浅谈岩溶地质桩基工程施工方案的探索及应用
摘要:本文通过某大厦岩溶地质条件下桩基施工方案的分析,得出了岩溶地质条件下合适的施工方案及优缺点,得到了施工方案相关技术参数及技术措施。
关键词:岩溶地质桩基施工方案成孔计量
中图分类号:tu2 文献标识码:a 文章编
号:1674-098x(2012)07(a)-0127-02
1 工程概况
浙江省湖州市长兴县某大厦为24层双塔商务办公大楼,地下1层,地上24层,建筑高度99.8m,用地面积6915m2,总建筑面积55842m2,其中地下一层6240m2,地上49602m2;本工程为框架核心筒结构,抗震设防烈度为6度,设计年限为50年。
基础采用混凝土钻孔灌注桩,其中承压桩直径为d800,桩端持力层为入中风化粉砂岩1.5～2.0m,共240根,成孔在50m～59m之间;抗拔兼承压桩直径为d600,桩端持力层为8层粉质粘土层,成孔约48m。
2 工程地质条件
本工程地质条件复杂,施工勘察时勘察出4处地下岩溶,为确定地质承载情况能否满足设计要求,设计要求提前施工静载试桩,在施
工完2根静载试桩后发现,相对于周边其余建筑物的桩基施工难度偏大。
为了确保该大厦的桩基施工,设计、业主、监理及施工方共同研究后一致提出应对该地质进行详细勘察,以便查明承载桩基的地质状况,用以确定桩基施工方案。
2011年5月中旬勘察单位对该大厦的核心筒部分桩基(承载桩基)进行了一孔一探,历时半个月,基本摸清了该大厦的地质条件。
在勘察单位提交报告后,参建各方一起针对该地质条件的情况,进行详细的分析、研究和讨论,存在以下特点:
(1)在240根主楼承载桩基的位置上探明了45个溶洞,其中5个溶洞高差在3m及以上,其余均在0.5m～1.8m之间;
(2)溶洞虽多,但是地质勘察过程中,根据发现的溶洞揭示溶洞之间互不贯通;
(3)该地质条件复杂的另一方面是存在角砾岩及灰岩此类较难钻进的岩层,其中东北角主要为角砾岩,西北角为灰岩,而场地南部又缺失,地质岩层起伏变化较大。
另据现场了解,场地北侧一路之隔的在建大厦项目未发现溶洞,比邻的场地南侧在建大厦项目北侧同样有小溶洞存在,因此,该项目刚好位于岩溶区,地质条件极其复杂。
3 桩基施工方案
本工程设计桩基承载力较高,因此工程桩基采用灌注桩,而在岩溶地质条件下,桩基施工方案一般采用冲孔灌注桩,冲孔灌注桩与钻孔灌注桩的基本施工工艺相似,区别主要在于成孔方式,冲孔灌注桩为利用冲锤(抓锤)冲击成孔,钻孔灌注桩为钻机钻进成孔,冲孔灌注桩的缺点是进度慢,成本高,现场管理难度大,两者的基本施工工艺如图1。
针对该工程的地质状况,结合冲孔(钻孔)灌注桩的施工工艺,为
了桩基施工的顺利进行,参建各方均派出了专家与会进行了详细认真地分析、研究和讨论,在岩溶地质条件下成孔和控制灌注水下砼方量以免影响其他桩基的施工是实施中的难点,因此,针对该两项
工序,与会专家各抒己见,最终拟定了以下四个方案:
(1)利用gps-15型及以上钻机钻透溶洞,直接浇灌混凝土的方式来施工。
(2)利用gps-15型及以上钻机钻透溶洞,再根据钻进的数据,采用在穿越溶洞部位的钢筋笼外包4mm厚的钢制圆筒,并在溶洞部位上下延伸1.0m以上,确保隔离溶洞,防止浇灌的混凝土注入溶洞,减少混凝土的超方量。
(3)采用冲孔灌注桩施工工艺成孔,冲击成孔时跟管钻进,成孔后直接浇灌混凝土,跟进钢管不拔除。
(4)综合第2、3种方案,利用冲孔桩机不跟管,直接冲击成孔,成孔后根据成孔时穿越溶洞的位置,采用钢筋笼外包4mm厚的钢制圆筒,并在溶洞部位上下延伸1.0m以上,确保隔离溶洞,防止浇灌的混凝土注入溶洞,减少混凝土的超方量。
4 桩基施工方案的比选及确定
在拟定以上四种桩基施工方案后,与会专家根据以上方案施工的可行性、工期效果、质量控制及经济性展开了充分的研讨论证,具体优、缺点如下:
(1)该种工艺最简单,工期最短,但灌注混凝土时灌注量不可控制,难以估计经济性;溶洞部位的混凝土形状随溶洞,一则造成质量偏
心,力学性能难以掌握,二则造成大体积混凝土,混凝土质量不可控,可能影响周边桩基施工;且钻进穿过溶洞时容易卡钻,必须更改钻头。
(2)该种工艺相对简单,工期相对第一种来说稍长,混凝土灌注量较少,经济性可行;因成孔直径存在着上、下不均匀,钢筋笼外包圆筒会造成下笼困难,且与孔壁间隙的大小难以控制,混凝土灌注施
工效果不可控,另外也存在钢圆筒固定难的问题。
(3)该种工艺相对复杂,存在着工期长,充盈系数大,虽然混凝土
灌注量可控,但钢管跟进,造价最高,在该项目中不存在可行性。
(4)该种工艺较保守,同样存在着第1、2种方案的缺点,不具备实施的可能性。
通过以上四种施工方案优、缺点的分析,结合本工程地质(小溶洞为主)条件和工期紧张的实际情况,第3、第4两种方案过于复杂,
造价和工期均不理想,因此,首先排除第3、第4两种方案。
由于第1、第2两种方案施工工艺差别不大,接下来针对第1、第2两种方案进行进一步的综合考虑,分析如下:
(1)第1种方案优、缺点均明显,但对项目工期要求来说最合适;
(2)本工程基本是小溶洞,勘察揭示小溶洞之间又不贯通,因此对于小溶洞的施工不存在大体积混凝土的施工质量问题,也不会影响其他桩基施工;
(3)针对勘察揭示的“大溶洞”,可以采取第2种施工方案弥补;
(4)第2种方案圆筒的半径如何确定及固定,无历史施工经验可参
考;
(5)第2种方案存在着安放钢筋笼困难的难题,影响工期。
在对第1、第2两种方案的综合考虑后,有必要对本工程的施工方案进行进一步优化,即采取第1种和第2种方案相结合施工方案,具体如下:
(1)针对1.8m以下相对较小的溶洞,采用第1种方案,施工时先四周,再中间溶洞位置的桩基;
(2)针对1.8m及以上的溶洞,采用第2种方案,先施工溶洞位置的桩基,然后再施工四周的桩基,确保溶洞位置的桩基施工不影响周边桩基;
(3)施工过程中,如发现未探明溶洞,首先按1.8m的标准进行评判溶洞的大小,根据判断结果采取何种施工方案。
5 工程施工的控制措施、验证及改进
在施工方案确定后,施工方在施工前又进行了详细的方案研究,并在当地咨询周边大厦的施工情况,制定了以下具体实施措施: (1)重新编制桩位图,特别是对溶洞的大小进行标注区分,并向施工班组发放;
(2)定制专用钻头,在钻头上安装导向装置,解决钻穿溶洞时卡钻问题;
(3)抽调公司经验丰富的桩机操作人员,并认真对桩机操作人员进行交底;
(4)编制桩基施工路线图,制定施工顺序,并要求班组严格执行;
(5)现场施工员在施工溶洞位置的桩基时,应在旁指导、记录施工全过程,发现与地勘资料不符时应及时上报,确保及时进行处理,便于应用针对性的施工方案。
在准备就绪后,该工程于2011年8月19日正式开始施工,整个工程施工分两个阶段,第一阶段为施工溶洞较小的桩基,由于桩基操
作人员细心操作,项目部管理人员管理到位,在实际钻进过程中40
个溶洞基本与地勘报告相符;地勘报告未揭示有溶洞的桩基在钻进过程中发现了2处溶洞,高度在0.8m左右,均采用第1种施工方案;总体来说,钻孔后灌注混凝土比较顺利,其中最大的超灌量为5.3m3,由于施工顺序比较合理,基本未对周边桩基产生影响。
第二阶段,施工1.8m深度以上,因前面施工小溶洞状况比较理想,加上小溶洞施工已经有一定的心得,即在钻穿溶洞时,孔内液面都
会有一定的下降,而且下降的多少跟溶洞的大小有关,针对这种情况,我们认为,在施工大溶洞时也可以采用观察法进行施工,而且根据地勘报告揭示,虽然溶洞比较深,但溶洞体积也不会太大,可以选择一个存在溶洞的桩位进行试验,以便确定溶洞的大小及观察法的有效性,具体如下:该台施工钻机单独设置泥浆池、废浆池和泥浆循环系统,并对该台钻机的用水和泥浆进行计量,以便确定溶洞的大小,从而选择合适的施工方案。
实施后,该台钻机钻进过程比较理想,基本于地勘报告吻合,在接近溶洞位置时,对泥浆池和清水池液面
设置标尺,清水池停止进水,在钻进溶洞的时候,泥浆液面出现轻微的下降,因此现场判断该溶洞不大,在液面停止下降后,根据计量结
果,该溶洞实际超方量为3.4m3,超灌方量与之前施工的小溶洞类似,因此在清孔时我们及时把灌注方案汇报给业主、监理和总承包单位,在征得同意后,采用了第1种施工方案即直接浇灌混凝土,实际超灌方量为3.8m3,与计量结果相差不大,鉴于此,参建各方确定,所谓“大溶洞”的桩基施工均采用单独泥浆系统和用水计量,并结合计量结果,来确定采用何种施工方案,如出现液面下降较快和计量结
果超方量在8m3及以上的,由各方商议下一步施工方案。
在2011年12月10日施工完4个“大溶洞”桩基,最大超方量为5.8m3,都采用了直接浇灌混凝土的方式来完成施工。
6 结语
溶洞施工技术一直是桩基施工的难点,特別是房屋建筑方面,施
工遇到的情况比较少,这方面的经验更欠缺,通过本次溶洞施工,收集了一些溶洞方面的施工经验,具体如下:(1)溶洞施工应采用单独泥浆循环系统和用水计量,以便确定溶洞大小,针对性地选择施工
方案;(2)采用钻机施工的钻头应设置导向装置,以免卡钻;(3)施工前应具体分析研究施工方案的可行性,制定合适的施工顺序。
同时发现也存在以下难点,如大体积混凝土对桩基承载力的影响、外包圆筒的钢筋笼安放等,虽然这次施工未进行,但值得我们去进一步研究和改进。
参考文献
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