第 25 卷 第 4 期 2004 年 月 8 河 南 科 技 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Journal of Henan University of Science and Technology (Natural Science)Vol. 25 No. 4 Aug. 2004文章编号 :1672 - 6871 ( 2004) 05 - 0075 - 03复杂岩溶地基处理马琳琳( 中色科技股份有限公司 工业所 河南 洛阳 471039)摘要 : 结合工程实际 ,重点介绍溶洞灌浆 、 旋喷桩和钢管桩在工程实例中的运用 。
实践证明 ,针对建筑场地的 不同地质情况 ,采用溶洞灌浆 、 旋喷桩和钢管桩进行地基处理均是可行的 。
溶洞灌浆和旋喷桩对多溶洞地基 处理效果明显 ,而钢管桩适用于基岩岩溶强烈发育 ( 特别是多层溶洞) 的地基处理 。
关键词 : 溶洞 ; 地基处理 ; 灌浆 ; 桩 中图分类号 : TU472 文献标识码 :A0 前言岩溶是由石灰岩 ,泥灰岩等可溶性岩石长期受水的化学溶蚀和机械作用而形成的 [1 ] 。
基岩内有溶 洞存在 ,在附加荷载或振动作用下 ,会使地基变形塌陷 ,建筑物倒坍 ,当其上履盖土层时 ,由于土层厚度 不均 ,往往导致地基产生不均匀沉降 ,影响建筑物的使用 。
目前国内外对于建设在岩溶地区的高层 、 住 宅等民用建筑的地基处理已有一定的成熟的经验 [2～4 ] ,如大直径嵌岩桩基础方案就是多数设计部门设 计高层建筑时的首选基础方案 [2 ,5 ] ,而对于与工程质量 、 工程造价 、 工程进度等密切相关的工业建筑岩 溶地基处理还需进一步的讨论和研究 。
岩溶地基的处理方法有很多 ,如挖填或填充 、 、 跨越 灌注或支承 、 [6 ,7 ] 压浆 、 处理流动水 、 排导等 ,这些都是一些很常规的处理方法 , 现在随着工程技术的发展 , 岩溶地基 的处理的方法更加可靠 、 、 先进 经济 ,本文结合工程实际 ,就如何结合工程的地质情况 、 场地特征 、 工程实 际等探讨了针对不同基础采用不同的方法处理复杂岩溶地基 ,并对所采用的方法进行一些探讨 。
1 工程概况1. 1 工程概况乳源东阳光精箔有限公司一期工程位于广东省韶关市乳源县城东面 , 占地面积大 , 约为 33000m2 ; 主要建筑物为铝板带箔工程压延车间 ,熔铸车间 ,为多跨 ( 5 跨) 单层装配式厂房 ,最大跨度 24m ; 车间内 有对沉降敏感的重型设备 ; 有多台吊车 ,最大吊车吨位为 50t ; 边柱柱距 6m ,中柱抽柱 ,柱距 12m ,柱底内 力大 ; 车间内还分布着许多小型设备基础 ,以及辅助设施 ,如通风机室 、 变压器室 、 过滤间 、 电控室 、 高压 配电室 、 办公室等等 。
1. 2 建筑场地的地质特征 1. 2. 1 地质情况 自上而下为 ( 1) 素填土 : 主要成份为粉质粘土 ,夹少量砾砂 、 卵石 ,土质均匀性较差 ,厚度约 0. 3～4. 5m 。
(2) 粉质粘土 : 湿～很湿 ,可塑 ,局部呈硬塑状 ,分布于场地的西南面 ,层厚约 1. 2～2. 5m 。
地基承载 力建议值为 60～120kPa 。
( 3) 中粗砂 : 含 5 %～8 %的卵石 ,稍密 ,湿 ,厚度约 0. 9～2. 4m 。
(4) 卵石层 : 主要成份为砂岩及石英岩 ,层厚为 1. 3～3. 4m 。
( 此层在第一期的勘察报告中为 6. 5～ 10. 2m ,呈厚层状 ,与实际情况严重不符 ,地基承载力为 350kPa) 。
(5) 砾砂 、 中粗砂粉土或粉质粘土 : 残积层 ,浅黄色 ,稍密或软塑～可塑 ,局部流塑状 ,湿 ,压缩性高 , 厚度一般为 0. 3～8m ,局部呈巨厚层出现 ( 厚度达 9. 8～19. 6m) 。
作者简介 : 马琳琳 (1972 - ) ,女 ,河南洛阳人 ,工程师 ,一级注册结构工程师 . 收稿日期 :2004 - 05 - 26・76 ・河 南 科 技 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 2004 年(6) 灰岩 : 灰色 、 深灰色 ,含较多的碳质物 ,岩质较坚硬 ,局部为泥灰岩 ,局部裂隙发育 ,溶洞发育 ,洞内多见粉质粘土及砂砾充填物 ,呈软塑到流塑态 ,岩层埋深一般为 5～9m ,岩面起伏大 。
1. 2. 2 场地内溶洞发育情况 该工程在进行施工图详勘阶段 ,从钻孔资料已发现岩溶都比较发育 ,洞内充满着淤泥质土和泥浆 , 为进一步摸清溶洞的分布情况和建筑扬地的工程地质条件 ,勘察部门进行了多次补勘 。
(1) 本工程场地先后四期勘察共 92 个钻孔 , 其中有 16 个钻孔揭露发育溶洞 , 溶洞高约为 0. 3 ～ 6.4m ,洞内多充填流塑粘土 ,部分为开口溶洞 ,灰岩顶板厚度很小 ,厚为 0～2. 2m ,大部分溶洞顶板破碎 ,裂隙发育 ,钻进时严重漏水 ,很可能相互串通 ,且岩面陡倾 ,场地工程条件很复杂 。
( 2) 场地内的溶洞发育无一定的规律性 ,溶洞的大小 、 埋深 、 规模也很难确定 。
同时灰岩面上多发育 软塑及流塑的软土层 ,为保证建筑物的安全稳定 ,必须对场地内灰岩溶洞及局部软弱地基 ( 包括软土层) 进行加固处理 ,以切断溶洞与第四系的地层的水力联系 ,并防止溶洞继续发展 ,提高地基承载力 ,消除溶 洞及软弱土层对建筑物基础的影响 。
2 地基处理本工程针对以上工程情况及地质情况 ,在建筑场地内针对不同的基础采用了溶洞灌浆 、 高压旋喷注 浆及灌浆钢管桩三种方案 。
( 1) 溶洞灌浆 : 溶洞灌浆是加固方法之一 ,主要针对众多的小型设备基础及辅助用房下的浅层多溶 洞及软弱土 ,处理范围广 ,但造价低 。
其加固机理主要是使溶洞填充密实 ,形成具有一定强度的稳定体 , 其次尽量切断溶洞与土层及地下水之间联系 ,防止溶洞的发展 ,危害建筑物的安全 。
由于场地溶洞多为 软塑状粘性土或夹有砂砾充填 ,存在严重漏水现象 ,有的则与上部土洞相通 ,为了保证加固效果 ,采用联 合灌浆方法 : 即对溶洞内的充填物进行扰动清洗后 ,旋喷一定量的水泥浆 ,然后采用类似水下混凝土浇 注方法对溶洞灌注水泥混合浆 ,至孔口返浆 ,使溶洞内的冲填饱满 ,达到加固目的 。
对洞内无充填物则 不进行旋喷洗孔 。
高压旋喷清水及注浆为了是保证灌注水泥混合浆液前溶洞内浆液的稳定 ,也保证加 固处理后形成的灌浆体性质均匀稳定 ,不存在软弱 “灶”并使溶洞没有继续发育的条件及空间 。
, 施工中 应注意地层情况 ,准确控制需处理的溶洞的规模 、 、 深度 范围及充填情况 。
复合地基承载力要求为 150kPa ,实践证明溶洞灌浆是大面积处理小型设备基础及辅助用房下的浅 层溶洞的首选方案 。
( 2) 高压旋喷注浆 : 主要针对厂房基础加固 ,由于施工时发现地质情况与第一期的地质报告 ( 提供给 设计院的) 严重不符 ,而且工程必须赶在雨季来临前完成厂房基础的施工 ,厂房基础的地基处理必须后 延至基础完成后进行 ,即施工完成后进行加固处理 ,对需加固的基础采用高压旋喷注浆法及砂浆灌浆加 固处理 ,即对溶洞先进行高压旋喷注浆后 ,再砂浆灌浆处理 ,形成旋喷桩 ,并在桩端及承台底部分进行复 喷 ,以达到类似扩孔桩的效果 。
加固效果如图 1 所示 。
设计要求地基承载力为 350kPa ,根据 《建筑地基处理技术规范》 求出的复合地基承载力及静载试验 证明 ,高压旋喷注浆处理地基完全可以满足设计要求 ,达到对新建建筑地基加固的目的 。
施工中特别应 该引起注意的是灌浆量的控制 ,以免出现厂房柱基隆起或产生水平位移 。
( 3) 灌浆钢管桩 : 对重型设备及动荷设备的基础 ,对沉降要求严格 , 应以完整灰岩作持力层 , 可采用 有孔钢管作为灌浆孔进行灌浆 ,以扩大灌浆影响范围 ,并利用钢管支承在完整灰岩中 ,获得较大的桩端 承载力 ,最后在钢管内灌注强度较高的水泥砂浆成为钢管桩 。
灌浆钢管桩加固效果如图 2 所示 。
钢管 桩具有强度高 、 施工进度快 、 施工工艺易行和施工质量易保证等特点 。
其他方案如 : 人工挖孔桩基础 ,虽 然成本低 、 施工简单 ,施工技术 、 施工工艺也比较成熟 、 完善 ,但受施工手段的限制 ,对于持力层深度大 、 地下水丰富 、 有软弱土或基岩岩溶强烈发育的地方 ,如果强行开挖 ,往往因护壁困难或涌水量聚增而无 法施工 ,由此而导致基础施工停滞 ,工期延长 ,甚至造成环境质量等问题 。
钢管桩布置根据要求的复合地基承载力 f k = 250kPa ,钢管桩的单桩承载力 ,应按照桩身强度与地基© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 第4期马琳琳 : 复杂岩溶地基处理・77 ・强度分别计算 , 取最小值 。
本工程最 后取钢管桩的单桩承载力为 343kN ,钢 管桩为群桩承载 , 端承桩群桩承载力 等于各单桩承载力之和 , 根据设备基 础的地面积即可确定桩数 。
钢管桩施 工应保证纯水泥浆灌浆量及砂浆灌浆 量 ,以保证钢管桩的桩径 。
目前国内 运用钢管桩处理岩溶地基还未普及 , 经济方面应该是主要原因 , 有关施工 规范尚需完善 , 对钢管桩间非完整基 岩承载力的利用 , 更需在今后的实际 工程和实验中加以总结和归纳 。
3 结语溶洞灌浆及旋喷桩地基处理可以起到地基加固和基坑止水双重作用 ,可将石灰表面的溶沟 ,溶槽及 浅层溶洞充填密实 ,若桩端下有 3m 厚的完整石灰岩岩面 ,保证桩端及上部结构的稳定可靠 , 可不考虑 下部石灰岩溶洞对地基基础稳定性的影响 ,溶洞灌浆和旋喷注浆在浅层多溶洞 ,且岩面凹凸不平 ,高差 变化大的情况下 ,对地基进行处理 ,是能满足加固要求的 ,且技术上是可行的 。
钢管桩是将数根钢管通过钢孔由基岩面安放在下部完整基岩上 ,使上部荷载通过钢管桩直接作用 于深部完整基岩上 ,因此不需要考虑桩底基岩的岩溶发育程度 ,涌水大小 ,基岩完整程度等等因素 ,并可 将单桩承载转化为群桩承载 ,比较适用于持力层深度大 ,地下水丰富 ,基岩岩溶强烈发育的地方 。
参考文献 :[1 ] 吴珊瑚 . 石灰岩地区桩基设计与施工 [J ] . 西江大学学报 ,2002 , (2) :46 - 48. [2 ] 程树生 ,杨 . 钢管桩在岩溶地基处理中的应用 [J ] . 中国岩溶 ,1998 ,17 (2) :119 - 124. 刚 [3 ] 张运标 . 新建城镇隐伏型岩溶的勘察与治理 [J ] . 中国地质灾害与防治学报 ,1998 ,9 ( 增刊) :375 - 380. [4 ] ,李志荣 . 岩溶地区钻孔灌注桩的设计与施工方案研究 [J ] . 武汉工业大学学报 ,2000 ,22 (1) :41 - 43. 夏 林 [5 ] . 复杂岩溶地基处理实例 [J ] . 勘察科学技术 ,1999 , (5) :23 - 26. 杨 涟 [6 ] 莫洪东 . 溶洞灌浆在具体工程中的应用 [J ] . 广西地质 ,2002 ,15 (4) :59 - 61. [7 ] 沈清林 . 旋喷桩在多溶洞地基中的应用 [J ] . 福建建筑高等专科学校学报 ,2001 ,3 (4) :80 - 82.Treatment to the Complex Karst FoundationMa Lin2Lin( Industry Project Designing Department ,China Nonferrous Metals Processing T echnology Co ,Ltd ,Luoyang 471039 China) Abstract :Based on a foundation treatment project ,the wses of karst cave grouting ,the churning pile and the steel pipe pile are introduced emphatically. The results show that every of them based on different geologic conditions can and steel pipe pile in highly karstified bedrock areas ( especially in multilayer2caves) . Key words :Caves ; Ground treatments ; Grouting ; Piles© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.be feasible. Karst cave grouting and churning pile are effective for the foundation treatment in multi2karst cave areas ,。