人工挖孔灌注桩处理岩溶地基施工技术.pdf

第 3 6卷 第 1 6期 6 8 2 0 1 0年 6月 山 西 建 筑 s h a nxi archi tecturt vo i 3 6 no 1 6 j u n 2 0 1 0 文章编号 ： 1 0 0 9 6 8 2 5 ( 2 0 1 0 ) 1 6 0 0 6 8 0 2 人工挖孔灌注桩处理岩溶地基施工技术 张锐 摘要： 通过工程实例介绍了人工挖孔桩对岩溶地基进行处理的施工方法， 提供 了人工挖孔过程中处理孤石、 石笋、 石 芽 、 溶洞、 桩 端空洞等 问题 的关键施工措施 ， 达到 了理 想的地基处理效果。 关键词： 人工挖孔桩， 岩溶地基， 特殊施工技术 中图分类号 ： tu 4 7 3 1 文献标识码 ： a 1 工程概况 某机场原始地形极其复杂， 处于东西两侧山峰形成的谷底地 带， 场址内的最高山峰为2 1 9 2 7 m( 位于西次跑道中部) ， 最低点 约为 2 0 1 7 m( 位于南工作区西南角) 。场区内地势起伏较大， 岩 溶发育中等。其中航站楼主楼地下 l 层 3层 ， 地上 3层， 层高 6 0 0 1 t i ， 主体结构为钢筋混凝土框架结构， 屋顶为钢结构。基本 柱网 1 2 m1 2 m， 支撑屋顶钢结构柱距约 2 4 r n 2 6 n l ， 建筑面积 ( 航站楼一期) 约3 6 万 m 2 ， 建筑基底面积 7 2 0 7 3 5 n q 2 ， 场地地质 特征如下： 素填土： 新近回填， 结构松散， 零星分布； 硬塑次生红黏土： 属 中等低压缩土； 可塑次生红黏土： 中等压缩性； 软塑次生红黏 土： 高压缩土。以上土层主要分布在漏斗及隐伏漏斗中， 局部分 布， 地层不连续。 红黏土： 包括硬塑、 可塑两种状态， 广泛分布于场区， 厚度极 不均匀， 基岩发育石芽、 溶脊， 部分区域基岩出露地表； 红黏土总 体上呈上硬下软状态， 表层局部达坚硬状态。总体上场区内的红 黏土 以硬塑状 态为主 。 基岩 ： 场区内分布的基岩主要为硬质岩石， 软质岩石分布范 从勘察报告看本工程桩的承载性状属于摩擦桩 ， 桩侧摩阻力 占桩承载力的 8 0 左右， 因此桩承载力的大小取决于桩的侧摩阻 力， 而桩的侧摩阻力与桩的侧面积和大小直接有关。从以下三点 可 以看出空心方桩 比管桩的优越性 ： 1 ) 管桩的侧面积 7 t d， 空心方桩的侧面积 4 ， 若两者侧面积 相同， a=0 7 8 5 d。其中， d为管桩直径； a为空心方桩边长。2 ) 若两者桩长相同， 外周长相同， 空心方桩比管桩面积减小 1 0 1 6 ， 混凝土材料节约 1 0 1 6 。根据桩基规范和江苏省图集 边长 4 0 0空心方桩和直径 5 0 0管桩的截面图， 可以看出边长 4 0 0 空心方桩比直径 5 0 0管桩钢筋要节约 2 0 。3 ) 由于本工程用边 长4 0 0空心方桩代替了直径 5 0 0管桩 ， 桩间距缩小， 承 台的尺寸 和挖土的工作量都减小了， 经济效益明显。 6 结 语 1 ) 预应力空心方桩在以桩侧摩阻力占较大比例的摩擦桩比 围很小。 地下水： 本工程区域地形水位丰水期标高约 2 0 3 9 m2 0 4 5 n l ， 埋深约3 5 m-4 5 m。丰水期与枯水期水位变化幅度约5 m8 r n 。 地基基础分段分区处理 ， 基础有天然地基嵌岩基础和桩基。 冈人工挖孔桩适应环境能力强、 水平承载力高、 易于持力层的鉴 别、 孔底沉渣控制、 桩体混凝土的质量控制， 所以决定采用大直径 人工挖孔桩基础。 本工程挖孔桩 1 6 7 0根， 有一桩到七桩承台， 桩距为 3倍桩 径， 桩长根据地质报告确定， 桩端进入厚度大于 5 1t i 的完整中风 化岩为 1 4 0 0 m m-2 3 0 0 r n r n ， 桩端进入基岩斜面时， 进入基岩斜 面不小于 1 5 d ( d为桩径 ) 。 2 挖孔过程中特殊情况处理 2 1 溶 洞处理 2 1 1 溶洞处理原则 空溶洞处于地下水位以上， 则采取“ 填、 堵” 的方法， 若空溶洞 处于地下水位以下， 则采取“ 疏、 排” 的方法。根据施工勘察结果， 航站楼中心区地下溶洞除一个为空溶洞以外 ， 其余均为填充溶 洞， 填充物为碎石、 块石、 夹黏土， 呈硬塑状态， 且大部分顶板完整， 管桩具有造价低的优势， 节约造价大约 2 0 。2 ) 预应力空心方桩 外形因为是方形， 堆放比较方便， 不会像管桩容易发生滚落伤人 事故 ， 且打桩夹头比管桩更易夹紧。3 ) 在商品经济的发展时期， 空心方桩具有工程造价低， 施工速度快， 因此带来很大的经济效 益 ， 也给我们设计人员提供 了一种新的桩型， 丰富了设计思路。 4 ) 空心方桩对于大力发展的管桩是更好的更新换代 ， 为国家节约 了大量的能源材料， 为节能减排作出了更大的贡献。 l i 前本工程已竣工， 最大沉降量仅 9 mm。 参 考文献 ： 1 j g j 9 4 2 0 0 8 ， 建筑桩基技术规范 s 2 王广宇 预应力混凝土空心方桩成套技术研究 d 北京： 中 国建筑科学研究院博士学位论文， 2 0 0 7 3 乔生莉 浅谈先张法预应力空心板的施工 j 山西建筑， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 1 0 ) ： 1 3 1 1 3 2 pr e s t r e s s e d s pu n s q u a r e p i l e s i n p r a c t i c a l e ng i ne e r i ng a pp l i c a t i o n gong pe i ab s t r a c t ：th r o u g h e n g i n e e r i n g e x a mp l e s t o i n t r o d u c e t h e p r e s t r e s s e d s p u n s q u a r e p i l e s t h e u s e o f t h e r e g i o n i n ya n c h e n g ，i t p o i n t s o u t t h a t a s a s u b s t i tut io n f o r p r est r e s s e d p i p e p i l e p r est r e s s ed s p u n s q u a r e p i l e i n 9 - s t o r y t o 1 2 一 s t o r y h i g h r i s e b u i l d i n g s h a v e a g o o d e c o n o mi c a n d s o c i a l e f f e c t s ，als o i n l i n e wi t h n a t i o n al e n e r g y - s a v i n g e mi i o n r e d u c t i o n pol i c y ke y wo r d s ：p r est r e s s e d s p u n squ are p i l es ，p r est r e s s e d p i p e p il e ，s u b s t i t u t i o n 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 2 0 6 作者简介 ： 张锐( 1 9 7 2 一) ， 男 ， 工程师 ， 昆明市市政工程建设 管理办公室 ， 云南 昆明6 5 0 0 1 1 第 3 6卷 第 l 6期 2 0 1 0年 6月 张锐 ： 人 工挖 孔灌 注桩处理岩溶地基施工技术 6 9 基岩厚度均达到设计要求， 持力层基本在溶洞以上， 少部分要挖 穿溶洞 。 2 1 2填充溶洞处理方 法 1 ) 填充溶洞内若填充物呈硬塑或可塑性状态， 按正常施工程 序挖除桩孔内填充物后扎护壁钢筋、 浇灌护壁混凝土； 2 ) 若填充 物为纯黏土 、 粗砂 、 粉 砂 ， 且颗粒之 间含 自由水 ， 整体 呈流塑状 ， 就 要看溶洞 的平 面范 围和溶 洞高 度分 别进行 处理 。a 溶 洞高 度在 2 0 m以内， 周边流塑状泥土每边不超过护壁以外 5 0 0 mm， 则将 流塑状泥土全部掏空， 护壁周边水泥浆砌块石， 然后浇筑护壁； 若 水平面积较大， 超过 5 0 0 r n m范围， 则采用 1 8 - 0螺纹钢筋沿 上层护壁内侧周边打入泥土中， 钢筋长度 1 2 0 0 mm1 5 0 0 r n lt l ， 问距 1 0 0 r m 1 5 0 i t l r n ， 稳固住土体然后再挖泥土。挖泥土先挖 中间， 深度 6 0 0 i t lr n -7 0 0 h ， 周边暂时稳固住不能扰动， 待中间 泥土挖空后冉挖周边 泥 土 ， 周 边 泥土不 能 同时掏 空 ， 只能沿 一侧 慢慢清刨 ， 边掏边用麻袋、 稻草塞人钢筋背后 ， 以防钢筋之间泥土 在 自由水作用下涌人孔内。周边泥土清完后， 迅速扎护壁钢筋、 支模并浇筑护壁混凝土。b 溶洞高度超过2 0 m， 不大于 4 0 m， 则采用钢套 管 护 壁 ( 直 径 比桩 径 大 2 0 0 mm， 钢板 厚 度 6 r n m 8 n 1 f n ) 剖开成 4 块 -5 块后放人井 内， 打 人 泥 土 中 ， 每 节 高 度 4 0 0 mm5 0 0 f i lm， 然后在套管内挖土， 支模浇混凝土。c 溶洞高度 超过 4 0 m， 采用人工无法开挖， 只能考虑采用泥浆护壁冲孔桩。 2 2 桩端空溶洞灌浆施工 2 2 1 灌浆参数设计 原人上挖孔桩桩身混凝土强度为 ( 2 3 0 ， 设计要求注浆体强度 高于c a 0 ， 因此空溶洞及该 2根桩身钻孔采用 5 2 5普通硅酸盐水 泥浆 ， 外加微膨胀剂灌沣。1 ) 水泥浆液配比设计 ： 采用 5 2 5 普通 硅酸盐水泥， 水灰 比0 5 ： 1 。2 ) 灌浆压力的控制： 对空溶洞灌浆 ， 最终灌浆压力控制在 1 5 mp a 2 0 1v i v a ； 对抽芯钻孔灌浆压力 应控制在 0 4 mp a -0 8 mv a 。3 ) 本次灌浆方案采用一次灌浆和 二次加压灌浆， 两次灌浆的间隔时间为 1 h 。二次灌浆结束后约 2 0 mi n进行孔口补浆。 2 2 2灌浆施lt工艺流程 灌浆工艺流程如下： 清孔、 洗孔一空溶洞一次注浆一桩端孔口 封闭一空溶洞二次加压注浆一桩身钻孔一次注浆一孔口封闭一桩 身钻孔二次加压注浆一孔 口补浆。 1 ) 采用钻机进行清掏后， 对钻孔进行核对检查， 查清实际钻 孔深度及钻孔直径， 以及钻孔是否穿过桩端持力层基岩进入空溶 洞。2 ) 将注浆管下人孔中， 检查与原孔深度的深度差， 用衡阳产 b w3 2 0 泥浆泵( 最高压力可达 1 0 mp a ) ， 向孔内送人清水， 加大泵 压约 2 mp a -4 mp a ， 反复清洗约 1 5 mi n 3 0 mi n 。3 ) 洗孔结束 后 ， 向孔 内注入水 灰 比 0 5： 1的 5 2 5纯 水 泥浆 ( 加入 水 泥用 量 3 的微膨胀剂) ， 待空溶洞注满后 ， 即停止注浆， 一次注浆结束。 4 ) 用栓塞将桩底部灌浆孔进行孔 【 =_】 封 闭 ， 问隔 1 h后 ， 进 行二次加 压注浆， 达到 2 0 mp a为止。5 ) 取出堵孔栓塞， 进行钻芯孔第一 次注浆。6 ) 钻芯孔第一次注浆满， 栓塞孔 口封闭， 约 1 h后， 开始 对钻孔进行二次加压注浆， 注浆终止压力控制在 0 8 mp a以内。 7 ) 二次注浆结束后， 取出栓塞， 约 2 0 mi n后进行孔 口补浆。8 ) 从 清孔开始到注浆结束 ， 配置一台钻机进行下管和拔管。 2 3 孤石及石笋、 石 芽爆破施工 挖孔桩施工 中会 遇到 大块 岩石 需要 穿过 ， 有时 会遇 到石 笋、 石芽或一半岩石 ， 一半土的情况， 如石质不坚硬 ， 可用风镐冲击成 块开凿， 若石质较坚硬 ， 则需进行小型爆破。 人工挖孔桩成孔过程爆破由于在孔内进行， 作业面深、 自由 面狭小、 周边岩石夹制力较大， 必须采用小直径浅眼微差爆破。 挖孔桩爆破作业着重考虑挖孔桩外侧、 底部及护壁不受破 坏， 保持其良好的完整性 ， 故采取微差控制爆破的方法进行设计 与施工 ， 从而达 到相对 理想 的效果 。 起爆方式为： 电力起爆线一 电雷管一炸药起爆。 炮孔采用 3 0 m 3空压机带动凿岩机钻孔， 无地下水时采用 硝铵炸药， 有地下水时采用乳化炸药。 为达到安全防护的目的， 应对井 口采用方木做支撑梁， 其上 覆盖一层钢筋网， 然后用砂包重压其上将井 口严密覆盖， 飞石就 能控制在井内。 在爆破施工时出现地下水情况应按水下爆破方案施工。 3结语 岩溶地区地质情况十分复杂 ， 采用人工挖孔灌注桩可清晰了 解持力层情况， 桩质量可靠 ， 但成孔过程安全性较差 ， 施工前及整 个施工过程中安全工作不能放松。同时初勘和详勘地质资料亦 不能准确反映每个桩孔的真实地质情况 ， 各桩开挖前必须进行一 桩一孔超前孔钻探 ， 了解地下岩溶发育情况 ， 确定桩基适宜的持 力层位置。至今为止， 对岩溶地质， 专家们已进行 了很多研究与 总结 ， 取得大量成果l 1 - 8 一 。但是， 在岩溶地基上进行人工挖孔桩处 理 的施 工技术 ， 仍有待 于积 累经验 ， 进一 步规范 。 参 考文献 ： 1 _ 刘芝葵 岩溶区溶洞及土洞对建筑地基影响的研究 d 长 沙： 中南大学地学与环境工程学院， 2 0 0 4 2 赵明华， 杨明辉 连续配筋混凝土板在岩溶及采空区公路建 设中的应用 j 中南公路工程， 2 0 0 3 ， 2 8 ( 1 ) ： 7 1 1 3 万志清 抽水引起岩溶塌陷的机理及非线性预测 d 北京： 中国科学院地质与地球物理研究所， 2 0 0 2 4 李彬峰 路基岩溶塌陷注浆整治施工工艺探讨 j 西部探 矿工程 ， 2 0 0 3 ， 1 5 ( 4 ) ： 1 0 1 2 5 谢郁山 人工挖孔桩在岩溶地区的应用 j 建筑技术， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 2 0 6 石建省 京津冀德 平原 区深层 水 开采与地 面 沉降 关系空 间 分析 j 地质评论 ， 2 0 0 6 ， 5 2 ( 6 ) ： 8 0 4 8 0 8 f 7l 赵新杰 ， 史朝 立 广 州新 白云 国 际机 场地 基 处理 工程研 究 j 中国煤田地质 ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 3 7 3 9 8 张合青， 杨国荣， 魏弋锋 广州新白云机场土洞、 溶洞的稳定 性判别及其加固处理 j 地球与环境， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 3 ) ： 3 6 4 0 de a l i n g wi t h ka r s t f o u n da t i o n b y ma nu a l h o l i ng p o u r i ng pi l e s t e c