冲孔混凝土灌注桩溶洞处理方法初探

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  摘 要:本文主要就灰岩地区的冲孔混凝土灌注桩溶洞处理方法进行了探讨,并分析了成桩过程中的塌孔,埋钻,斜孔,漏浆,卡钻等常出现的问题的处理。
  关键词:溶洞;冲孔;灌注桩;斜孔;埋钻;注浆
  近几年来冲孔灌注桩在桂北地区被广泛应用于建筑工程中,由于这种桩施工工序复杂,桩基质量不易控制,在溶洞发育的灰岩地区尤其复杂,因此,正确处理溶洞地区的冲孔混凝土灌注桩技术,是摆在工程人员面前的一大重要课题。
  一、工程概况
  工程项目要点简述:某学院一期工程总建筑面积13.56万m2,一期工程包括:学院教学实验楼,公共教室楼,学生公寓,教工食堂,及南面的运动场地(含小运动场和篮球场),景观、绿化、休闲区以及校园内道路、水电等配套设施项目等。
  本工程的施工难点:
  工期紧迫,但工程的基础大部分采用冲孔灌注桩;
  根据地质资料显示,本工程所处区域为岩溶地区,地下存在土洞、溶洞。
  由于本工程地质的特殊性,每根灌注桩必须做超前钻探。通过超前钻资料显示,约有65%的桩存在溶洞,大部分溶洞高约在0.3~6.98m之间,最高达到13m,微风化岩有泄水现象。
  二、冲孔混凝土灌注桩小溶洞的处理
  (一)片石粘土筑壁法
  溶洞内无充填或半充填,溶洞高度不太大,一般在3m以内,但存在严重漏水,护筒内水头高度不能保持时,可采用片石、粘土和整包水泥(按1m3:3m3:0.75t比例,顺序为袋装水泥、袋装粘土、片石)回填冲击,用0.5~0.8m小冲程,不循环泥浆干打几分钟,使回填物充分密实,再加浆提高水头到正常高度,等水泥初凝具有一定强度,将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进,形成人工泥石护壁。如此反复多次回填片石、粘土和整包水泥,反复冲击直至形成泥石护壁并不再漏浆为止,这也是个比较成熟的施工方法。粘土片石筑壁法施工时,钢护筒必须穿透砂砾及卵石层等透水层,座落在不透水的亚粘土层上,这样可以防止由于溶洞漏水,水头高度急剧下降而造成的塌孔。严禁因为钢护筒短,没座在亚粘土层上,造成塌孔,导致钻头被埋在孔内,护筒埋置采用钢护筒跟进法。
  对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等,冲孔时采取投放片石、粘土,整袋水泥堵塞起到护壁作用,保证泥浆不流失,使钻孔顺利通过岩溶区。
  (二)注浆法
  溶洞层数较多,为串珠状。溶洞位置勘察准确,洞高大于0.5米,小于3米,土层中有较厚的砂层,溶洞漏浆会引起塌方的情况,采用预先压注水泥浆,待水泥浆压注工作完成24小时后开始钻进。压注时压力控制不大于0.4Mpa,并直到稳定2秒后再进行下一个孔的注浆,或相邻孔冒浆为止。
  三、冲孔混凝土灌注桩下较大溶洞的处理
  溶洞处理应该做到:保证施工安全;保证不影响周围临近已成桩的质量;能够成桩。
  (一)常规成孔法(按照无溶洞地质考虑)
  当溶洞内有充填物,是可塑或软塑的亚粘土,并且溶洞不漏水,这时不管溶洞有多大,也不管溶洞垂向数量多少,都可以不考虑溶洞的存在,而按照正常的地质情况施工。采用冲击钻成孔,洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别,可以按无溶洞的情况施工。
  (二)钢护筒跟进法
  溶洞较大(洞高>3m,单层或多层溶洞成垂直串珠装)采取钢护筒跳进法施工。该方法就是一面冲孔,一面接高护筒,并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。
  当桩孔穿过多个溶洞,并且均已成功造壁,在下面冲孔时,上面已形成的泥石护壁塌塌漏水并且无法解决时,可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏。
  a、钢护筒选择。内护筒长度和内径的确定:护筒长度L=(h+H)m(h为地质超前钻确定的溶洞高度,H为溶洞顶到地面加30cm的高度)。单层护筒内径大于桩直径10cm。多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm,其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm,并以此类推。钢护筒孔径要准确,连接要顺直,用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度,钢板厚为9mm为宜,单个大溶洞用单层护筒,两个大溶洞用双层护筒,并以此类推。
  b、内护筒的沉放。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤,在顶部厚度范围上下慢放轻提,冲锤不明显受阻碍,说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的,此时用钢丝绳活扣绑住内护筒,用吊机(或桩机自身重量)把内护筒放入外护筒内沉至孔底,必要时用振动锤下沉。
  用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时,施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能,使钢护筒能顺利下沉。钻头直径大于钢护筒外径3~5cm,护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。
  如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小,不能满足护筒下沉要求的,回填并加大钻头直径二次冲孔,以保证钢护筒顺利下沉。为保证钢护筒顺利下滑,要求桩孔要竖直,无歪斜、缩颈。
  (三)灌砂(石)十注浆法
  当溶洞内填充物较少或物理性质不良时可以采用灌砂(石)十注浆法,先应向孔内灌砂或碎石,提供桩孔维护体,然后向灌注物中注浆使其固结,提供成孔条件。灌砂(石)前先按照桩基直径、灌砂孔位置、所需的渗透半径及灌砂石时的锥体成型特征计算所需的砂石量。施工时先在选定合适位置钻出灌砂(石)孔,然后向灌砂孔内放入固定钢套管用风压机器将干砂注入;若需灌入碎石则应钻较大的孔,并在注入时不断振动钢管防止卡管。
  注浆时必须合理控制注浆速度与压力,以便浆液能充分渗透到周围的填充物之中,最终形成足够的固结体。注浆的压力一般控制在0.5MPa~1.0MPa范围较为合适,如果孔内存在压力时可用其他注浆孔作为减压孔。注浆速度应根据填充物的性质决定,一般选择15L/min ~20 L/min,这样浆液能渗透到填充物内包含灌入的砂或碎石,容易固结。
  四、施工中出现的问题处理   (一)塌孔
  如果有透水层,当冲击到溶洞后,由于突然漏浆造成水头高度急剧下降,透水层失稳,形成漏斗状塌孔。
  a、预防塌孔的方法:采用冲击钻冲孔施工时,可将钢护筒坐落在亚粘土层上,再继续冲击成孔;发现漏浆及时补水。
  b、塌孔的处理方法:当成孔深度不大时,可全孔回填粘土,暂停一段时间后再深埋钢护筒到不透水层,方可重新钻孔;
  当成孔深度较大时,可将钢护筒一直坐落在塌孔的剌叭口下缘的亚粘土层上,护筒周围回填粘土,挤实,再重新钻孔。
  (二)卡钻的原因和处理方法:
  a、冲击钻刃脚磨钝、孔径变小造成卡钻,应经常对冲击钻进行补刃;
  b、孔不圆,形成梅花孔,最好用五刃和四刃钻头打圆孔,不用一字钻;
  c、十字孔、探头石、落石等物卡钻,或钻头卡在溶洞内,上下提动无效时,用“一”字形或半月形小钻头沿孔壁障碍物处冲击,将障碍物击破或挤走,提出钻头。
  钻头在冲击填充的片石时,冲击后弹起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住,钻头不能上下,可用小冲击钻冲动,或用冲吸的方法将卡在钻头上的石碴松动后再提出。
  d、钻头被溶洞顶板卡住时,可用漏斗形钢套管顺着大绳下入至钻头顶,导出钻头。钻头提出后用小冲程慢慢修孔,必要时回填片石、黏土重钻。
  钻头冲破溶洞顶板掉入溶洞,钻头倾斜,提不出来,应放小炮炸掉顶板岩,一般用药量为300~500g,一次不行可反复几次,在冲击到岩洞顶板时应采用小冲程打紧锤、打圆孔。
  e、发生卡钻事故后,不宜强提钻头,免得拉坏机械,拉断钢丝绳,掉钻头。当钻头可以上下活动时,利用钻机上下提动钻头,并用撬棍拔动大绳使钻头旋转,反复多次,提出钻头。
  (三)漏浆
  漏浆分为小裂隙漏浆和大溶洞漏浆。在打穿溶洞出现漏浆之前,准备大量粘土,用水泥袋装好,并封口备用。对于大溶洞漏浆,一旦出现大量漏浆,先向孔内回填大量毛石及整袋粘土,在填粘土包时,分层加入一定量的整包水泥,回填高度超过漏浆位置高度。然后放下重锤挤压粘土包机水泥包,使水泥和粘土混合,形成水泥土浆,并挤进孔周围的毛石、粘土及水泥包之间或挤进岩溶缝隙之间。一旦孔内成浆之后,需停工12h,待水泥土凝固,且有一定强度,在桩孔周围形成了一水泥土护壁层,保证能正常向下施工时,再进行冲击成孔。
  小缝隙的漏浆,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,直至完成一个桩孔为止,见图一。
  图一 堵漏示意
  (四)埋钻
  埋钻是由塌孔造成的。施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外,如果未及时提钻,漏浆后塌孔,钻头便被埋在孔中。
  a、人工挖土钢护筒跟进法:桩孔钻进10m以内,地下水易于控制,没有大的承压力,人可以下到桩孔中去边挖塌落的泥石,边护筒跟进,一直挖到钻头位置,护筒也跟进到钻头位置。
  b、真空吸渣法:将导管置于塌孔的底部,用9m3空压机通过50~66mm钢管压入空气吸出沉渣。这种方法适用于塌孔石头的粒径不大于25mm的情况。
  参考文献:
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