喀斯特地质嵌岩灌注桩基础施工中若干特例处理方法.doc

喀斯特地质嵌岩灌注桩基础施工中若干特例处理方法李明辉 （云南省第二建筑工程公司，云南 昆明 650203）摘 要介绍昆明经贸宾馆嵌岩灌注桩工程，在喀斯特地质施工中若干特例处理方法、原因分析和预防措施。关键词 喀斯特地质；嵌岩灌注桩；施工特例；处理方法；原因分析；预防措施Under Construction and Some Special Examples Handles Method of the Embedded Impregnation Piles in Karst AreasLi Ming-Hui(No.2 Yunnan Construction Engineering Company，KunMing YunNan 650203) Abstract：Introducing an engineering of Embedded Impregnation Piles in Kunming jing-mao guesthouse, under construction and some special examples handles method, reason analysis with prevent the measure in the Karst Areas.Key Words：Karst area；Embedded Impregnation Piles；Special example in construction; Handle method；Reason analysis；Prevention measure.5喀斯特是云贵高原特有的地质形态，昆明经贸宾馆地处昆明市青年路北段西侧紧邻圆通山，共27层，建筑面积29670m2，建筑场地属于典型的喀斯特地质地貌。工程为框-剪结构，桩-箱复合型基础。其桩基础设计为嵌岩灌注桩，桩径有1.0、1.3、1.5、1.8、2.0m五种类型共81棵桩，设计桩深6.2-32.6m。工程采用“人工成孔+冲击成孔+导管法水下砼灌注”工艺进行施工。由于喀斯特地质特殊和复杂性，在成孔中遇到了诸如流泥流塑、土洞溶洞、溶蚀裂隙、承压地下水涌冒等施工难题。由于措施得当，处理及时，最终克服并解决了该地质中溶洞、裂隙、流泥、地下水涌冒以及塌孔、偏孔、成孔不圆、坠锤和混凝土流失等难题，施工获得了成功。以下是冲击成孔及桩芯砼浇灌施工中碰到的典型情况及处理方法，希望它对类似工程施工有所帮助。 1、15#桩： 1.1特例描述与处理方法 15#桩设计桩径1.0m，孔深11.94m。人工挖孔深达7.2m，因水大、流泥原因改为冲击成孔。冲击钻进至11.5m时，钻孔发生偏斜。数次填石纠偏施工时，砼护壁距孔口以下3.0m处整体破损下沉，孔口周围2.0m范围内垮塌，影响了正常施工。经分析，采取将破损砼护壁清除，下入3.0m高1000*6mm钢护筒护壁，周围填土固实，继续冲钻至设计底标高，灌注成桩时不拨起钢护筒，实施后顺利完成了该桩的施工。 1.2原因分析： 本例属于典型的塌孔，原因有几方面： (1)护壁施工质量差，造成冲击中发生开裂脱落；(2)始冲时投入石块和粘土量不够，造成砼护壁以下泥浆壁冲挤不密实，致使已成形的砼护壁受力下沉；(3)冲击成孔中遇到坚硬斜面岩石，出现半边石笋石芽、半边土情况；(4)冲击钻进中，没有根据情况及时低锤密击进行冲击，造成锤头下落提升之际随岩石斜面发生滑移，时间一长造成偏孔直致导致了塌孔发生。 1.3施工总结及预防措施(1)控制好人工成孔阶段砼护壁施工质量，可以有效防止此类塌孔的发生，人工挖孔后需要冲击造孔的砼护壁需适当加厚，每节护壁之间钢筋应交叉连接形成反吊，同时孔口应向四周扩宽500mm（见图a），当下段坍塌时，护壁可自身稳定。最好将基础垫层先做掉，保持基坑不受地表水浸蚀；(2)始冲时，一定要投入足量的块石和粘土，通过冲击破碎搅浆，使砼护壁以下部分孔壁冲挤密实，形成泥浆护壁对其产生支撑作用，防止护壁下沉； (3)冲击施工中，要多加观察，注意吊绳摆动情况，在击落提锤之际，如果发现绳索始终向一边移动时，说明遇到了坚硬斜面岩石，此时投入块石和粘土已不起作用，应用砼填实后，低锤密击进行纠偏，待击平斜面，方可改为正常冲击施工。 2、48#桩： 2.1特例描述及处理方法 48#桩设计桩径1.0m，设计孔深12.98m。人工挖深8.32m，因溶洞流水流泥改为冲击成孔。冲击钻进至孔深11.5m时，砼护壁(约8m)整体下沉，孔口周围地面裂开0.5m多，孔内垮塌严重，孔深测量仅达3.0m。分析后，采取先将冲击设备移开，施工其它桩孔，后在该桩孔孔口及孔深3.0m处浇灌砼加固后，重新冲击成孔，顺利完成该桩的施工工作。 2.2原因分析 本例属于典型的塌孔，原因为：(1)在冲击该桩时，由于周边桩孔进行人工挖孔抽排水造成该桩孔周边土壤失水，导致护壁与周边土壤脱落；(2)护壁垂直度控制不良，冲击中锤头与孔壁局部摩擦，造成护壁受力脱落开裂，最后整体下沉。 2.3施工总结及预防措施(1)采取冲击成孔的桩位，应在饱和水状态下进行施工，周边桩孔不宜大量抽水，否则要采取回灌措施；(2)冲击机械设备就位时，一定要使其基座稳固准确，使锤头中心对准桩孔中心，缓缓提放数次，通行无阻后方能正式冲进，防止锤头与孔壁相摩擦；(3)确实控制好人孔阶段护壁施工质量及其竖直度和桩径，是预防此类塌孔的前提；（4）护壁采取翻边倒挂措施。3、58#桩： 3.1特例描述及处理方法 58#桩设计桩径2.0mm，设计孔深30.7m，人工挖深8.76m，因溶洞流泥及涌水量大改为冲击成孔施工。在冲击钻进中，先后数次出现钻孔偏斜、垮塌、掉块、涌漏水等不良现象，采取了反复填石纠偏，投放水泥、粘土造浆护壁等措施处理。钻进至孔探23.428.0m段时，岩石异常坚硬，冲击钻进速度非常缓慢，锤头十数次损坏，反复修理后不得不进行更换。当冲钻至26.5m孔深时，考虑岩石坚硬钻进缓慢，采用XY-1型工程勘察钻机在孔内打了两个110mm的钻孔至31.0m，来进一步弄清地质情况，并确定了终孔标高。冲击钻进至30.1m时，经检查验收确定终孔。但是在14.1-16.9m孔段有突出孔壁的岩石障碍物，影响钢筋笼安装到位。最后采取将“十字型”锤头改制为“米字型”锤头，对孔内岩石障碍物进行冲击排除，最终顺利完成了该桩的施工。 3.2原因分析该桩在施工中出现了偏位、孔壁垮塌掉块、成孔不圆等问题，原因有几方面：(1)该桩所处的地质情况异常复杂，经钻探揭露的灰岩为石芽，埋探15.9m，灰岩溶蚀沟槽埋深达30.8m，该桩孔位置恰好处在石芽间、溶蚀沟槽上，是造成该桩出现这类综合问题的客观原因；(2)该桩柱状图孔口标高数值偏高，造成成孔中终孔标高相应失误，导致冲钻工程量加大，冲进缓慢； (3)没有及时采取“米字型”八翼锤头进行成孔冲击。 3.3施工总结及预防措施 (1)一定要认真作好“一桩一勘”孔口标高测设，避免桩底标高设定不准确导致实际冲钻中控制失误，造成超量冲进；(2)对此类桩成孔，一旦发生坍塌掉块等综合性问题时，除了及时采取投放粘土和块石进行处理外，大直径桩孔必须使用“米字型”八翼锤头进行冲击钻进；(3)当出现半边岩石时以填砼纠偏为好。 4、59#桩： 4.1特例描述及处理方法 59#桩设计桩径1.8m，设计孔深21.05m，人工挖深6.14m，因溶洞流泥和地下水大无法抽干改为冲击成孔。该桩地质情况较为复杂，柱状图揭露该桩溶洞成串珠状分布，洞高分别为0.9m、3.3m、6.0m，埋深分别为8.96m、13.26m、20.46m。 (1)第一次坠锤该桩在冲孔施工中，孔内时常发生坍塌、掉块、漏水、钻孔偏斜等不良现象，孔壁周边先后发生过5次大的塌垮，采取了装土编织袋对孔口进行稳固、投放粘土造浆护壁、反复填石冲击等措施进行解塌纠偏。在冲击钻进至孔深20.5m时，冲击锤头不幸折断主体部分（高1.6m）落入孔底，采取夹具等多种方法打捞，由于断锤在锤顶水平翼以下断落无法卡住，打捞未能成功。考虑到成孔已基本穿过溶洞到达了完整基岩，经反复研究，决定按图b在溶洞位置加设钢护筒，进行桩芯结构施工。(2)第二次孔壁障碍物清除在实施以上方案时，由于孔深12.77m处有两块岩石突出孔壁（突出宽度20cm，弧长分别为30cm、50cm），致使钢筋笼无法到位而失败。然后采取沉入1780*6mm的钢护筒至孔内12.8m，抽取地下水后，采取人工和风镐凿除孔壁障碍物。先后采取了6台潜水泵(100m3h)和8台潜水泵(120m3h)进行抽水，未能有效降低地下水位至障碍物，处理无效。后在孔内11.618.1m段灌注C25砼，18.1m以下部分填入粘土，进行止水复冲，以排除孔壁障碍物和打捞孔底落锤。在复冲成孔中，由于桩孔内多次进行抽水，地层失水变形，加之冲击振动，造成孔周严重垮塌，致使1780*6mm钢护筒严重变形(见图c)，将二次冲孔施工用的1.75m冲锤卡住无法提出，致使二次冲孔停工。 (3)第三次卡锤处理 为了克服由此带来的施工困难，决定先对孔口周围浇C15砼进行加固，用XY-1型钻机沿59#桩孔周围钻入16127地质管至灰岩(平均长度约12m)，并在各管间打110钻孔灌注水泥浆对孔壁土壤进行加固形成护壁及止水(见图d)。随后割除变型钢护筒、人工修理护壁后顺利将1.75m锤头打捞出来。 (4)第四次最终施工 第二卡锤取出后，将“十字型”四冀锤头改制为“米宇型”八翼锤头进行冲击，顺利成孔至孔底冲锤顶部。考虑桩成孔基本到达设计底标，决定采取措施清孔后进行桩芯施工。清孔采用空压机进行气举反循环反复清孔，按图b方案置入钢筋笼进行桩芯砼施工。为了确保该桩芯砼结构质量，采取了以下几项技术措施：a进行气举反循环清理孔底残渣时，空气压力20MPa，并且操作中要求对孔底进行多方位、多角度进行清理，直至无一粒残渣为止；b在桩内预埋450镀锌钢管，待桩芯砼凝固后，用XY-1型钻机沿钢管内钻孔至孔底20.5m，用真空泵抽出桩底可能存在的泥浆后再进行二次灌浆。第一次灌浆压力为0.3-0.5MPa，第二次灌浆压力为2-3MPa，水泥浆的水灰比均为0.35。将水泥浆灌入桩底可能存在的碎石层内并与其结合，提高桩底持力层质量(见图e)；c灌注砼时，导管下口要距孔底冲锤顶部1.0m，采取大容量储料（3m3）进行首批砼灌注，以增加砼冲击力，确保桩底砼在6.0m溶洞顺利通过并且灌注密实。 按照以上方法实施后，顺利完成该桩施工，经检测质量为A类桩，最大沉降量为5mm。 4.2原因分析 (1)客观上该桩位所处的地质情况更为复杂，3个溶洞呈串珠分布，溶洞填充流泥并且地下水大，最上部灰岩为石芽、石笋，造成施工难度加大；(2)施工中与58桩相邻相互影响，施工时间太长，造成泥浆与地下水侵泡过久，导致孔周上部土壤液化变软，致使塌孔；(3)冲进中，没有根据情况加强锤头检查补焊的密度，锤体发生断裂还继续冲击钻进发生坠锤；(4)强行抽水措施失当；(5)大直径桩采用十字”型钻头冲进造成成孔不圆是主要的失误，否则就不会产生钢筋笼无法下放、坠锤等问题。 4.3经验总结和预防措施 (1) 桩孔D1.8m时必须采用“米字型”锤头冲击，以避免在这种局部地质不均匀条件下，成孔不圆留有孔壁障碍物；(2)在冲击困难的情况下，要加强锤头的清洗检查和补焊密度；(3)对施工时间长的桩位，应尽量避免地表被水浸泡，捞出的泥浆要及时清走，以防止孔口上部土壤软化，给施工带来危害；(4)在地下水丰富的地质中进行冲击成孔施工，不能强行抽取孔内地下水，否则会使孔壁土壤失水变形导致塌孔发生；(5)对于孔壁成孔不全有障碍物时，最佳处理方法是采取回填重新成孔，具体办法是：障碍物上下50cm内回灌砼，余下部分回填粘土(见图f)，待砼凝固后再行施工，这种办法简单易行，施工效益高。5、11桩：5.1特例描述及处理方法11#桩设计桩径1.2m，设计孔深14.75m，人工挖到11.3m时，因溶洞和流泥大改为冲击成孔施工。在进行水下砼灌注中，浇至8.0m左右孔深时，发生液面连同砼突然下沉。施工采取了紧急放下导管，插入孔底，继续浇灌砼的方法。砼面下沉后，水下砼灌注近6小时液面及砼面无显著上升，理论数量仅16.7m3砼直至浇灌了102.0m3时方浇满该桩。由于导管反插及时，砼浇灌持续，未发生断桩事故。最后经钻孔取芯检验，该桩身砼完整，为A类桩。52原因分析本例为典型砼流失，原因有:(1)由于该桩在距孔底150mm处有2.8m高溶洞，且与更大更深的溶洞相连，施工中所投放的粘土和石块，不足以填密该溶洞。 (2)溶洞位置的泥浆护壁比较薄弱，在砼灌注中随砼柱上升使其侧压力增大，最终压破泥石护壁，造成砼流失；(3)由于本桩发生砼流失在工程中尚属首次，事先没有预料到，实际上是大量砼流向未测知的大溶洞； 5.3预防措施和经验总结吸取这次砼流失的经验，我们采取了如下措施： (1)对于揭露有洞高2-3m以上溶洞的桩孔，在溶洞位置下入=3mm钢护筒，连同钢筋笼一同下入孔内，封住溶洞口避免砼流失(见图g)；(2)对于揭露有洞高1-2m以下溶洞的桩孔，在冲击中采取投入大量块石和粘土,使其填实溶洞，避免砼流失；(3)在砼灌注中，通过溶洞时，不得反插和耸动导管。同时密切注视孔内液面情况，一旦发生液面下降，要立即放下导管并随液面下沉,以防断桩事故发生；(4)为了有效处理此类特例，确保导管能够顺利进行反插继续浇灌砼，水下砼设置一定的缓凝时间是非常有必要的,它有利于桩芯先后浇注砼的整体结合和削弱砼自由下落冲击力对桩芯结构的不利影响,同时为处理砼流失进行导管反插赢得时间。一般水下砼缓凝时间为68小时。类型产生原因处理方法防治措施特例孔壁坍塌护壁垂直度控制差；孔壁偏差未及时纠正；初始冲击时投入石块、粘土量不够；周边桩孔抽水过量。孔内回填粘土以及支护钢护筒。做好护壁质量，护壁翻边500mm）；先做垫层砼防止地下水浸泡；及时纠偏；投入足量的石块、粘土；周边桩孔回灌地下水。15#桩48#桩偏孔 遇有石笋、石