淺談溶洞地質(zhì)地基如何施工樁基礎(chǔ)

淺談溶洞地質(zhì)地基如何施工樁基礎(chǔ)摘要：隨著建筑業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的建設(shè)工程采用樁基礎(chǔ)。采用樁基礎(chǔ)的原因有很多，但地基地質(zhì)是其中原因之一。當(dāng)建筑物綜合考慮要采用樁基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)狀況采用不同施工工藝的樁基礎(chǔ)。如果建筑物在探明有溶洞的地基上建造，從安全角度考慮應(yīng)采用機(jī)械鉆孔灌注樁。目前，能鉆破中風(fēng)化巖的有沖擊鉆孔和旋挖鉆孔兩種常用的機(jī)械可供選擇。但從施工速度和成樁質(zhì)量保證上看旋挖鉆機(jī)更具有優(yōu)勢(shì)。因此，本文通過(guò)對(duì)貴港市西江綠城?香榭里花園（四期3#樓、10#樓、16#樓）及其對(duì)應(yīng)地下室、幼兒園施工工程的地基存在溶洞地質(zhì)而采用旋挖鉆機(jī)施工樁基礎(chǔ)展開(kāi)論述，以及在施工過(guò)程中采取相應(yīng)的拋填法、混合法、灌注法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等四種方法有效解決遇到的問(wèn)題，為溶洞地質(zhì)地基上施工樁基礎(chǔ)提供一些借鑒。關(guān)鍵字:灌注樁、溶洞、旋挖鉆在存在溶洞地質(zhì)的地基施工樁基礎(chǔ)前，必須采用超前鉆詳細(xì)探明每根樁位的地質(zhì)狀況，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，在確保質(zhì)量、安全和經(jīng)濟(jì)性的前提下，綜合考慮選擇適用于項(xiàng)目地質(zhì)環(huán)境的成孔設(shè)備，并針對(duì)可能發(fā)生的問(wèn)題充分準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)方案，確保溶洞地質(zhì)地基施工樁基礎(chǔ)的質(zhì)量。一、工程概況（一）工程概述貴港市西江綠城?香榭里花園（四期3#樓、10#樓、16#樓）及其對(duì)應(yīng)地下室、幼兒園施工工程位于貴港市西江農(nóng)場(chǎng)場(chǎng)部，江北路以南、康平路以東、獅嶺路以北。建筑總面積82545.99皿，其中：3#樓地上30層，建筑高度97.4m；10#樓地上27層，建筑高度88.4m；16#樓地上27層，建筑高度88.4m；幼兒園地上3層，建筑高度12.8m；地下設(shè)計(jì)兩層地下室。樁基礎(chǔ)直徑均為1200mm，有效樁長(zhǎng)為5m?40m不等，樁身混凝土等級(jí)為C35,樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖層，樁端全截面進(jìn)入持力層內(nèi)的最小深度為3米。（二）工程地基地質(zhì)情況根據(jù)地基詳勘報(bào)告顯示，場(chǎng)地巖土層自上而下主要有②］紅黏土（Q：l）、③〔石灰?guī)r（C）、③石灰?guī)r（C）、③石灰?guī)r（C）、③溶洞現(xiàn)分述如下：1d 2 1d 3 1d 4］紅黏土（Q：l）：場(chǎng)地均有分布，褐黃色、棕紅色為主，主要由黏粒組成，地質(zhì)較均勻，硬塑狀態(tài)，切面光滑有光澤，干強(qiáng)度較高，韌性中等，無(wú)搖振反應(yīng)。厚度2.00?9.10m，平均厚度5.22m。］石灰?guī)r（匕）：場(chǎng)地內(nèi)大部分有分布?；疑?、灰黑色，強(qiáng)化狀，裂隙很發(fā)育，巖石已風(fēng)化成散碎片狀，手捻可成粉砂狀，裂隙中有泥質(zhì)充填，進(jìn)尺很快，取芯困難。層面埋深2.00?21.7m，層頂標(biāo)高20.30?40.27m，厚度0.40?12.00m，平均厚度4.17m。③?石灰?guī)r（匕）：場(chǎng)地內(nèi)大部分有分布?；疑?、灰黑色，中風(fēng)化狀，隱晶結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖石裂隙稍發(fā)育，鉆進(jìn)不平穩(wěn)，巖體極易機(jī)械破碎，巖芯多呈碎塊狀，少量呈短柱狀。層面埋深2.00?25.20m，層頂標(biāo)高16.80?39.85m，厚度0.20?10.55m，平均厚度3.57m。該層巖石堅(jiān)硬程度屬較硬巖；巖體完整程度屬較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為IV級(jí)。③’石灰?guī)r（C「：場(chǎng)地內(nèi)均有分布，但未揭穿該層?；疑?、灰黑色，微風(fēng)化狀，隱晶結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖石裂隙稍發(fā)育，多為白色方解石脈充填膠結(jié)，鉆進(jìn)平穩(wěn)，進(jìn)尺緩慢，巖芯多呈長(zhǎng)柱狀、短柱狀，少量呈碎塊狀，多為機(jī)械破碎。層面埋深2.00?22.70m，層頂標(biāo)高19.30?39.97m，厚度0.30?13.28m,平均厚度5.70m。該層巖石堅(jiān)硬程度屬較硬巖；巖體完整程度屬較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為III級(jí)③溶洞：遇洞率為31.74%；鉆探揭露溶洞高度為0.20?10.00m，線巖溶率4為7.81%。根據(jù)《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/T45-066-2018）表11.1.3確定場(chǎng)地巖溶發(fā)育等級(jí)為中等發(fā)育。溶洞一般呈單體分布，局部呈串珠分布。根據(jù)概況所述，項(xiàng)目有三棟高層建筑，兩層地下室，樁基礎(chǔ)埋置深淺不一（有效樁長(zhǎng)為5m?40m不等），地基存在溶洞，且地基土中夾著不同強(qiáng)度的巖石層。二、成孔鉆機(jī)選擇（一） 沉管灌注樁和人工挖孔灌注樁不適用于存在溶洞地質(zhì)的地基施工。依照成孔方式不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、機(jī)械鉆孔灌注樁和人工挖孔灌注樁等三類(lèi)。灌注樁是指通過(guò)機(jī)械或人工等手段在地基土中形成樁孔，而沉管灌注樁則是通過(guò)錘擊或振動(dòng)或靜壓等手段將沉管打壓入地基土中，然后在樁孔內(nèi)安裝鋼筋籠，最后灌注混凝土而形成的鋼筋混凝土樁。沉管灌注樁適用的地質(zhì)條件與靜壓樁預(yù)制樁相似，適用于粘性土、粉土和砂土類(lèi)土，不適用于存在溶洞和巖石層的地基；人工挖孔灌注樁從工藝和安全角度考慮也不適用于存在溶洞的地基。只有對(duì)鉆孔灌注樁的各種機(jī)械的適用性進(jìn)行分析研究，選擇最合適鉆孔機(jī)械。（二） 旋挖鉆機(jī)比沖擊鉆機(jī)更適合在溶洞地質(zhì)環(huán)境施工基礎(chǔ)樁。機(jī)械鉆孔灌注樁按選用護(hù)壁方式不同，分為泥漿護(hù)壁和干作業(yè)兩種作法。干作業(yè)常用的只有長(zhǎng)螺旋鉆孔法，泥漿護(hù)壁常用的有沖擊鉆孔法和旋挖鉆孔法。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)由于不能鉆破中風(fēng)化巖，且難以鉆進(jìn)超過(guò)30米深的原土層等特點(diǎn)，不適用于存在溶洞的復(fù)雜地基。沖擊鉆機(jī)和旋挖鉆機(jī)均可以鉆進(jìn)中風(fēng)化巖層，兩者適用的地質(zhì)條件也基本相同。沖擊鉆孔法是利用重量大的鉆頭（或稱(chēng)沖錘），通過(guò)自由下落沖擊土層而形成樁孔。其優(yōu)勢(shì)是在鉆孔過(guò)程中可以直接處理樁孔小溶洞塌孔的問(wèn)題，如果遇到較大的溶洞，在沖擊鉆孔過(guò)程中向樁孔內(nèi)投放石塊和粘土（石塊和粘土體積比為1:1),通過(guò)沖擊鉆的沖擊作業(yè)將石塊和粘土擠壓填充孔壁或填充溶洞，從而形成較為穩(wěn)定的孔壁。但是沖擊鉆機(jī)機(jī)械化程度低，鉆孔功效比旋挖鉆機(jī)低，而且在溶洞地質(zhì)環(huán)境鉆孔容易出現(xiàn)斜孔和卡鉆等問(wèn)題。旋挖鉆機(jī)是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭鉆入土層，而且可以返轉(zhuǎn)提鉆，機(jī)械化程度高，采用挖掘機(jī)底盤(pán)、利用覆帶行走，可靈活快速移動(dòng)，全機(jī)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，鉆孔動(dòng)力強(qiáng)勁，鉆孔深度可超100米。與沖擊鉆機(jī)相比有如下優(yōu)勢(shì)：①成樁質(zhì)量高。采用清孔鉆頭清孔的工藝，比沖擊鉆利用泥漿循環(huán)清孔的工藝更有利于清除孔底沉渣，成樁質(zhì)量更保證；②施工速度快。相同條件下旋挖鉆機(jī)的鉆孔功效是沖擊鉆機(jī)的10倍以上；③安全性好。濕作業(yè)環(huán)境下采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力更安全，不會(huì)出現(xiàn)漏電事故；④機(jī)械化程度高?？梢詫?shí)現(xiàn)鉆桿垂直度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和鉆孔深度的計(jì)量；⑤脫困能力強(qiáng)。鉆桿可以回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，且整機(jī)移動(dòng)靈活，卡鉆時(shí)能快速脫困。綜上所述旋挖鉆機(jī)更適用于存在溶洞的地基施工樁基礎(chǔ)。三、 可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題樁基礎(chǔ)開(kāi)始施工前，先采用超前鉆對(duì)每個(gè)樁位的地質(zhì)進(jìn)行再次勘察，獲取更詳細(xì)的地質(zhì)信息，針對(duì)各樁位不同的地質(zhì)狀況做好相應(yīng)的處理方案，以確樁的施工質(zhì)量。溶洞是由被溶蝕的石灰?guī)r組成，部分大的石灰?guī)r的中間先被溶蝕，形成形狀各異的洞狀存于土層中?？辈焓菬o(wú)法準(zhǔn)確探出溶洞的形狀和頂口的位置。所以旋挖機(jī)鉆進(jìn)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)斜孔、漏漿、孔壁坍塌、卡鉆、埋鉆等問(wèn)題。為更好預(yù)防和處理可能出現(xiàn)的問(wèn)題，需要不斷地對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，尋找解決問(wèn)題的辦法，以達(dá)到高質(zhì)量完成樁基礎(chǔ)的施工任務(wù)。四、 問(wèn)題分析經(jīng)過(guò)對(duì)溶洞形成的深入了解和旋挖鉆機(jī)成孔工藝的研究，對(duì)旋挖機(jī)在溶洞地質(zhì)的地基鉆孔過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行以下分析:（一） 斜孔。造成旋挖鉆機(jī)成孔出現(xiàn)斜孔的原因是：①是由于超前鉆無(wú)法提供溶洞真實(shí)形狀和位置的信息，未能較好的反映樁位內(nèi)溶洞存在傾斜度大的巖石面或探頭石等狀況。當(dāng)鉆頭鉆至溶洞內(nèi)傾斜度大的巖石面或探頭石時(shí)，且在旋挖機(jī)司機(jī)經(jīng)驗(yàn)不足且操作不當(dāng)情況下，致使鉆頭沿空間阻力相對(duì)較小的部位下鉆，最終形成孔斜。②當(dāng)巖石層斜穿樁孔，且?guī)r層傾斜度大，鉆頭就慢慢地沿阻力相對(duì)較小的普通土往下鉆，也形成了斜孔。（二） 漏漿、塌孔。漏漿和塌孔的主要原因是由于超前鉆提供溶洞頂口的位置信息不準(zhǔn)確，當(dāng)鉆頭鉆穿溶洞的瞬間，樁孔內(nèi)的泥漿泄漏到溶洞空間內(nèi)，且泥漿補(bǔ)給不及時(shí)，泥漿液面下降，使得樁孔內(nèi)壁失去泥漿保護(hù)出現(xiàn)了塌孔。（三） 卡鉆?？ㄣ@產(chǎn)生的主要原因是由于鉆頭直接鉆進(jìn)了溶洞內(nèi)，且溶洞內(nèi)自由空間較大，在上提鉆頭過(guò)程中，鉆頭在溶洞內(nèi)出現(xiàn)一定量的晃動(dòng)，使鉆頭卡在溶洞頂壁上，即出現(xiàn)了卡鉆。（四） 埋鉆。埋鉆產(chǎn)生的主要原因是當(dāng)鉆頭鉆穿溶洞的瞬間，樁孔內(nèi)的全部泥漿泄漏到溶洞空間內(nèi)，且泥漿補(bǔ)給不足，使得樁孔內(nèi)壁失去泥漿保護(hù)出現(xiàn)大部積塌孔，且不及時(shí)將鉆頭提出孔外，造成埋鉆。五、解決方案通過(guò)對(duì)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)溶洞可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，結(jié)合超前鉆提供溶洞地質(zhì)的相關(guān)信息和旋挖鉆機(jī)成孔的特點(diǎn)，并查閱相關(guān)資料，最終選擇有針對(duì)性的四種處理方案，具體如下：（一）拋填法。拋填法是最經(jīng)濟(jì)的處理方法，較適用于直徑1~5米空間的溶洞。具體方法為：當(dāng)鉆頭鉆穿溶洞頂壁時(shí)，立即將鉆頭提出孔外，然后向孔內(nèi)投入片石和粘土塊（片石尺寸控制在250mm、厚度120mm以?xún)?nèi)，與粘土塊的體積比例為1：1），在拋填片石和粘土塊時(shí)要及時(shí)補(bǔ)給泥漿和保持泥漿泥農(nóng)度，防止孔壁塌孔。每填1000mm厚片石和粘土?xí)r用鉆頭反復(fù)擠壓密實(shí)，根據(jù)鉆桿測(cè)得片石和粘土塊已填滿溶洞并往上填有一定余量后，方可啟動(dòng)旋挖鉆機(jī)繼續(xù)鉆進(jìn)。如果在鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)還沒(méi)有填滿溶洞或出現(xiàn)其他溶洞時(shí)，將繼續(xù)按比例投入片石和粘土塊，按以上程序壓實(shí)、鉆進(jìn)，直到形成穩(wěn)定的孔壁為止。該方法可以避免斜孔、卡鉆和塌孔的發(fā)生。（二） 混合法。該方法較適用于直徑5米以上大空間的溶洞。具體實(shí)施方法為：在鉆穿溶洞前先準(zhǔn)備好泥漿、大量片石塊和C15水下混凝土或適合水下使用的混合砂漿（以下簡(jiǎn)稱(chēng)膠凝混合料）。當(dāng)溶洞被鉆穿應(yīng)及時(shí)利用導(dǎo)管從溶洞底部注入膠凝混合料，同時(shí)快速拋填片石。當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿液位下降要及時(shí)補(bǔ)充泥漿，保持孔壁的穩(wěn)定。溶洞填滿24小時(shí)后方可以繼續(xù)鉆孔。該方法可以避免斜孔和塌孔的發(fā)生。（三） 灌注法。該方法可適用于各形狀的溶洞，一般用于處理細(xì)長(zhǎng)形狀的溶洞，由于溶洞空間細(xì)長(zhǎng)，不足以拋填片石塊填充，故需采用灌注膠凝混合料填充。具體實(shí)施方法為：當(dāng)溶洞被鉆穿后，應(yīng)先補(bǔ)充泥漿，保持泥漿液位，然后采用C15水下混凝土或適合水下使用的混合砂漿利用導(dǎo)管從溶洞底部注入，灌注滿停鉆24小時(shí)后方可以繼續(xù)鉆孔。該方法可以避免斜孔、卡鉆、埋鉆和塌孔的發(fā)生。（四） 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。該方法適用于各種溶洞，一般用于處理直徑5米以上大容量的溶洞。但使用前必須與混合法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比且綜合考慮是否采用。因?yàn)殇撟o(hù)筒跟進(jìn)法的鋼護(hù)筒是一次性使用，處理費(fèi)用較高。如果按現(xiàn)場(chǎng)情況采用混合法的處理費(fèi)用高于鋼護(hù)筒跟進(jìn)法或特殊情況需要采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法的，建議采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法進(jìn)行處理。具體施工方法為：首先使用旋挖鉆機(jī)鉆至距溶洞頂壁一定距離的位置，然后采用振動(dòng)法或錘擊法將鋼護(hù)筒插至旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)溶洞頂?shù)奈恢?。?dāng)鉆頭鉆穿溶洞后要立即暫停鉆進(jìn)并將鉆頭提出孔外，要時(shí)刻關(guān)注泥漿液面，并及時(shí)補(bǔ)充泥漿，當(dāng)出現(xiàn)泥漿不足時(shí)可暫用自來(lái)水注入，盡可能保持泥漿液位，保持孔壁暫時(shí)穩(wěn)定，同時(shí)將鋼護(hù)筒保持符合要求的垂直狀態(tài)慢慢插入溶洞底板內(nèi)。如果插入有困難，應(yīng)使用旋挖鉆機(jī)緩慢鉆進(jìn)幫助鋼護(hù)筒插入溶洞底板并達(dá)到一定深度，當(dāng)確認(rèn)鋼護(hù)筒已插入溶洞底板內(nèi)時(shí)，旋挖鉆機(jī)方可以從溶洞底板處繼續(xù)鉆進(jìn)。該方法可以避免斜孔、卡鉆、埋鉆和塌孔的發(fā)生。上述四種方法可以較好地處理旋挖鉆機(jī)鉆入溶洞時(shí)可能出現(xiàn)的斜孔、漏漿、塌孔、卡鉆、埋鉆等問(wèn)題。四種處理方法中具有普遍適用性的是填充法和鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。但在處理問(wèn)題的過(guò)程中，首先要考慮適合性，然后才考慮經(jīng)濟(jì)性。如果選用拋填法或混合法未能取得良好的效果，應(yīng)再次進(jìn)行分析研究，擇優(yōu)選用填充法或鋼護(hù)筒跟進(jìn)法，直至將問(wèn)題處理達(dá)到效果為止。六、 解決效果采用以上方法處理的樁經(jīng)過(guò)鉆芯取樣對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示樁身完整性符合要求。雖然在施工過(guò)程中部分樁采用了兩種處理方法后才能達(dá)到處理效果，處理費(fèi)用也有一定程度的增加，但最終控制住了在溶洞地質(zhì)的地基實(shí)施鉆孔灌注樁可能發(fā)生的各種事故，保證該部分樁基礎(chǔ)的施工質(zhì)量，使整個(gè)基礎(chǔ)工程順利完工。七、 總結(jié)本文論述了在溶洞地質(zhì)的地基實(shí)施樁基礎(chǔ)應(yīng)選用旋挖鉆機(jī)施工，分析了旋挖鉆機(jī)在溶洞地質(zhì)的地基鉆孔可能發(fā)生的問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了研究，然后查閱相關(guān)資料選用了四種處理方法。經(jīng)過(guò)本案例的實(shí)踐證明，所選用的旋挖鉆機(jī)是滿足施工要求，選擇拋填法、混合法、灌注法和鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等四種方法處理問(wèn)題達(dá)到了效果。但還有改進(jìn)的地方，下面提出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)供參考：（一） 試樁?；A(chǔ)樁在大面積施工前應(yīng)先選擇溶洞狀況最復(fù)雜和相關(guān)方約定的樁位進(jìn)行試樁，檢驗(yàn)樁身完整性是否滿足要求。結(jié)合成樁質(zhì)量和成孔過(guò)程的有關(guān)信息進(jìn)行分析研究，總結(jié)出施工過(guò)程中的不足并加以改進(jìn)后方可以進(jìn)行大面積施工。（二） 根據(jù)超前鉆資料深入了解每根樁位的溶洞發(fā)育情況、形狀和位置分布等，然后選擇合適的處理方法，這樣才能達(dá)到溶洞處理的最好效果。如遇到不平整的溶洞底面或斜穿樁孔的巖層時(shí)不許強(qiáng)行加壓鉆進(jìn)，應(yīng)調(diào)整旋挖鉆機(jī)合適的位置和鉆桿的角度，控制合適速度鉆進(jìn)，即可以處理大部分斜孔的問(wèn)題。（三） 鉆孔過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)控