余新瓏
【摘要】對(duì)于石灰?guī)r地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件,采用沖孔樁是比較適宜的,但沖孔樁的施工仍存在一定的難點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)某工地沖孔樁施工實(shí)踐,認(rèn)真分析其內(nèi)在的工程隱患,并針對(duì)施工中出現(xiàn)的難點(diǎn)提出了具體的施工方案。
【關(guān)鍵詞】石灰?guī)r 沖孔樁 塌孔
【中圖分類(lèi)號(hào)】U445 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158(2013)01—0227-02
一、工程概況
某二期擴(kuò)建工程,全程約2公里,采用高架橋方式沿舊堤外側(cè)擴(kuò)建。設(shè)計(jì)的45#-1號(hào)樁位于某路口45軸北側(cè),單樁單柱結(jié)構(gòu),屬于端承樁,樁徑1m,要求嵌入微風(fēng)化巖石0.5 m,采用沖孔成樁的施工方法。根據(jù)超前鉆的地質(zhì)資料,該處從上到下的地質(zhì)資料為:第一層為約3m厚的填筑土,含大量塊石;第二層為3-10.5m淺黃色的軟塑性粘土;第三層為10.5~15.5m軟塑性淤泥;第四層為15.5-27m黃色的可塑粘土;底部持力層為石炭系石灰?guī)r,其中有溶洞,部分溶洞充填軟塑粘土。
二、影響施工安全的因素分析
對(duì)于軟土地層來(lái)說(shuō),其本身的物理特點(diǎn)為含水量高,可塑性強(qiáng),高壓縮性。在成孔過(guò)程中,土體一旦受到擾動(dòng),其內(nèi)應(yīng)力相應(yīng)就發(fā)生改變,破壞了土層原始?jí)毫ζ胶?,因此淤塌和縮徑現(xiàn)象比較普遍;松散的砂層在孔內(nèi)受到水流的沖刷、沖冼液的高速循環(huán)對(duì)臨空面砂層的沖擊,以及地下水頭發(fā)生改變使砂質(zhì)流失等造成孔壁崩塌等情況亦是在所難免;在石灰?guī)r地區(qū),由于工程地質(zhì)條件極其復(fù)雜,溶洞、溶溝、溶槽及斷層破碎帶較發(fā)育,經(jīng)常發(fā)生漏漿、塌孔、斜孔、卡錘、掉錘等事故。因此本工程中的地層和地質(zhì)構(gòu)造對(duì)沖孔樁施工是非常不利的:首先表層填筑土結(jié)構(gòu)松散,容易使孔口崩塌;其次軟塑性土層,特別是淤泥層,在受到擾動(dòng)、水位升降等的影響下,亦會(huì)產(chǎn)生崩塌;最后由于底層有較大的石灰?guī)r溶洞,稍有不慎就會(huì)造成漏漿、塌孔、斜孔、卡錘、掉錘等工程事故。
三、施工中的難點(diǎn)及其施工方案
由以上的工程施工隱患分析,本工程施工的難點(diǎn)是孔口和孔壁的安全問(wèn)題和一旦出現(xiàn)塌孔后的處理方法。采用合理的成孔技術(shù)是保證施工順利進(jìn)行的先決條件。
3.1 孔口和孔壁的安全問(wèn)題
合理的保護(hù)孔口的施工方案:由于表層填筑土結(jié)構(gòu)松散,決定采用人工挖孔的方法,挖孔的深度要超過(guò)填筑土層或淤泥層,然后用10cm厚的混凝土護(hù)壁。根據(jù)不同層位,應(yīng)采取不同的護(hù)壁措施:開(kāi)孔前,將孔口護(hù)筒埋設(shè)穩(wěn)固;在土或淤泥層中,投入少量碎石,小沖程沖擊擠密,以取得較好的護(hù)壁效果;在巖層中,投入含砂量較低的粘土,通過(guò)沖擊使孔壁穩(wěn)固;在破碎嚴(yán)重的地層或土洞、溶洞中,常有掉塊現(xiàn)象,造成卡鉆,此時(shí)混合投入粘土、碎石、水泥等,可對(duì)孔壁起到較好的膠結(jié)和穩(wěn)固作用。在沖擊過(guò)程中,根據(jù)不同的地層性質(zhì),采用不同的沖程和泥漿比重也是非常重要的。如在巖面,采用1.0m的小沖程,低錘密擊,泥漿比重1:3,防止沖錘在傾斜巖面發(fā)生“順層跑”而造成斜孔,待巖面沖出臺(tái)階后再逐漸加大沖程。
3.2 塌孔處理措施
根據(jù)本人從事此類(lèi)工程的勘探施工經(jīng)驗(yàn),工程范圍基底多屬石灰?guī)r地層,巖面高程不均一,普遍發(fā)育著大小不規(guī)則的溶洞,根據(jù)對(duì)本工程的超前鉆和地質(zhì)勘察提供的資料分析,45#-1號(hào)樁終孔位置恰好穿過(guò)溶洞,易出現(xiàn)大體積漏漿、塌孔和卡鉆等險(xiǎn)情,針對(duì)這種情況,我們擬定了合理的質(zhì)量保證措施。45#-1號(hào)樁實(shí)際施工時(shí),當(dāng)沖鉆至地層以下45m處時(shí),出現(xiàn)孔底突然漏水、孔內(nèi)水位迅速下降和塌孔的險(xiǎn)情,幸好孔口有足夠的保護(hù)措施,才沒(méi)有影響人機(jī)安全。面對(duì)這種情況,施工人員采取了預(yù)先設(shè)計(jì)好的施工方案,實(shí)踐證明達(dá)到了很好的結(jié)果。
四、施工方案處理
4.1 回填處理
首先在孔內(nèi)回填片石和粘土拌合物,片石塊徑大約20cm左右,含量20%-30%?;靥钪炼错斠陨?~2m。據(jù)統(tǒng)計(jì)在45#-1號(hào)孔所回填的材料總量超過(guò)200 m3,可是該孔底的溶洞規(guī)模之大,范圍之廣,在鉆樁史上實(shí)屬罕見(jiàn)。
重新再造護(hù)筒
方法一:沿孔周邊灌入以一定量的水泥漿,使孔周?chē)耐馏w固化,灌漿深度應(yīng)到達(dá)孔內(nèi)巖面。
方法二:采用3mm厚的鋼板卷成1m直徑的圓管,連續(xù)套入孔內(nèi)直到巖面。
雖然上面兩種方法均可以達(dá)到保護(hù)孔壁,防止再塌孔的目的,但從經(jīng)濟(jì)的角度和可靠程度考慮,選用方法二較好,因?yàn)楦鶕?jù)多年的經(jīng)驗(yàn),經(jīng)這樣處理后,重新在原位再造孔的成功率要高得多。
4.2 封孔
水下灌注樁工程是一項(xiàng)隱蔽性很強(qiáng)的工程。雖然,各施工單位對(duì)此類(lèi)工程的質(zhì)量控制都有高度的重視,但由于施工工藝的差異或處理方法不合理,很多工程出現(xiàn)了不合格樁,造成工期延誤和經(jīng)濟(jì)的浪費(fèi)。45#-1號(hào)樁孔徑較大,而且孔內(nèi)又有大溶洞,經(jīng)分析,要保證封孔成功,必須使用體積較大的漏斗和倒料斗(貯料罐)施工,在此樁的實(shí)際施工工程中,我們采用了口徑1.5m的漏斗灌漿,及時(shí)、有利的保證了45#-1號(hào)樁的注漿強(qiáng)度,確保了樁身質(zhì)量,在隨后的樁身質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告上也驗(yàn)證了我們方案的可行性。
五、45#-1號(hào)樁的質(zhì)量檢測(cè)
有人認(rèn)為,采用鋼套管護(hù)壁的樁會(huì)因?yàn)闃吨苣ψ枇p小而影響樁身的承載力。的確,鋼管與土體之間的摩阻力要少于混凝土與土體的,但是,端承樁的樁身承載力主要是以端承力為主,因此對(duì)于樁身的承載力影響較小。45#-1號(hào)樁的底部由于塌孔處理(經(jīng)檢測(cè),該樁的混凝土充盈系數(shù)為2.4,可見(jiàn),大部分混凝土都充填到孔底的溶洞中去了),樁端相當(dāng)于擴(kuò)大樁頭,增加了樁端與巖石接觸的面積,從而提高了樁端的承載力。
5.1 樁身完整性分析
45#-1樁的樁身完整性系數(shù)為100%,反映樁身完好。
5.2 單樁豎向承載力
根據(jù)高應(yīng)變CASE法測(cè)試承載力結(jié)果,45#-1樁單樁豎向極限承載力為7600 kN,在安全系數(shù)為2.5的情況下,高于設(shè)計(jì)的單樁豎向極限承載力7500 kN要求,因而是安全的。從上面進(jìn)行的樁身完整性及單樁承載力分析,得出該項(xiàng)工程的樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量良好,也進(jìn)一步說(shuō)明了本工程施工方案的可行性。
六、結(jié)論
雖然石灰?guī)r地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜,對(duì)于樁基礎(chǔ)施工造成極大的困難,但只要做好充分的準(zhǔn)備工作,采用有效的施工措施,就可以防范于未然,把經(jīng)濟(jì)損失降至最低點(diǎn)。
6.1 施工前做好充分的準(zhǔn)備工作
(1)超前鉆工作是必不可少的手段
由于石灰?guī)r地區(qū)溶洞、溶溝、裂隙發(fā)育,具卡斯特地貌的特點(diǎn),巖面起伏相差十分懸殊。實(shí)踐證明,有些樁位偏離鉆孔不到1m,地下巖面深度卻相差好幾米。所以,在成樁前預(yù)先在樁中心進(jìn)行鉆探,能準(zhǔn)確地掌握孔內(nèi)的地質(zhì)及巖石持力層厚度、埋深、巖面的大致走向及地下水賦存等情況,對(duì)于指導(dǎo)樁基礎(chǔ)施工有重大的意義,特別是對(duì)于單樁單柱的基礎(chǔ)工程更為重要。
(2)施工前備料充足
施工前準(zhǔn)備充足的泥漿和一定量的塊(片)石粘土包和水泥,以便在沖孔工程中出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿時(shí)及時(shí)向樁內(nèi)補(bǔ)給泥漿、拋填泥包、塊(片)石堵漏成孔、或灌注水泥堵漏。
6.2 孔口的保護(hù)是造孔成功的關(guān)鍵
塌孔不但影響成樁的質(zhì)量,更嚴(yán)重的是危及人身安全,特別是沖孔樁工程,首先要做好孔口的保護(hù)工作。人工挖孔及混凝土護(hù)壁成本都比較低,而且又比較安全,開(kāi)孔時(shí)可優(yōu)先使用。開(kāi)孔深度視地質(zhì)情況,一般應(yīng)大于5m,如果坍塌嚴(yán)重破壞了孔口,需要在原位再造孔時(shí),應(yīng)毫不猶豫地選用鋼套管護(hù)壁,確保施工安全。
6.3 孔底流漿的處理
施工中泥漿的作用有二:一是保護(hù)孔壁;二是冷卻鉆頭,排除孔內(nèi)鉆屑。造孔過(guò)程中孔底流漿是造成孔壁坍塌的主要原因之一。正常情況下孔內(nèi)充滿(mǎn)了循環(huán)漿液,其壓力與孔壁周?chē)耐馏w保持平衡,維持孔壁穩(wěn)定。由于漏漿,使孔內(nèi)水位迅速下降,孔壁土體形成臨空面,結(jié)構(gòu)不良的土質(zhì)由于失去了平衡而崩塌,影響了造孔施工。如果發(fā)現(xiàn)孔底漏漿情況,可用素混凝土回填,待初凝過(guò)后繼續(xù)造孔;或通過(guò)灌漿管在漏漿部位
注入水泥漿(配合速凝劑)堵漏。
七、結(jié)束語(yǔ)
實(shí)踐證明,在石灰?guī)r(溶洞)地區(qū)采用上述介紹的各種沖孔樁的施工方案具有較好的應(yīng)用價(jià)值,其施工經(jīng)驗(yàn)值得推廣。