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复杂岩溶地基处理实例

[日期:2013-05-31]
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1 工程概况

  广西某市中心广场拟建一座24层的贸易大厦,该大厦地基工程地质条件和水文地质条件复杂,岩溶、土洞发育。基坑北5m紧邻七层高的图书馆及四层高的电影院,南面相距4m处为该市主干道。地基处理施工难度大,施工中引进一些新的施工措施进行尝试,并取得了良好效果。 

  该楼为一层地下室,基坑开挖深度4~4.4m,采用一柱一桩独立基础形式,单桩最大垂直荷载21000kN。原设计为先开挖基坑,四周用毛石砌挡土墙,坑内采用人工挖孔桩。由于人工挖孔桩施工中抽取大量地下水,造成电影院、图书馆多处开裂,建筑物地基有向下滑移现象,同时挖孔桩没办法穿过多层溶洞,施工难以进行,造成停工。在此情况下,对该项工程进行了基础设计修改,采用冲孔和挖孔灌注桩相结合,并制订一套科学、合理、可行的施工程序,以保证相邻建筑物的安全及施工的顺利进行。

2 工程地质及水文地质条件

  根据勘察报告及桩孔的超前钻资料,基坑开挖已经挖除了人工填土层及淤泥层,基坑底地下有6~9m厚的履盖土层,其下为灰岩。该地区属于岩溶发育区,地质条件非常复杂,土洞、溶洞发育,尤其主楼部位岩洞最为发育,最深溶洞达32m,方向呈多方位;洞的大小不一,最大的顶底板间距21m,最小的仅有十几厘米,有的溶洞全被充填或部分充填,有的为空洞并形成地下暗沙。土洞埋藏较浅,常发展到地面。多层溶洞分布在不同的平面上,岩面起伏不平,高差较大并发育有大量溶槽、溶沟等。大部分基岩上部为块状风化堆积层,充填有黑色淤泥,且厚度大。

  该场地地下水属于潜水及岩溶裂隙水,地下水系与相离不远的义昌江相联,场地地下水位高,常高于基坑底面,且流量大,为紊流状态。有的地段钻孔或桩孔地下水往上涌,有的溶洞夯穿时,数台抽水机也无法灌满,所灌浆水进入地下暗河流进义昌江。

3 岩溶地基处理方案

  由于地基复杂,普遍存在土洞、溶洞,因此该楼采用一柱一桩的形式,要求桩端置于稳定完整的微风化基岩上。

  a.在每个桩孔上钻进1~3个超前钻孔,钻孔深度进入稳定持力层不小于5m。主要目的:查明每个桩孔的地层结构及分布特征;查明土洞、溶洞分布及大小、规模、连通程度、充填情况;查明强风化层厚度,溶洞顶板厚度;查明稳定持力层的准确顶面标高及其标准承载力;初步判定地下水类型、大小及流向。

  b.根据超前钻孔资料及建筑荷载进行桩的选型设计。当桩孔下无溶洞或厚层强风化带时,采用人工挖孔桩处理地基,人工挖孔桩要求进入稳定微风化岩石不得小于0.5m,对于起伏较大的持力层面,可打成30cm宽的台阶;当桩孔下有溶洞或厚层强风化带时,采用大直径冲孔灌注桩处理地基。要求该桩穿过溶洞、土洞或厚层强风化带,进入稳定持力层不小于一倍桩径。

  c.关于地下水在桩基施工过程中对周围环境的影响。冲孔灌注桩,采用泥浆护壁,水下灌注,无需抽取地下水,避免了深层岩溶裂隙水的抽取导致周围建筑物的变形;人工挖孔桩部分,毫无疑问要抽地下水。前阶段工作中由于抽取地下水把相邻的电影院、图书馆拉裂,两边道路下沉,导致地下水管道破裂。因此,为了使施工中不再出现上述情况,必须采取调整施工程序等措施,控制抽取地下水,科学、合理地组织施工,严格监测周围建筑物裂缝发展动向。

4 地基处理施工

  施工分为两个部分,即冲孔灌注桩和人工挖孔灌注桩。

4.1 冲孔灌注桩施工

  该施工主要难点为如何在具有多层溶洞的岩溶区成孔,如何堵住泥浆渗漏及砼流失,如何保证冲孔进尺及清除孔底沉渣。

  每当打穿一层溶洞时,经常出现如下情况:a.孔内泥浆迅速流失,因岩溶水系与义昌江联通,两台3PN泵供水也无法使孔内满上来,出现地面孔口塌陷,产生一大漏斗,不仅不能施工,而且经常危及钻孔及人身安全,有时连钻机撤出的时间都没有;b.溶洞或裂隙水流入孔内,破坏泥浆,泥浆比重减少或变成清水,孔底出现厚层沉渣,无法反浆,更不能进尺,使工程无法进行。

  针对上述情况,采取了相应的解决方法:向孔内回填大量粘土,目的是堵漏,同时也寤鞒煽住?br>  小裂隙的漏浆,粘土可不必装袋,可直接倒入孔内,水泥需整袋抛入,使其沉底,操作方法同上。

  当再次打穿下一层溶洞发生漏浆时,重复上述工作,直到完成一个桩孔为止。

  这样施工的结果是堵住了漏浆,堵住了溶洞,保证泥浆质量且能正常返浆,正常进尺,同时在灌注砼时,不会出现大量超灌。

  如63#桩具有一定的代表性,桩径1.6m,桩长21m,上覆土层厚5.5m,其下为多层分布的溶洞,遇大小溶洞4个,发生强漏浆6次,为堵漏造浆共用318包水泥,直接用于堵漏费8600元。

  经比较,上述方法是最经济、最有效的施工方法。与之相比,在此场地也曾采用钻孔灌注桩,钻孔直径500mm,结果是1)因泥浆流失过大,无法补足泥浆;2)长期钻进,出现大面积地面塌陷;3)孔底难清除沉渣;4)砼灌入量无法控制。在仅钻成的两个孔中,孔底几米厚度沉渣无法清除,其中一孔12h灌入几十立方砼,不知流向何处。

4.2 挖孔桩施工

  对于人工挖孔桩,按常理是最简单的施工方法。由于该地层含有大量地下水,抽取地下水已危及周围建筑物的安全。如何达到最经济最安全的施工成为第一难点。经认真分析,充分了解该地基的工程地质条件及水文地质条件与周围建筑的联系,并对建筑物已开裂的原因进行了细致的分析。

  抽取大量地下水是导致周围房屋开裂、地基下沉的最主要原因,如要对基坑周围进行全面的帷幕防渗,耗资巨大,同时岩石裂隙水未必能堵住。最后采用了不增加投资的方案,只对施工程序进行了调整。

  通过施工程序调整,设法改变水的渗透路径;分散施工,不能成片连续开挖,每隔3~5个桩孔开挖一个;先施工水量较小的桩孔,如果发现水量较大的桩孔,停止抽水,不再向下施工,严格控制抽取地下水量;每挖成一个桩孔,验收后立即灌注砼,堵住水的部分渗透路径;严格监控周围建筑物的裂缝。

  事实证明,按上述原则要求进行施工,顺利、安全地完成了施工任务,保证了周围建筑物的安全,如果不按此程序施工,会产生严重的后果。例如,当时现场为了进度,同时开挖4孔,同时抽水,结果4h后观测发现周围建筑物裂缝加大,石膏断裂。紧急停工后再按程序施工没有出现 这种情况,施工安全顺利。再次证明经过施工程序的控制,安全施工可以得到保证。

5 结束语

  1)岩溶地基处理有很大的难度和复杂性。需因地制宜地设计和选择施工方法。

  2)岩溶地基采用冲孔与挖孔相结合的办法进行处理,既经济,又避免了许多难以解决的问题,诸如抽取大量地下水,引起周围建筑物的下沉开裂,人工挖孔难以穿过多层溶洞等问题。

  3)冲孔桩处理复杂岩溶地基行之有效,有较大的可靠性。

  4)采用袋装粘土及水泥填堵溶洞及防渗堵漏,行之有效,且最为经济,同时保证成桩质量,避免大规模超灌砼。

  5)在进行严格的施工管理条件下,调整施工程序,严格控制抽取地下水量,只要施工程序合理,完全可以无需任何防渗措施,可以进行安全的人工挖孔桩施工。

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