2100 mm，超前钻资料显示持力层相差非常大(见表1)。可见岩溶地区地质条件复杂，不能用简单的终勘资料进行工程桩设计。

表1 BCT－01承台超前钻统计表

岩溶地区地质条件复杂，相邻桩之间很容易出现地质情况不一致之处。1号锅炉GL093号孔，在直径为1000 mm的桩径内施工4根超前钻，超前钻资料显示相差非常大(见图2)。按现有超前钻资料，093桩岩面斜度大，且穿越岩体厚度大，局部点达10 m之厚。后根据设计院设计桩长进行施工，开孔时间为2009年10月7日，终孔时间为2009年11月25日，成桩时间为50天;混凝土理论方量为32.47 m3，实际浇筑175 m3，充盈系数为5.39。

5 施工技术难点

5.1 溶洞多

从超前钻情况来看，主要施工区域溶洞率高。1号锅炉房基桩工程设计为164根，“一桩一孔”之外的补钻数为56个，其中21根桩有溶洞，溶洞率为8.6%，超前钻显示16个孔有2 m以上高度或串状溶洞;2号锅炉房基桩工程设计为211根，“一桩一孔”之外的补钻数为22个，其中78根桩有溶洞，溶洞率为33.5%，51个孔有2 m以上高度或串状溶洞;1号冷却塔基桩工程设计为304根，其中“一桩一孔”之外的补钻数为78个，118根桩有溶洞，溶洞率为38.8%，超前钻显示76个孔有串溶洞;2号冷却塔基桩工程共完成超前钻324个，其中“一桩一孔”之外的补钻数为20个，67根桩有溶洞，溶洞率为23.5%，超前钻显示52个孔有2 m以上高度或串状溶洞。

5.2 混凝土充盈系数大

1号锅炉混凝土充盈系数为2.22;2号锅炉混凝土充盈系数为2.48;1号冷却塔混凝土充盈系数为2.44;2号冷却塔混凝土充盈系数为2.12;主厂房混凝土充盈系数为2.04。前面提到的1号锅炉GL093孔，混凝土理论方量为32.47 m3，实际浇筑175 m3，充盈系数为5.39。

5.3 嵌岩厚

设计要求桩端全断面嵌岩为1倍桩径。因地质条件复杂，施工中存在斜岩或溶洞，增加嵌岩工作量。通过基桩工程技术统计可以看出(表2)，嵌岩量差值为3890.2 m，溶洞为1552.6 m。

表2 基桩工程技术统计

对于岩溶地区，地质条件复杂，不可预见性非常多，仅以终勘资料估算的桩长进行固定总价签订合同，风险非常大。

5.4 塌孔及漏浆

贺州厂址下伏岩体为可溶石灰岩，局部发育有溶蚀裂隙和洞穴，为地下水的活动提供了空间，场地平整使地下水水位发生了改变，雨季地下水位抬高，地下水波动幅度增大，最高水位接近地表，最低水位于岩体中，这样为空洞(土洞)的加速形成提供了动力条件，基桩施工改变了地下水的流动状态，使原来流速小的地段流速加大，加剧了土洞的形成，当土洞大到一定程度时，其顶板便会在自重作用下、尤其是叠加雨季过后地下水快速下降期空洞(土洞)中的负压作用而垮塌、形成塌陷。岩溶地区，水系是相通的，在岩面处均会出现不同程度的漏浆，溶洞串通处漏浆更为严重。

6 设计优化

烟囱原设计中心点坐标为A=1420.75，B=1690.00，设计为126根桩。按设计要求共完成超前钻143个，补钻为17个，补孔率为13.5%。超前钻资料显示烟囱40根桩有溶洞，溶洞率为31.7%，其中30个孔有2 m以上高度或串状溶洞，平均桩长为11 m。施工的25根桩充盈系数为2.22，共用时45天，施工难度非常大。后进行优化设计，烟囱需后移25 m。移位后的烟囱，超前钻资料显示烟囱23根桩有溶洞，溶洞率为18.3%，其中5个孔有2 m以上高度或串状溶洞，平均桩长为5.67 m，整个施工工期为92天，施工难度相对简单，仅桩长减少节省施工费用为67万。