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隐伏岩溶地区某渡槽桩基复杂地质条件的处理
作者:彭义峰 年夫喜 江 妤 陈汉宝 袁振平     来源:     类别:     日期: 2015-08-25 17:19:49     浏览次数:2384

【摘要】

本文主要介绍嵌岩桩施工中遇到隐伏岩溶处理问题。通过施工期的补充勘察,总结隐伏岩溶发育特点及规律,针对嵌岩桩施工过程中遭遇各种岩溶问题采取不同处理措施,以确保基础处理的安全性。总结了前期勘察过程存在两大失误经验教训:一是在可研阶段勘察遇到下伏灰岩的情况,钻孔深度偏浅,未能预见到存在复杂的隐伏岩溶的问题;二是在初步设计阶段当设计方案変更为嵌岩桩后未严格按照规程规范要求进行补充勘察。

【关键词】灰岩、隐伏岩溶、钻孔灌注桩

1工程概况

某灌区跨河渡槽长600m,设计流量为12.90m3/s。上部结构为排架式结构,共设计排架47排,排架立柱平均高度为11.60m,采用梁式简支结构。每节槽身长12m,外轮廓尺寸为高4.1m×宽2.9m。设计基础形式为钻孔灌注桩,每个排架基础布置两根混凝土灌注桩,直径为1.0m,两根灌注桩间距为3.3米。设计桩端持力层为下伏基岩,桩端入岩深度为0.5m,基岩岩性为寒武系灰岩。打桩机械采用冲击钻机。

2勘察过程

(1)2008年11~12月进行可研勘察,布置了11个勘探孔,间距50m。渡槽基础型式采用墩基础,以砂卵石层或粘土层作为基础持力层,本阶段钻孔只钻入下部基岩0.5-2米即终孔。

(2)2010年6月编制年度项目实施方案,其设计基础型式也采用天然地基墩基础,同年经过有关部门审查后建议采用钻孔灌注桩基础,以岩石为持力层以减小沉降量。而桩基实施前未进行补勘工作。

(3)2011年3月开始实施桩基础施工。施工过程中发现,部分设计桩长较实际基岩埋深出入较大。实际基岩面起伏比原来预计的出入很大,决定进行技施阶段补充地质勘察工作。主要以物探(高密度电法)及地质钻探为主,共计完成物探剖面2000米,地质钻探为1032.90米/46孔,原则上沿着每个排架中心布置一个勘探孔。孔深一般以进入下部完整基岩5米以上,遇溶洞时勘探孔加深,钻至岩溶下部相对稳定岩层5米。随后根据施工阶段勘察成果提出新的桩基处理方案。实施阶段每根桩又进行了先导孔施工。

3基本地质条件

工程位于低山丘陵区,河床宽30~50m不等,河床高程为60m左右,两岸为一级阶地,阶地宽300m左右,高程为65米左右,拟建渡槽全长约600m。地表覆盖层厚度7~31m,基岩面起伏较大。地层岩性为:

①填土(Q4s)∶成分为粘土,可塑状,厚度0~6.80m。承载力特征值120~140kPa。

②粘土、壤土(Q4al)∶可塑状,主要分布在河床两岸滩地,厚度0.50~13.30m。承载力特征值100~120kPa。

③砂卵砾石(Q4al)∶粒径主要为1~10cm,含漂石(块石),厚度1.20~28.20m。圆锥动力触探11~46击,中密-密实,承载力特征值200~300kPa。

④粘土(Q4al)∶可塑状,含卵砾石、碎石,主要分布在左岸河床上部砂卵石③之下,呈透镜体状分布,分布不稳定。承载力特征值110~130kPa,厚度0~12.20m。

⑤灰岩(∈)∶中—厚层状灰岩、白云质灰岩,基岩面起伏较大,岩溶发育,溶洞高度1.0~4.0m为主,最高大于19.3m,其中zks32钻孔揭示其高度大于30米,尚未揭示其底板深度。岩石单轴湿抗压强度平均值为72.2MPa,为坚硬岩,岩石允许承载力为4.5~6MPa。

⑥洞穴堆积(Qca):一般较大洞穴(直径大于0.5米)多为全充填或半充填状态,洞穴充填物主要由含砂(卵、砾、碎块石)质粘土组成,较松软,可-软塑状态,动探1-3击。仅仅直径较小的洞穴(洞径小于0.3)存在掉钻现象,说明此类洞穴未充填,或者充填物较少。钻探时存在漏浆现象。

渡槽区范围内地下水主要为赋存于第四系松散堆积物的孔隙潜水和寒武系碳酸盐岩溶蚀空隙中的岩溶水。其中孔隙潜水主要赋存在河床的砂砾石中,与河水补给,向下游排泄。地下水埋深一般较浅,多在0.5~3.50m。地下水对混凝土无侵蚀性。岩溶水主要分布在寒武系碳酸盐岩溶蚀空隙中,地下水直接受受河水补给及周边山体大气降水深层补给,富水性强。

4岩溶发育规律

4.1岩溶形态

基础岩溶属于隐伏性岩溶,上覆盖第四系全新统冲洪积的卵石、粘土等,根据钻孔及探坑揭示岩溶形态主要有溶洞、溶沟槽等。

(1)溶洞:根据勘察溶洞洞高0.30~19.30m,高低不一,以1.0~4.0m为主。溶洞一般充填粘土,含有少量卵砾石、碎石、砂。部分溶洞为半充填,仅少量溶洞无充填(钻进中出现掉钻现象,一般为小溶洞)。

(2)溶沟槽主要表现为基岩石面起伏剧烈,深浅不一,左右桩端基岩面相差巨大,具典型的溶沟槽特征。

4.2岩溶分布高程

岩溶发育段下覆基岩面起伏变化大,基岩面高程36.34~60.04m,溶洞发育高程14.66~59.58m,溶洞洞高0.30~30.50m,洞径以1.0~4.0m为主。在勘探孔深范围,垂向上基岩岩溶均发育,仅在平面上受古岩溶发育期的地下水活动影响而在平面上有较大差异性。

4.3岩溶发育程度及分区

岩溶分区的目的是寻找相对完整的岩石,提供足够的桩端承载力,一般要求桩端以下有5m的或3倍桩径厚度的完整基岩【1】。根据施工期补充物探及钻探勘察工作,揭示的下伏基岩岩溶发育强度,本渡槽基础可划分为以下三岩溶区∶

(1)弱岩溶发育区(A区)∶主要分布在10#~23#排架,长度156米,占总长度29%,钻探揭示第四覆盖层以下均有有5米厚的完整基岩,钻孔中基本未见岩溶发育,岩芯较完整。如下图:



图4-1 弱岩溶发育区地质剖面图

 

(2)中等岩溶发育区(B区)∶主要分布位置为渡槽进口至5#排架和39#~47#排架段,总长度164米,占总长度30%,从钻探揭示,下部有岩溶发育,溶洞高度0.5~3.5米,溶洞数量相对较少,有5米以上完整基岩。


图4-1 中等岩溶发育区地质剖面图

(3)强岩溶发育区(C)∶主要分布位置为6#~9#排架,24#~38#排架,总长度218米。占总长度的41%。岩溶发育强烈,溶洞一般高度大于3米。其中岩溶尤其发育区,如7#、9#、31#、32#排架,溶洞高度大于5米以上。总体上本段第四系下部接触部位基本无5米以上完整基岩。


图4-1 强岩溶发育区地质剖面图

 

5桩基处理

5.1桩基础施工时出现的主要问题

由于地基地质条件十分复杂,桩基础施工中出现以下问题:

(1)地质结构较复杂,尤其是土—卵石—土—岩(溶洞发育)的地质结构。桩基施工可能会发生塌孔、埋钻事故。

(2)岩石中岩溶发育,作为桩端持力层,有较大风险,因为是隐伏岩溶,地质难查清,桩端以下岩石可能存在未查清的溶洞,如果洞顶岩石厚度和强度不足,存在承载力不足问题。

(3)基岩面起伏非常大,溶沟、溶槽、石芽发育,6号排架的左桩右桩水平相距1.25m,其桩端基岩面相差7米。

(4)桩端基岩面呈陡倾角,冲击钻无法如入岩,如6号排架的左桩。

(5)由于溶洞的多层发育,冲击钻施工中出现溶洞的卡钻现象,如1号承台排架的左桩。

(6)由于溶洞充填物不密实及处于半充填状态的溶洞在成孔时出现漏浆问题,如果补浆不及时或漏浆量较大时,则出现塌孔、埋钻,严重时引起地面塌陷,危及机械及人员安全。

5.2基础处理一般原则

根据岩溶发育的复杂性,基础处理总原则如下:

①弱岩溶区桩端处理:各桩一般都有大于3~5m的较完整基岩作为桩端持力层,桩端以下基本不需做加固处理。



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