谢永德

摘 要:岩溶地区普遍存在地质情况复杂,地下水丰富,土洞、溶洞发育,桩基施工条件复杂,稍有不慎就会造成卡钻、漏浆、钻孔偏斜、塌孔等质量安全事故,因此岩溶地区的桩基施工必须采取充分可靠的施工技术措施和安全可行的应急预防措施。

关键词:岩溶桩基钻孔偏斜

中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0064-02

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。

3.2 埋钻

主要由孔壁塌陷造成的,且不方便处理事故的最常见的钻孔时埋钻。而在岩溶地层钻孔时,容易造成溶洞顶板很薄,如果在卖身交钱的时候冲程过大的话,就可能数显溶洞的坍塌、地表下陷等,施工不慎就会发生掩埋钻头的事故。

处理措施:在岩溶钻孔时采用小冲程的钻进,这样就可以防止其溶洞顶板的坍塌,并准备好拖拉设备,系好滑车钢丝绳,做好钻机撤离准备。

3.3 漏浆

漏浆是指孔内泥浆突然大量漏失的现象,漏浆现象在具有连通性溶蚀裂隙、溶洞或溶洞群发育地段极易发生,漏浆产生的主要原因是钻穿溶洞顶板遇无充填物或少量充填物的大溶洞,孔壁失去孔内压力,孔内水头急剧下降,外部地下水渗透水压过高而产生水压力,引起孔壁坍塌,造成泥浆严重流失;灌注混凝土过程中,受浇注混凝土侧压力作用,溶洞充填物被混凝土最大限度地置换,大量混凝土会沿溶蚀裂隙或溶洞通道渗漏,产生混凝土液面回落,形成桩长不够。

处理措施:在孔口附近备足优质粘土、片石,遇到漏浆时应立即提出钻头,向孔内补浆,保持孔内浆面高度,抛填措施无效时,可向孔内填碎石灌浆然后钻孔,先将钢管伸进孔内,钢管上置碎石料斗,向洞内灌入碎石,边投料边振动钢管以防止堵塞,注浆时注浆管必须插入填充物底部,边注浆边缓慢提升,为防止浆液流失太远,可采用间歇注浆方式,注浆10天后可进行钻孔。

3.4 塌孔

钻进过程中到达溶洞或裂隙发育的位置,泥浆向溶洞或裂隙处渗漏,破坏了上部覆盖层的护壁压力,导致塌孔;当地下存在大土洞和大溶洞以及淤泥、流砂、涌水层时均易造成塌孔,严重时会造成钻机倾覆,危及人身安全。

处理措施:采用间断式循环排渣,一方面保证孔底有一定厚度的沉渣,遇小裂隙或小溶洞可随时封堵,另一方面可保证泥浆浓度,防止塌孔;若溶洞发育明显,并有明显裂隙,施工时漏浆严重,采用全护筒跟进至岩层顶面,防止因漏浆量大而导致覆盖层塌孔;发生塌孔时应及时补充泥浆,保持孔内水头高度,同时加粘土、片石混合料,采用小冲程冲孔固壁,防止塌孔扩大;若塌孔扩大,导致地表塌陷时,其处理方法是:小面积塌陷护筒无位移时,应及时回填粘土并用袋装粘土加固护筒后再重钻;若护筒口有较大横向位移并且无法纠偏时,拔出钢护筒,回填塌孔,重新压入护筒再钻。

3.5 钻孔偏斜

因岩溶地区基岩面起伏变化较大、溶沟、溶槽、溶洞、裂隙等岩溶形态较为明显,岩土并存现象较为普遍,钻机钻孔时产生位移、局部下沉或倾斜,或在倾斜的岩面上钻孔、岩质软硬不均时容易造成斜孔和偏孔。若桩位偏移量过大,一方面基桩功能上将不能满足承受设计荷载要求;另一方面易在孔壁上产生台阶,最终影响钢筋笼的安放。纠偏是岩溶地区机械成孔灌注桩施工最为频繁的工作,贯穿于整个成孔过程,其方法是否得当关系到基桩施工的质量和进度。

处理措施:在入岩部位、溶洞处理部位要时刻观察钢绳在冲击过程中的摆动情况,校正钢绳与桩孔中心的偏差;如遇到探头石引起,可用小型钻机对探头石打眼爆破,或将钻架略移向探头石一侧,用冲击锤高锤猛击,斩断探头石;当发生孔斜时,应立即进行修孔,对于高度小于lm的斜孔段,用小冲程修孔,在倾斜的岩面上冲击出一个台阶,再采用较大冲程冲击。对于斜孔段高度在1m以上时,应采取向孔内反复回填片石,反复修孔的措施。

3.6 断桩

由于溶洞之间是相互两桶的,在灌注时会很难测出混凝土的数量,故水下的混凝土流失得很严重时就会造成其断桩,因此这些都是产生熔岩地区桩基断桩的主要成因。

处理措施:事先做好应急准备,灌注前通知混凝土供应商保证混凝土供应,灌注现场始终保持两辆以上混凝土罐车待灌,混凝土漏失后,立即将导管随浆面下插,并连续进行混凝土灌注,若出现大方量超灌,且混凝土面不上升,可在灌注一定方量后暂停片刻,再进行灌注。

4结语

岩溶地区因特殊的地质条件,桩基施工条件非常复杂,需要勘察设计人员充分做好前期的勘察设计工作,在桩基的施工过程中也需要勘察设计人员及时跟进,以便发现地质情况与勘察设计不符时及时进行补勘并变更设计,施工作业人员与施工监督人员也需要严格按照作业规程和相关技术规范要求及时进行施工观察记录和监督,发现问题及时报告并组织相关技术人员研究处理措施,特别是钻孔偏斜时纠偏难度极大,需要相关管理人员和施工人员引起高度重视,尽力避免钻孔偏斜事故的发生。