在施工過程中,由於地形地質條件複雜,難免會遇到一些溶洞,常規溶洞大概可分為4類,即空溶洞、多層溶洞、大型溶洞(H>3m)、有充填物溶洞(全填充、半填充)。型別主要以有填充物溶洞為主,其充填物主要有半充填淤泥質土、砂礫、碎石、卵石、粘土等,多層溶洞一般高度較小。為了保證岩溶發育地區鑽孔灌注樁施工過程中不漏漿,或漏漿但不發生坍孔,保證樁孔順利成孔、成樁並滿足承載力要求。施工時應根據地質鑽孔柱狀圖來判別溶洞地層情況、空洞大小、溶洞填充物情況。根據不同的溶洞採取不同方案,採用常規泥漿護壁方法、向孔內拋填片石、回填素混凝土、壓力注漿以及採用鋼護筒跟進等不同施工工藝。
1、 常規成孔方案
當溶洞有填充物,是可塑或軟塑的亞粘土,且溶洞不漏水,這時不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向數量有多少,都可以不考慮溶洞的存在,而按正常地質情況施工。採用衝擊鑽成孔,洞內的土質和溶洞外的土質沒有什麼區別,可以按無溶洞施工。
2、 片石回填
採用正常成孔方法施工,當鑽穿溶洞漏漿時,反覆投入黃土和片石,利用鑽頭衝擊將黃土和片石擠入溶洞和岩溶裂隙中,還可摻入水泥、燒鹼和鋸末,以增大孔壁的自穩能力。、
1)摻加比例: 為有效利用片石,片石與粘土的比例為3:7,參加水泥時,摻加比例為每米2包,摻加鋸末時,摻加比例為粘土的10%。
2)摻加方法: 片石採用強度≥30MPa石灰岩,石塊粒徑以15~50cm為宜。
摻加粘土是採用水泥袋包裝後投放效果更佳。水泥投放方法為以整袋投放為佳。摻加方法為:片石、粘土袋(可選擇新增水泥、鋸末,也可不新增)分層間隔摻加,回填高度為溶洞頂板以上1米處。
3)施工注意事項:密切注意觀察鑽機工作情況、周圍地表沉降和護筒內水位變化,防止不正常情況發生,發生漏漿現象,立即處理。
根據地質柱狀圖,在接近溶洞時勤觀察、勤檢查,憑手握衝擊主繩的手感,衝擊岩層的響聲,抽取的巖樣來判斷是否接近岩溶地層。
接近岩溶時主繩松繩量應為1~2cm,防止穿巖殼時卡鑽。鑽穿岩溶地層上殼時,一旦漏漿,要及時投放粘土塊、片石並補水,以保持孔內水位高度。
4)主要適用範圍及優勢:適用於較小溶洞(溶洞高度小於3米),無填充物或半填衝,施工方法簡單,造價較低。
3、 素混凝土回填
採取正常成孔方法施工,當鑽穿溶洞漏漿時或遇到傾斜顏面時填入低標號混凝土,間隔一定時間後採用衝擊鑽成孔。
1)混凝土標號及配合比 混凝土可採用C20(C15、C10也可)素混凝土,為儘快提高混凝土強度,節約施工時間,應在混凝土中摻加一定早強劑,提高素混凝土的早期強度。
2)摻加方法:對於傾斜巖面,為校正孔位,回填素混凝土應與斜巖面頂面平齊,對於溶洞處,回填頂面高於溶洞頂板50cm。
3)施工注意事項:回填48H後回填混凝土強度達到70%後,且應在樁基範圍取芯檢驗填充效果,待溶洞完全填充且強度達到後方可進行樁基施工。
4)主要適用範圍及優勢:適用於中、小溶洞,有無填充物均可採用此方案。施工方法簡單,造價相對較高。
4、 注漿加固
就是透過對照地質柱狀圖,對樁穿過的溶洞進行填充和加固。
1)注漿孔佈設:根據鑽孔柱狀圖,找出最大溶洞,如果溶洞為連通溶洞,只需對其中最大的溶洞進行注漿加固。
2)注漿壓力控制:用注漿泵注漿,注漿壓力不宜太大,控制在0.5~1.0MPa範圍,具體壓力值現場試驗確定。注漿速度為15~20L/min,其目的是使漿液滲透到填充物內(包含灌入的砂和碎石),然後固結,滲透最小直徑定位3.0米,以保證衝鑽成孔是有足夠的固結體。注漿時注漿管必須插入填充物底部,然後邊注漿邊緩慢上提,提管速度不宜太快,根據珠江速度確定,應是滲透半徑控制在允許範圍內。
3)施工注意事項:防止漿液流失太遠造成浪費,採用間歇注漿方式,使得先注入漿液與沙子(或碎石)初步達到膠結後再注漿,迴圈注漿多次,直至達到規定的注漿量和注漿壓力控制值為止。注完一個孔後,繼續對其餘孔進行注漿,後注漿壓力必須調高,最後封孔。注漿順序由現場自行掌握。且應在樁基範圍取芯檢驗填充效果,待溶洞完全填充且強度達到後方可進行樁基施工。
4)主要適用範圍及優勢:多適用於小型(高度小於1米)或多層溶洞(多層串珠狀小溶洞),也可用於各種有填充物的溶洞,但造價較高。
5、 鋼護筒跟進加固
採用鋼護筒跳進法:一面衝孔,一面接鋼護筒,並且將其壓到或震動下沉至已鑽成的孔內。
1)鋼護筒的選擇:內護筒長度和內徑的確定:護筒長度L=(h+H)m(h為超前鑽確定的溶洞高度,H為溶洞頂到地面加30釐米的高度);單層護筒內徑大於樁直徑10cm,多層護筒最內層護筒內徑大於樁直徑10cm,其外面一層護筒內徑大於內層護筒外徑10cm,並以此類推。鋼護筒孔徑要準確,連線順直,用捲揚機成型。鋼護筒要有一定的剛度,單個大溶洞用單層護筒,兩個大溶洞用雙層護筒,並以此類推。
2)內護筒的沉放:當衝擊穿過溶洞頂部時要反覆提升衝錘,在頂部厚度範圍上下慢放輕提,衝錘不明顯受阻,說明頂部已成孔並且圓滑垂直的,此時用鋼絲繩活釦綁住內護筒,用吊機(或樁機自生重量)把內護筒放入外護筒內沉至孔底,必要時用振動錘下沉。
用衝擊鑽成孔鋼護筒跟進法施工時,施工中應充分利用衝擊鑽的擴孔效能,使鋼護筒能順利下沉。鑽頭直徑大於剛護筒外徑3~5cm,護筒到位後鑽頭改為滿足成孔要求的鑽頭直徑。
如果衝擊鑽在堅硬岩石中的擴孔係數較小,不能滿足鋼護筒下沉要求的,回填並加大鑽頭直徑二次衝孔,以保證鋼護筒順利下沉。為保證鋼護筒順利下滑,要求樁孔豎直,無歪斜、縮頸。
3)主要適用範圍及優勢:適用於特大溶洞(溶洞高度大於3米)、無填充溶洞、半填衝溶洞或溶洞上方有較厚的沙礫層時。
在施工過程中,由於地形地質條件複雜,難免會遇到一些溶洞,常規溶洞大概可分為4類,即空溶洞、多層溶洞、大型溶洞(H>3m)、有充填物溶洞(全填充、半填充)。型別主要以有填充物溶洞為主,其充填物主要有半充填淤泥質土、砂礫、碎石、卵石、粘土等,多層溶洞一般高度較小。為了保證岩溶發育地區鑽孔灌注樁施工過程中不漏漿,或漏漿但不發生坍孔,保證樁孔順利成孔、成樁並滿足承載力要求。施工時應根據地質鑽孔柱狀圖來判別溶洞地層情況、空洞大小、溶洞填充物情況。根據不同的溶洞採取不同方案,採用常規泥漿護壁方法、向孔內拋填片石、回填素混凝土、壓力注漿以及採用鋼護筒跟進等不同施工工藝。
1、 常規成孔方案
當溶洞有填充物,是可塑或軟塑的亞粘土,且溶洞不漏水,這時不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向數量有多少,都可以不考慮溶洞的存在,而按正常地質情況施工。採用衝擊鑽成孔,洞內的土質和溶洞外的土質沒有什麼區別,可以按無溶洞施工。
2、 片石回填
採用正常成孔方法施工,當鑽穿溶洞漏漿時,反覆投入黃土和片石,利用鑽頭衝擊將黃土和片石擠入溶洞和岩溶裂隙中,還可摻入水泥、燒鹼和鋸末,以增大孔壁的自穩能力。、
1)摻加比例: 為有效利用片石,片石與粘土的比例為3:7,參加水泥時,摻加比例為每米2包,摻加鋸末時,摻加比例為粘土的10%。
2)摻加方法: 片石採用強度≥30MPa石灰岩,石塊粒徑以15~50cm為宜。
摻加粘土是採用水泥袋包裝後投放效果更佳。水泥投放方法為以整袋投放為佳。摻加方法為:片石、粘土袋(可選擇新增水泥、鋸末,也可不新增)分層間隔摻加,回填高度為溶洞頂板以上1米處。
3)施工注意事項:密切注意觀察鑽機工作情況、周圍地表沉降和護筒內水位變化,防止不正常情況發生,發生漏漿現象,立即處理。
根據地質柱狀圖,在接近溶洞時勤觀察、勤檢查,憑手握衝擊主繩的手感,衝擊岩層的響聲,抽取的巖樣來判斷是否接近岩溶地層。
接近岩溶時主繩松繩量應為1~2cm,防止穿巖殼時卡鑽。鑽穿岩溶地層上殼時,一旦漏漿,要及時投放粘土塊、片石並補水,以保持孔內水位高度。
4)主要適用範圍及優勢:適用於較小溶洞(溶洞高度小於3米),無填充物或半填衝,施工方法簡單,造價較低。
3、 素混凝土回填
採取正常成孔方法施工,當鑽穿溶洞漏漿時或遇到傾斜顏面時填入低標號混凝土,間隔一定時間後採用衝擊鑽成孔。
1)混凝土標號及配合比 混凝土可採用C20(C15、C10也可)素混凝土,為儘快提高混凝土強度,節約施工時間,應在混凝土中摻加一定早強劑,提高素混凝土的早期強度。
2)摻加方法:對於傾斜巖面,為校正孔位,回填素混凝土應與斜巖面頂面平齊,對於溶洞處,回填頂面高於溶洞頂板50cm。
3)施工注意事項:回填48H後回填混凝土強度達到70%後,且應在樁基範圍取芯檢驗填充效果,待溶洞完全填充且強度達到後方可進行樁基施工。
4)主要適用範圍及優勢:適用於中、小溶洞,有無填充物均可採用此方案。施工方法簡單,造價相對較高。
4、 注漿加固
就是透過對照地質柱狀圖,對樁穿過的溶洞進行填充和加固。
1)注漿孔佈設:根據鑽孔柱狀圖,找出最大溶洞,如果溶洞為連通溶洞,只需對其中最大的溶洞進行注漿加固。
2)注漿壓力控制:用注漿泵注漿,注漿壓力不宜太大,控制在0.5~1.0MPa範圍,具體壓力值現場試驗確定。注漿速度為15~20L/min,其目的是使漿液滲透到填充物內(包含灌入的砂和碎石),然後固結,滲透最小直徑定位3.0米,以保證衝鑽成孔是有足夠的固結體。注漿時注漿管必須插入填充物底部,然後邊注漿邊緩慢上提,提管速度不宜太快,根據珠江速度確定,應是滲透半徑控制在允許範圍內。
3)施工注意事項:防止漿液流失太遠造成浪費,採用間歇注漿方式,使得先注入漿液與沙子(或碎石)初步達到膠結後再注漿,迴圈注漿多次,直至達到規定的注漿量和注漿壓力控制值為止。注完一個孔後,繼續對其餘孔進行注漿,後注漿壓力必須調高,最後封孔。注漿順序由現場自行掌握。且應在樁基範圍取芯檢驗填充效果,待溶洞完全填充且強度達到後方可進行樁基施工。
4)主要適用範圍及優勢:多適用於小型(高度小於1米)或多層溶洞(多層串珠狀小溶洞),也可用於各種有填充物的溶洞,但造價較高。
5、 鋼護筒跟進加固
採用鋼護筒跳進法:一面衝孔,一面接鋼護筒,並且將其壓到或震動下沉至已鑽成的孔內。
1)鋼護筒的選擇:內護筒長度和內徑的確定:護筒長度L=(h+H)m(h為超前鑽確定的溶洞高度,H為溶洞頂到地面加30釐米的高度);單層護筒內徑大於樁直徑10cm,多層護筒最內層護筒內徑大於樁直徑10cm,其外面一層護筒內徑大於內層護筒外徑10cm,並以此類推。鋼護筒孔徑要準確,連線順直,用捲揚機成型。鋼護筒要有一定的剛度,單個大溶洞用單層護筒,兩個大溶洞用雙層護筒,並以此類推。
2)內護筒的沉放:當衝擊穿過溶洞頂部時要反覆提升衝錘,在頂部厚度範圍上下慢放輕提,衝錘不明顯受阻,說明頂部已成孔並且圓滑垂直的,此時用鋼絲繩活釦綁住內護筒,用吊機(或樁機自生重量)把內護筒放入外護筒內沉至孔底,必要時用振動錘下沉。
用衝擊鑽成孔鋼護筒跟進法施工時,施工中應充分利用衝擊鑽的擴孔效能,使鋼護筒能順利下沉。鑽頭直徑大於剛護筒外徑3~5cm,護筒到位後鑽頭改為滿足成孔要求的鑽頭直徑。
如果衝擊鑽在堅硬岩石中的擴孔係數較小,不能滿足鋼護筒下沉要求的,回填並加大鑽頭直徑二次衝孔,以保證鋼護筒順利下沉。為保證鋼護筒順利下滑,要求樁孔豎直,無歪斜、縮頸。
3)主要適用範圍及優勢:適用於特大溶洞(溶洞高度大於3米)、無填充溶洞、半填衝溶洞或溶洞上方有較厚的沙礫層時。