岩溶地区桩基施工技术探讨
岩溶地区普遍存在地质情况复杂,地下水丰富,基岩上部覆盖土层因地下水冲刷易形成土洞,基岩表面溶沟溶槽发育,起伏变化大,基岩内部岩溶发育,溶洞大小不一,深浅不一,溶洞见洞率较高,有的现多层串珠状溶洞,局部岩溶顶板较薄、破碎或开口,基岩裂隙水发育,地下水与周边水系的连通一般较发达,因此岩溶地区桩基施工条件非常复杂,施工中经常会造成卡钻、漏浆、钻孔偏斜、塌孔等重大事故,严重时还可能形成钻机倾覆、钻孔报废等恶性事故。
鉴于岩溶地区地质条件的复杂性和施工中的桩基不可察觉的因素过多,在前期勘测中要准确掌握溶洞等地质情况,根据不同的溶洞发育情况,选择不同的钻机和施工方案,对可能发生的问题进行合理预测和有效控制可以将损失降到最小,安排富有经验、熟练的操作人员以及进行严密的施工组织与管理也是施工成败的关键。
1 岩溶地区地质情况分析
溶洞、荣操、漏斗、暗河、裂隙以及钟乳石等等都是岩溶的主要形态,是通过化学和物理的作用产生的结果。同时具有可溶性岩层、流量足够的水、具溶蚀的能力以及地下水流动和下身的途径称之为岩溶发育的基本条件。一般来说,就现在发展速度较快的是硫酸盐岩层和卤素类岩层,而发展速度较慢的是碳酸盐类岩层。质量好且岩层厚实的岩层的岩溶发育的强烈,其形态发育齐全良好,规模很大;但是含有泥质物质的还有其他杂志的岩溶发育较慢。颗粒结晶较大的岩石,其岩溶较为发育齐全,而颗粒结晶小的一般岩溶发育非常的弱。以为我们所知道的岩溶是发育缓慢的,所以说在建筑使用年限内我们可以认为是不变的。
2 岩溶地区桩基选型分析
桩基成孔目前常用方法有人工挖孔,旋转钻机成孔,冲击钻进成孔,冲抓钻进成孔。人工挖孔,无需钻孔设备,造价低,灵活方便,但局限性大,只适合于无水或地下水量不大,孔深较浅,岩溶发育强度较弱的情况下采用;旋转钻机成孔适用于粘性土、砂类土、含少量砂砾石的土(砂砾石含量少于20%,粒径小于钻杆直径的2/3),孔径为80cm～250cm,孔深30m～100m;冲击钻成孔适用于粘性土、砂类土、砾石、卵石、漂石、较软岩石,孔径80cm～200cm,孔深小于50m;冲抓钻适用于淤泥、腐殖土、密实粘性土、砂类土、砂砾石,孔径100cm～200cm,孔深适宜20m以下。
而在岩溶地区进行施工和方案的选型是存在着很大的困难的,而我们必须要了解现场的地址和水文条件,进而全方面的解析对工程施工中带来的各种复杂的地质的影响,可以合理的选择其施工的措施和基础的形式,从各方面基础形式来看,比较安全的是端承桩;在降水的成功下比较快速且经济的是人工挖孔桩。
若降水不成功,则钻(冲)孔桩施工是比较合理可行的选择。以下分别对岩溶地区主要桩基选型进行简要分析。
2.1 人工挖孔桩
人工挖孔桩是采用人工直接挖孔成孔的一种施工方法,人工挖孔桩具有易于进行持力层鉴别和孔底沉渣控制,桩底易做扩大头以增加单桩承载力,施工现场无噪声干扰,孔径不受施工机具的限制可随需要控制,成孔质量可直接观测,混凝土灌注质量容易保证,施工工期短,造价低等优点。
人工挖孔桩在岩溶地区施工需采取以下措施:(1)进行详细的地质和水文勘察,充分了解施工范围内岩溶分布情况及地下水的分布情况如流向、流量、水位等。(2)采取有效的降水措施。降水成功与否是岩溶地区能否采用人工挖孔桩的先决条件,因为在地下水丰富的岩溶地区,降水非常困难,不宜采用人工挖孔桩。(3)地质勘查报告显示地层中有明显流砂、涌水、有机腐殖质时也不得采用人工挖孔桩,以免造成重大损失。
2.2 冲孔灌注桩
该桩型适用于地下岩溶发育,存在多层溶洞但洞穴较小、上部洞穴顶板较薄的地质情况,它可冲穿上层溶洞顶板而到达下层溶洞顶板。施工人员可凭经验从冲击声中判断顶板厚度,以及是否已到达持力层。为稳妥起见,施工时可在桩位处进行超前钻,查清洞穴情况后再将冲击钻冲至设计要求的岩层深处。但当地下存在较大溶洞时,则不宜采用该桩型,以免浇灌混凝土时难以控制混凝土的流失。由于冲孔是靠钻头的自由落体运动形成的冲力成孔,故它还适用于开口裂隙较多的地质情况,且桩孔垂直度较好。
2.3 钻孔灌注桩
该桩型成孔直径大,施工方便,适用于单桩荷载大、地下有孤石或夹层分布、岩溶表面起伏大等情况,用这种桩能钻穿孤石和夹层,将桩端可靠地支承在持力层上,桩端的嵌岩情况也好。但钻孔桩不宜用在溶岩裂隙多、溶沟多的基岩中,因为施工中容易造成卡钻、钻杆沿溶岩斜壁偏斜造成钻孔偏斜等质量事故。
2.4 预应力管桩
预制预应力管桩基础属于打入桩,其特点是桩身混凝土强度较高,因而可得到较高的承载力并进入较厚的土层。预应力管桩通常采用工厂化生产,其质量易于控制。与其它打入桩一样,管桩基础在土层较厚、持力层为强风化层的条件下最为适用,当基岩埋深较浅、有孤石等情况时不宜采用管桩或需增加其它措施,否则易导致桩身倾斜、桩体折断、桩端或桩头破损等问题。在岩溶地区应用管桩基础,应加强勘察,根据具体地质情况结合管桩的特点合理选择构造形式,并注意分析可能的不利因素。
3 岩溶地区桩基施工常见质量事故及处理措施
3.1 卡钻
卡钻事故发生的主要原因是碎石层中或溶洞填充物中碎石下落;钻头击穿溶洞顶板过猛;出现探头石、梅花孔、溶洞、溶槽等;钻头突然进入溶洞,造成孔形不圆顺或掉入大空洞中而卡钻。
处理措施:为防止碎石下落造成卡钻,在穿越碎石层、溶洞时,向孔内抛填粘土,同时调高泥浆比重;当钻进至较大溶洞顶部时,改用小冲程冲砸;准备钢轨焊制的小钻头,在出现卡钻时,用小钻头冲击,砸碎卡钻物体。
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