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岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工技术研究

2023-09-20涛,陈章,曾婷,周卓,付

工程质量 2023年8期
关键词:片石钢护筒溶洞

严 涛,陈 章,曾 婷,周 卓,付 豪

(湖南金辉建设集团有限公司工程部,湖南 长沙 410005)

0 引言

岩溶不良地质主要为溶洞、竖井、漏斗及溶沟,以垂直方向发育为主,岩溶地区通常地下水丰富,甚至有地下暗河通道,对桩基础施工影响甚大,塌孔、埋钻等造成的质量安全事故时有发生。

本文以袁州区 2020 年棚户区改造 PPP 项目学府小区一期A区工程为依托,对岩溶地质条件下冲击钻孔灌注桩施工技术进行研究,挖掘高效施工方法,解决不良地质影响,为相关项目提供施工技术参考。

1 工程概况

袁州区 2020 年棚户区改造 PPP 项目学府小区一期 A 区工程,共 10 栋单体,总建筑面积 114 048 m2,地基基础设计等级为甲级,建筑桩基设计等级为甲级。

本工程地质情况复杂,根据地勘报告,地下存在岩溶不良地质,溶洞数量多。本工程采用冲击钻孔灌注桩施工技术,桩直径为 700~900 mm,桩身混凝土强度等级 C35P8,钢筋采用 HRB400,桩长约 17~30 m,桩端持力层为中风化石灰岩(完整)层,冲孔桩的单桩竖向承载力特征值为 3 500 kN,桩身设计图详如图 1 所示。

重难点分析:在众多不良地质中,以岩溶地区的地质情况最为复杂。岩溶地区的桩基础工程,若处理不当,极易引发卡钻、埋钻、地面塌陷等安全、质量问题[1]。重难点如下。

图1 桩身详图(单位:mm)

1)溶洞隐患排查困难。总体上来看,本工程建设区域地下溶洞数量多,大小不一,溶洞最大高度达 12.4 m。溶洞间互相贯通,且本工程地下水位高,进一步加大了桩基础成孔时发生塌孔的概率。

2)溶洞处理技术不明确。本工程溶洞类型繁多,且设计文件中未提出溶洞处桩基处理措施。施工过程中无法明确溶洞影响范围,不能确定最佳施工措施,大多依靠施工经验进行处理。

2 岩溶地质冲击钻孔灌注桩施工技术

2.1 施工准备

根据施工部署,安排性能良好的冲击钻机进场,机械进场后立即进行验收、调试,确保设备正常运转。

施工前开展充分的地质勘察,分析施工过程中可能发生的事故并制定专项应急方案。岩土勘察技术类型一般分为钻探、物探、化学勘探三类,辅以钻孔电磁波 CT、钻孔数字摄像等手段进行[2]。根据工程的地质情况,针对性地选择勘察手段,做到一桩一孔施工勘察。

对首根桩进行试钻,组织业主、监理、设计、地勘等参与试桩验收工作,形成试桩报告,作为后续施工的依据,试桩验收合格后方可进行大面积施工。

2.2 一般溶洞处理技术

对于一般溶洞(洞高≤2m的溶洞),经项目部现场多次试验可采用片石黏土筑壁法施工技术处理。填筑材料配合比(体积比)为片石:黏土= 2∶1,每层虚铺厚度 30 cm,并采用冲击钻冲击夯实 3 遍,使片石与黏土密实,同时将片石黏土混合料挤入溶洞内,直至回填面层高出溶洞顶部 2 m。

溶洞回填完成后,注入泥浆,泥浆稠度相对常规桩基施工增加 20 %,使泥浆自然浸入片石黏土孔隙内,再次采用冲击钻冲击夯实 3 遍,形成泥石护壁。此过程中若发现泥石护壁出现漏浆时,应再次进行片石黏土混合料回填、击实,直至不再漏浆液为止。

为确保灌注水下混凝土顺利施工,在桩钢筋笼穿越溶洞范围处上下各 1 m 范围内的位置,采用钢丝网片包裹钢筋笼,如图 2 所示。

图2 一般溶洞处理技术示意图(单位:mm)

2.3 特殊溶洞处理技术

对于特殊溶洞(溶洞高>2 m 的溶洞),经项目部多次现场试验,可采用片石黏土筑壁法与钢护筒沉放相结合的技术进行处理。

片石黏土筑壁完成后沉放钢护筒。钢护筒采用 12 mm 厚钢板制作,内径不大于桩直径 20 cm,长度根据溶洞位置确定,确保护筒底超出溶洞底部 1 m 以上,如图 3 所示。

图3 特殊溶洞处理技术示意图(单位:mm)

钢护筒需采用振动锤埋设。埋设时钢护筒中心应与桩中心点重合,护筒外侧用黏土回填夯实,钢护筒顶面高出地面至少 50 cm,严防地表水或其他杂物进入。

2.4 细砂层处理技术

岩溶地质区大多存在细砂层,由于细砂层颗粒小、厚度大、较密实,桩基施工时若直接采用冲击锤作业,将导致细砂层不断密实,难以进尺,砂砾无法排出,易造成塌孔。

针对此情况,项目部经多次现场试验发现,采用片石黏土筑壁法可完美解决此问题。填筑材料配合比(体积比)为片石:黏土=3∶1,每层虚铺厚度 30 cm,采用冲击钻冲击 3 遍,使片石与黏土保持密实,直至回填至细砂层顶部 2 m 位置。通过冲击,将片石挤入细砂层内,砂砾随之进入四周土体孔隙,形成护壁后,可以正常进行桩基施工。

2.5 特殊情况处理

桩基施工前必须进行超前钻探,超前钻探孔布置在桩位中心点。查明桩端平面以下 3 倍桩径且不小于 5 m 范围内不良地质情况。

依据超前钻探报告所得出的数据,控制钻机钻孔深至其下溶洞顶面上 1 m 时,先分钻小孔,探明溶洞内是否有承压水,若有承压水,应待水位稳定进行抽水降压后,才能继续施工。溶洞内有较软塑状黏土时,注意及时护壁,必要时可采用固结灌浆措施,待填充料固结后再进行冲孔。

如桩孔溶洞出现探头石,可加大冲击钻锤击频率,直至将探头石击碎。若基岩不平整,则须先使用长导管浇筑混凝土,后用冲击钻缓慢压实,在基岩上层形成平整的基层。

3 质量控制措施

3.1 成孔

泥浆制备。浇筑混凝土前,孔底 500 mm 厚度内的泥浆比重应<1.25,含砂率≤8 %,黏度≤28 s。在清孔的过程中,应不断置换泥浆,直至水下混凝土浇筑完成。

护筒埋设。护筒钢板壁厚适当加厚,上部开设 2 个溢浆孔。埋设护筒时对护筒四周的土分层夯实,钻头起落时应避免钻头碰撞护筒[3]。根据地下水情况,必要时钢护筒应打入不透水层。

3.2 水下灌注混凝土

优化配合比,水下灌注混凝土宜掺加高效减水剂,以改善和易性,提前做好配合比试验,控制其坍落度≥180 mm,且≤220 mm。水泥宜采用粉煤灰水泥;细骨料应选用中粗砂,含砂率宜为 40 %~50 %;粗骨料可选用卵石或碎石,其粒径不得大于钢筋间最小净距的1/3[4]。

导管采用壁厚≥3 mm 的无缝钢管标准节拼接而成,底节宜采用 4 m 及以上标准节,底部距孔底高度≤1 m;导管使用前应开展水密性试验,通过后方可使用。

每根桩首次灌注混凝土时,需在导管内安装隔水球,确保将导管内的泥浆排出,避免混凝土离析,影响桩身强度。

钢筋笼吊装完毕后,应安置导管或气泵管二次清孔,并应进行孔位、孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等检验,合格后应立即灌注混凝土[4]。

3.3 BIM 技术辅助质量控制

提前建立桩基础 BIM 模型,在模型中上传质量控制关键数据共享至云平台,现场管理人员通过手机端 APP 可随时查看关键信息,避免现场计算错误。BIM 施工模型结合岩溶地质桩基施工技术,模拟施工过程,分析该工艺的可行性,同时针对可能发生的质量、安全隐患,制定解决方案,最后开展可视化交底。

3.4 现场实施情况

截止目前,现场共计进行了 101 根桩低应变检测,根据检测报告各桩身均满足完整性要求。

桩取芯检测共计 25 根桩,各桩桩身混凝土芯样均连续、完整,表面光滑,胶结好,骨料分布均匀,呈长柱状,断口吻合,桩底沉渣厚度均满足设计要求,桩端持力层均满足设计要求。

单桩竖向抗压静载试验检测 14 根,各单桩竖向抗压承载力极限值均不小于设计值,各桩单桩竖向抗压承载力均满足设计要求。

4 结语

综上所述,岩溶地区工程建设难度较大,特别是复杂的地质条件,导致无法全面掌握每一根桩基础在成桩阶段遇到的特殊情况,故桩基础施工周期长,难度大。

为此,针对不同的地质情况,结合各阶段出现的地质风险,经多次的现场试验,项目部研究出片石黏土筑壁法施工技术,加上有现场经验丰富的施工作业人员,有效地解决了岩溶地质对桩基施工的不良影响,保障了桩基础施工的进度与质量,规避了施工安全风险,获得了业主、设计、监理单位的一致好评,为类似工程施工提供了有效的参考经验。Q

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