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浅谈岩溶地区旋挖桩基础施工对溶洞的处理方法
文章来源: 苏州分公司:张建安 发布日期 [2018-11-19]

  随着岩溶地区大量高层建筑的新建,旋挖钻机的施工在国内的大量普及,利用大功率旋挖钻机在岩溶地区施工也是普遍的现象,本文结合苏州分公司在广西南宁申龙新能源汽车有限公司新能源客车及物流车生产园区桩基项目,浅谈岩溶地区旋挖机械应对溶洞的处理方法。 
  一、岩溶地质特征及发育规律
  溶岩指可溶性基岩,包括石灰岩、大理石等易溶解的岩层,受流水溶蚀,有时再加上沉淀作用而形成的地貌,旧称喀斯特地貌。
 (一)岩溶地质特征
  岩溶地貌类型复杂多样,岩溶地质浅部石牙、溶沟、溶洞等岩溶裂隙发育,基岩面起伏较大,缺失残积层、全风化、强风化、中风化等风化程度较高的过渡性岩土层,微风化岩层直接上覆较软土层,或形成双层和多层溶洞、洞内充填软土,岩溶地质往往具有较强的透水性。
 (二)岩溶发育规律
岩溶发育的速度、程度及其空间分布不一致性。岩溶的发育受到岩性、地质构造和岩溶水循环交替的控制。此外,岩溶的发育是一个缓慢的地质过程,必有其发生、发展和消亡过程。
  二、岩溶地区常见桩基选型
  (一)冲( 钻) 孔灌注桩
  在高层建筑和重要建筑中,冲(钻)孔灌注桩是常用桩型。它能有效穿过土洞和溶洞,桩长可达40米以上,一般为端承桩,能提供较大的单桩竖向抗压承载力。
  在采用冲(钻) 孔灌注桩灌注前,通常采用一桩一孔或多孔的超前钻,对桩底持力层的地质情况进行勘察。桩底持力层地质资料勘查不准,是引起冲(钻)孔灌注桩型工程质量问题的主要原因。
  (二)沉管夯扩灌注桩
  岩溶地区场地空旷工地采用沉管夯扩灌注桩型较多,桩径400~580mm,单桩承载力可达500~1600kN,符合岩溶地区宜浅不宜深的处理原则,桩长一般为7~20m,可做成摩擦桩或摩擦桩端承桩,桩长较灵活,成桩质量可靠。但是噪音和振动较大,只适用于场地空旷的情况。
  (三)静压预制桩
  静压预制桩因具有桩身质量易保证、压桩时可控制承载力、无泥浆污染、无振动、低噪音、快速等优点,在珠江三角洲地区得到了广泛应用。若灰岩大部分强风化岩未明显过渡到中风化岩即直接进入微风化岩层,且岩面起伏变化大,甚至可能是斜面时,这种方式慎用。端承桩施工时易发生断桩,而摩擦桩则要注意岩溶地区土洞的不利影响。

      
  1. 旋挖钻机成孔灌注桩应对溶洞的处理方法

  根据广西申龙新能源汽车有限公司新能源客车及物流车生产园区项目生产车间桩基础工程的施工情况来说明旋挖钻机灌注桩对溶洞的处理方法:
  (一)工程地质与水文地质条件
  根据岩土工程勘察报告,场地内地基土(岩)层上覆土层主要由杂填土(Qml)、第四系残积层硬塑状粘土(Qel)组成,下伏基岩由泥盆系榴江组(D3l)灰岩组成,按其岩性和状态,可分为4层,各土层岩性、结构特征自上而下描述如下:
  1、第①层杂填土(Qml)
  杂色,稍湿,主要由粘性土及块石、碎石组成,为新近堆填,为完成自重固结,结构较松散,底部含有少量植物根系。该层在场地内分布较连续,厚度变化较大。揭露层厚0.30~12.30m。
  2、第②层硬塑状粘土(Qel)
  黄褐色、红褐色,稍湿,土质均匀,结构致密,干强度及韧性高,无摇震反应,基岩面附近多存在可塑状,局部存在软塑状。
  3、第③层中风化灰岩(D3l)
  灰白色,部分地段夹有泥质粉砂岩、角砾岩夹层,隐晶质结构,中厚层状构造,闭合节理裂隙发育,岩较破碎,岩芯受机械破碎多呈碎块状、碎石状,断面较新鲜,采用清水钻进。该层于少部分地段有分布,分布不连续。
  4、第④层微风化灰岩(D3l)
  灰白色,部分地段夹有泥质粉砂岩、角砾岩夹层,隐晶质结构,中厚层状构造,闭合节理裂隙发育,岩较完整,岩芯受机械破碎多呈短柱状,节长5~25cm不等,断面新鲜,采用清水钻进,钻进平稳。
  5、溶槽(洞)充填物
  黄褐色,主要为可塑~软塑状粘土组成,饱和,土芯易变形,土质均匀,干强度及韧性低。
  (二)水文地质情况
  根据勘察报告:勘探期间已完成钻探孔在钻探深度范围内均遇见地下水,揭露的地下水赋存于各岩层风化残积土和不同风化程度的岩石里,属孔隙-裂隙型潜水,补给来源主要是地表渗流、大气降水和侧向迳流,排泄途径是地表蒸发与侧向迳流;勘察期间测得的地下水位埋深为0.50~9.60m,对应的高程为12.22~15.80m。
 (三)项目桩基设计
项目包括调试返修车间、总装车间、焊装车间、制件车间、涂装车间、电泳车间等,具体位置见详见平面图,设计基础形式为桩基础。
工程单桩承载力特征值按3000KN,桩端进入第4层微风化灰岩1.0m。实际桩长应结合现场情况及下列要求相应调整。桩长原则如下:桩端进入持力层深度1.0m,桩长不小于4.0m。基础桩直径800mm,桩基数量1477根。
 (四)旋挖钻机成孔针对溶洞的处理方法
  1、全护筒跟进施工
  在旋挖钻机成孔过程中,全程跟进护筒,护筒的长度超过溶洞的埋深,后放置钢筋笼、下导管、灌注混凝土、待混凝土初凝后拔出护筒或不拔护筒,再进行下一个桩孔的施工,此方法成孔成本和钢护筒成本高,钢护筒反复利用率低,施工工期延长。但是如果溶洞的高度超过一定高度,利用以下二、三种方法施工不合理时,必须采用全套管跟进施工。
  2、利用旋挖钻机成孔,遇到溶洞后,将溶洞的充填物尽可能掏出,再回灌低标号素混凝土,待混凝土强度达到75%以上再利用旋挖设备进行二次成孔,达到设计推动力层后清孔、放置钢筋笼、下导管、灌注混凝土。此方法是施工费用较高,需二次成孔,但成桩后承载力高,初灌混凝土材料费用低,施工工期也相应的加长。此方法应根据溶洞充填物的性质,论证其可行性。
  3、用旋挖钻机穿透溶洞,成孔到设计深度后清孔、放置钢筋笼、下导管、灌注混凝土。此方法可用于溶洞大小尺寸,溶洞充填物明确可以保证施工质量,否则在灌注过程中易发生导管拔脱,造成断桩或夹心的现象;如溶洞体积过大,将会大大增加混凝土的灌注量,甚至混凝土的超灌量超过上百方或更多。
  四、小结
  旋挖钻机在有溶洞地区施工,必须对每根桩进行超前勘探,摸清在基桩深度范围内是否存在溶洞,若有需确定其埋藏深度和高度,溶洞内充填物的物理性质,结合场地的工程地质和水文地质条件,同时进行经济的、综合的分析后,确定采用何种方式保证成桩质量、施工进度。

 

 

 

  

  

 

 

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