李穗青
(广州市白云城市建设投资有限公司 )
摘要:岩溶地区地质条件复杂,溶洞处理是桩基施工的关键。本文结合工程案例阐述了关于溶洞处理和冲孔桩基础施工技术问题与对策。
关键词:岩溶地区;溶洞处理;砂层段厚和岩溶地区的冲孔桩充盈系数超标
充盈系数K:一般用于桩基础工程的灌注桩浇灌砼,是判别桩基础工程的一个重要质量指标。灌注桩的砼充盈系数是指一根桩的实际灌注量与桩外径理论计算立方量之比,(K=V实际 / V理论)。实际施工中,人工挖孔桩的充盈系数K=1.0,冲(钻)孔桩充盈系数1.0<K≤1.2是正常范围,广州市定额站确认预结算定额单价包含的最大充盈系数是1.2,超过1.2,需合同双方共同协商解决、K<1.0定为不合格桩。充盈系数K>1.2时,财评审核无法结算超过1.2的砼量,况且K值过大,既浪费砼,桩身质量也可能存在隐患。
塌孔:除了砂层段泥浆护壁失效造成塌孔,也因冲孔桩侧溶洞或溶洞顶板被桩锤猛烈撞击。因为石灰岩地区地下天然洞穴裂隙发育,连通性好,孔壁破裂爆开,泥浆水泄漏或大量流失,导致冲桩内泥浆护壁水位急降,砂层段护壁受损,紧接就是砂层段坍塌。
一、工程概况
位于白云区江高镇保障房项目。占地面积:1416平方米,地上17层,14352平方米;总建筑面积:16850平方米;地下1层,2508平方米。冲孔桩基础,框架结构,建筑物高度52.65米。
二、地质情况:
1、详勘2011年4月,普遍柱状表述:人工填土层、冲积土层(稍密中砂、砾砂、淤泥质土、粉质粘土、中密中砂)残积土层、基岩(全风化岩、强风化岩、微风化岩)溶洞见洞率11.5%。钻孔31个,不宜采用预应力管桩,建议采用钻(冲)孔桩。
2、超前钻:2013年6月。桩位142个。报告结果对场地内第四系土层未取芯样,其分布特征及其物理力学性质是详见详勘报告,超前钻报告仅对基岩层层抽芯样检测。分为泥灰岩和石灰岩,其中泥灰岩(软质类岩石)分布28条,单轴天然抗压强度为11.2MPa,石灰岩114条,单轴天然抗压强度为51.0MPa。溶洞见洞率:30.98%,有44个孔揭示有溶洞。判定为岩溶强发育区域。初步判断有:溶洞、溶槽、溶沟、半边溶洞、串珠式溶洞,岩溶在垂直方向比较发育。溶洞内由流塑~软塑状粘性土填充或半填充,
施工试桩过程的状况:发生漏浆、卡锤、塌孔而封桩ZJ111详勘揭示冲积土层的中砂为稍密、砾砂是中密、淤泥质土流塑饱和,粉质粘土为可塑状,中砂中密,该段的砂层厚度是5~18米不等。经砂土抽水试验结果:砾砂的渗透系数Ks=9.8m/d,涌水量Q=143m3/d,砾砂层属于强透水层,
三、关于溶洞处理和基础在招标文件的内容
由于该工程在招标文件中,未曾有溶洞处理的开项和单价或暂估价,给施工过程带来管理的被动,我单位接手该工程的项目管理时,工程中标之后停顿了五年的开工时;
四、冲孔桩试桩施工过程的状况及研究:
1、首先对超前钻没有溶洞的桩先试桩,情况如下:
特别说明的是:ZJ111桩,施工至收桩前,突然泥浆下降8米,护筒下沉,工地立即移开桩机马上回填粘土和石块,就在填平的第二天早上,呈现桩位周边60平方米的地面下陷2米。情况非常危险。差点酿成安全事故。
2、鉴于上述三支桩的结果研究,首先解决现场收桩时,目测判断持力层泥灰岩和微风化灰岩的区别。根据勘察单位和超前钻单位研究的判断石灰岩的土办法:在市面购买盐酸,对岩石冲洗,如有发生溶蚀气泡的,就是石灰岩,没有反应的就是泥灰岩。ZJ113在抽芯检测后试压结果只有4.2和3.3MPa,由于岩芯呈片状,这个抗压强度不能代表桩下整体岩石的抗压强度。岩土检测专家解释说,这种情况采用点状的试压检测,就可达到详勘检测值,但不是普通检测单位常有的设备仪器。另外,超前钻布孔,对于岩溶高发地区,单靠超前钻一个孔也不能全面揭示桩径1000范围的溶洞情况,整桩的充盈系数超大(正常是1.2)。该工程的地下溶洞比超前钻揭示的30.98%更大得多。
3、就试桩的冲孔桩砼浇筑时,充盈系数不算最大的状况描述:就ZJ113桩例子:依次顺序浇筑5.2米,充盈系数K=3.08,浇筑10米,充盈K=1.4,浇筑5.0米时,充盈K=1.4,整桩理论砼量为9.65立方,实际浇筑量为18.5立方,平均充盈系数K=1.91。说明桩体下段因溶洞严重扩散,上段砂层也有一定的扩散量。
4、原施工方案决定,超前钻没有揭示有溶洞的,先行冲桩,鉴于以上状况,看来溶洞的分布律远大于超前钻查勘的范围。立即召开紧急处理会议,为安全质量起见,必须要对溶洞进行预处理。
5、就溶洞的预处理,设计出施工灌浆方案,经历了两次市科技委的专家评审。总结专家意见:首先对桩基础施工前预先处理溶洞,防止桩机塌陷造成施工安全隐患是肯定的。应以变更的形式完善该工程的溶洞处理费用。结合专家意见和《广东省标准:岩溶地区建筑地基基础技术规范(征求意见稿)》,设计出图做法如下:
1、)溶洞处理施工应从外至内,分大中小溶洞作不同的处理,为节省成本,宜采用低压灌浆注浆压力为0.5MPa,混合砂浆配合比:水泥:砂:粉煤灰:水=1: 3.5: 2:1.2.串珠式溶洞,先下后上灌满。
2、)对小于1.5米高度的溶洞,灌浆超过20立方即可停止;对于大于1.5米的溶洞,灌浆60立方砂浆即可停止后,改用双液(水泥浆1:0.55)+水玻璃液(1:0.5)注浆压力0.5MPa.
3、)小溶洞采用一灌浆孔一排气孔,大溶洞采用两灌浆孔两排气孔,为节省造价,排气孔用D75mmPVC管,灌浆孔采用D101钢管。
4、)应对灌浆过程进行旁站监督记录,根据注浆量,预估项目地下的溶洞分布范围。
5、)注浆完毕进行检测:采芯率需达到85%。否则补充注浆。
6、溶洞预处理灌浆施工
1)整个注浆过程在反复试验、实施、验收中结束,为防止出现虚假报灌浆量,监理和业主代表和代建单位轮流派人现场记录,及时处理突发问题。确实时间也花两个月时间,人材机记录在案。造价成本是220万元。
2)灌浆的设计压力是0.5MPa,显得动力不足,在征得设计同意下,可根据施工情况和泵机距离桩位的远近调整压力,目的是使浆液能灌进去,又不至于扩散严重。
3)双液注浆,因有水玻璃,非常掌握时间,稍有拖延就会封堵管口无法注进去,也就达不到封堵的溶洞小孔的效果。
4)现场注浆的观察,除了需要双液注浆的溶洞,每次都是以排气孔返浆才结束。
5)灌浆抽芯差强人意。对于此类采芯率`,有经验的专家称,有些灌浆工程根本无法找到水泥浆的影子,要达到采芯率85%是非常难得圆满的理论值。设计是根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》征求意见稿的12.1.3第5点,要求检测的,但实际检测无法达到强度的检测,因本工程的溶洞处理是以填充为目的。抽芯结果已表示填满,强度可不要求。经再次的设计施工检测研究会议决定,不再进行继续灌浆预处理。(如下图)
五、冲孔桩基础施工
1、得到改善的是:塌孔、浆面大量突降的情况没有再出现,仍有存在的有:多次遇到卡锤、斜孔、漏浆。。。。。。最严重的是整桩充盈系数仍是居高不下。为此施工单位提出他们无法承担如此巨大的充盈。
2、为此我们征询了保障房的业主单位和市财政评审中心,寻求对此的解决办法,一方面,确保充盈系数大的属实依据:对砼搅拌车进行抽检地磅称重、对浇筑砼的时间安排在白天,并对现场进场单据核验确保全部砼灌注桩孔。全程监理施工业主旁站监督记录。
3、市财政评审和业主的意见,不同意确认冲孔桩超过1.2以上的充盈量。只能确认桩基溶洞二次处理的办法。我们再次进行方案、造价、工期、工艺等的对比,最后采用造价最低的方法:遇到浆面异常,采用回填片石、粘土后反复冲填的办法,直至浆面稳定,这样尝试之后,成孔充盈基本达到1.3左右。这是施工单位可以接受的范围。但由于回填反冲次数短则1次。多则3~4次,花费的时间也是冲桩的1倍时间。总工期是延长了2个月。
4、对于在厚达13米的砂层段成孔施工,应有特殊的施工方法:泥浆比重的应控制在1.1,粘度为18s,采用优质膨润土。
5、冲桩锤提升过快速率,侧壁因高速水流冲刷砂土,遇到不密实的砂土层段,容易将砂层内的微粒脱落而塌孔。
六、总结
1、勘察方面:从详勘到超前钻发现溶洞的数量范围不断扩大的前提下,应在一桩一孔之外,增加补充钻孔对溶洞进一步查明发育情况。特别是相邻工程桩持力层岩面深度相差较大的、或查明某桩位下有超大溶洞的,而相邻钻孔为没有溶洞的桩位范围,也不能大意。根据桩基础施工前后对比,有大量溶洞的地区,单靠常规布孔的书面报告(详勘和超前钻),明显不足,无法预估的溶洞填充量,如有详勘和超前钻的深入探究,将会事前引起重视,预估一定量的资金和工期进行溶洞处理。不至于到实际施工时才开始处理,完成变更流程之复杂而产生延误和被动。
2、施工前应仔细研读详勘和超前钻报告,在平面上整理出每个桩下溶洞分布,如有岩面起伏差异变化大的,就要大胆预估此处的溶洞相连,桩的施工顺序都要考究,施工时更加留意规避风险。。
3、通常我们认知的溶洞大多是想象在桩底的规整溶洞,现实中,有半边溶洞、溶槽、桩侧溶洞,特别是桩侧溶洞,在冲桩直径范围是不涉及的,钻探仅一个小孔更加不一定能查到,但收桩最后入岩的强冲作用力下,侧面溶洞的壁被撑破,引发而来的是大量的泥浆漏浆或灌注砼时充盈过大。为此,施工的对策是:在收桩时,有溶洞的微风化石灰岩,强度高,必须采用低锤密打,特别接近溶洞顶板时改用短冲程成孔,千万不能急于求成,冲程宜控制在1米以内,在穿过溶洞中,也要防止滑动损坏桩锤和桩身倾斜,用短冲程。桩锤在洞内冲击高低不平的岩面时,或一面有岩一面悬空时,极易造成卡锤和斜孔现象,当出现这种现象时,应抛石填粘土至高出斜孔段顶部1~2米后,再采用短冲程。冲孔过程密切注视泥浆液面的变化,如漏浆量大且速度快,说明溶洞较大,可能即将引起渗漏和塌孔现象,应马上应急措施:抛石和回填粘土至桩顶,甚至整袋水泥或较大的石块。
4、为防止只顾处理溶洞忽视成孔质量,在反复抛石和回填粘土的多次冲孔后,应遵循设计要求,桩基入岩深度和清孔原则,灌注水下砼时,应注意泵送砼的速度和套管,不能强力下冲,相邻桩的施工,应该是隔孔跳打,防止冲击震动使相邻桩初凝时段的质量受影响。
6、桩顶采用6米的钢护筒重复循环用,砂层段泥浆护壁配比和粘度严格控制。每次每桩的反复冲填石块和粘土,都严格记录,因照明不善防止意外,避免夜间施工。上述工程至5月份完成桩基础施工时,二次溶洞处理的反复冲填石块和粘土,增加造价控制在45万以内。
7、在岩溶高发区,详勘报告揭示有溶洞,且洞的大小不一,应在施工招标前就预估处理溶洞的费用,厚达13米的砂层段,采用冲孔桩施工,是更需要加强说明泥浆的比重和粘度,并说明必要的施工措施。桩身砼的单价也应锁定充盈系数。以免日后争议而延误施工。
8、在勘察资料揭示有溶洞的范围做冲孔桩施工,应非常谨慎,施工前应有试桩方案、质量安全应急预案和听取岩土基础专家的论证意见指导,切不可盲目冒险追进度。
9、出现充盈系数偏大现象,建设单位应组织各参建单位对成孔工艺流程、机械操作、成孔质量、机械性能、砼供应商数量准确等控制节点进行全面核查,逐一排查问题所在。形成依据,同时也是财评审核增加变更预算的依据。
10、对于泥浆比重和粘度,监理旁站人员随时采用玻璃浮计和泥浆比重仪跟踪检查。对不同土层使用的泥浆适度调整。商品砼的供应数量采取现场不定时随机抽查,联系地磅进行数量的核查。记录留底。按照质监验收要求对预拌砼进行试件查验。
遇到岩溶的地区并不如洪水猛兽,只要针对溶洞细心处理,严格按照标准规程处理检测,施工质量安全、造价控制必得到保证。特别是从2018年7月起,《广东省标准:岩溶地区建筑地基基础技术规范》开始使用,必定对岩溶地区的地基设计施工处理有非常重大的指导意义和规范做法依据。
参考规范:
广东省标准:岩溶地区建筑地基基础技术规范(征求意见稿)
论文作者:李穗青
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年3月上
论文发表时间:2018/11/16
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