逆掩断层及岩溶极发育地区桩基施工技术探讨

'逆掩断层及岩溶极发育地区桩基施工技术探讨摘要：对逆掩断层岩溶极发育地区桩基施工影响因素进行分析和探讨，并找出施工中容易出现的问题，在实际施工中采取有效措施，确保成桩进度和施工质量。关键词：逆掩断层；岩溶；桩基施工中图分类号：TU74文献标识码：A1.工程简介某城际铁路特大桥桥跨布置为22-32.6m简支T梁+2-24m简支T梁+9-32.6m简支梁，全长1078.38m0该桥桥址区主要以堆积为主的垄岗，位于长江一级阶地，地形较平坦，阶地略有起伏，相对高差5-20米左右，地表水发育，工程范围内地表水系发育，广泛分布湖泊、河流、水塘和沟渠，另外沿线坳沟和低洼地亦有少量积水。水深约1-4.5m，地下水以空隙潜水为主，受大气降水补给，地下水深一般0.5-5m。2•地质情况地表为Q4al+Pl淤泥质黏土，流塑-软塑，厚度4.5m-15.0m；其下覆盖黏土，棕黄色，软塑-硬塑，厚3.5-5.5m；湖及水塘分布Q4al+pl淤泥质粘土，软塑，厚度 3.5-15.Om；下伏地层为S2+3砂岩、D2砂岩，全-弱风化，全风化层厚：0-16.0m,强风化层厚8.5-10.5m,弱风化基岩埋深约15-37m。根据设计院地质勘察资料，该桥大部桥墩均有溶洞，溶洞呈多层状、串珠状分布，溶洞大小不等、规律性差，发育2〜3层溶洞。发育最大深度17m,单个溶洞最大高度13m,溶腔顶板极薄，上覆较厚的流塑状淤泥层，溶洞多充填软塑至流塑状粘土，部分为空洞，溶洞内充填或半充填红粘土，溶洞基本处于石灰岩层中，岩面起伏较大。由地质资料显示软-流塑承载力60-120Kpa；硬塑承载力180Kpa,全风化-强风化-弱风化依次250-350-600Kpao设计院地质勘察资料显示，该桥岩溶发育，且靠近铁路既有线，图1地质柱状图其中该桥22-33#溶洞及斜岩发育严重地质构造作用主要形成于燕山期或以前，主要的表现形式为断层和褶皱。根据现场调查及钻探资料分析在区间有一逆掩断层通过，逆掩断层通常为逆断层中断层面倾角平缓，平常小于25度。由地质资料地层强度并根据前期相临地段地质情况、具体分析逆掩断层特点及溶洞发育地段特性，可知22-33#墩桩基地段溶洞及"斜岩"发育实际为溶洞及逆掩断层共同作用的结果。 3.施工影响因素分析1、地表水丰富。地下水位高，影响桩基施工方法选择 如不可使用旋挖钻，且一些墩处于湖中墩，施工前必须进行严格湖中墩围堰处理方案；2、黏土层软塑及流塑层内摩擦角小,而内摩擦角反映了物料间摩擦特性和抗剪强度，摩擦角越小桩基施工成孔过程中发生塌孔的可能性越大；3、表层的软-流塑的淤泥质粘土在冲击钻的施工震动下可出现软土震陷，导致既有线路基下沉，失稳；4、桩基施工至揭露溶洞标高时、由于溶腔无规律性与连通性、比重较大泥浆可能沿溶腔通道漏失，导致桩底溶洞附近泥浆比重逐渐下降，从而降低并失去泥浆护壁的功能。导致地面呈漏斗型下沉，既有线基底下沉边坡失稳；5、串珠状发育的溶洞在3-4T的冲击钻作用下，可能出现溶洞顶板塌陷，从而导致地面进一步沉降，既有线突然塌陷；6、由地质资料显示，SLDK2+100〜+200间有一逆掩断层通过，桩基施工通过该断层时不确定因素增多，必然大大加剧桩基施工难度。4、桩基施工问题及分析1、塌孔现象较严重，且钻进缓慢。分析发现塌孔主要原因为淤泥质黏土层下伏的岩溶连通性较强时，会因孔内浆液突然流失，来不及补浆，致使孔内液面高度降低，钻孔内外压力差增大应力重新分配，因而没有足够的液体压力维持 孔壁稳定。根据实际情况，如图2所示施打钢护筒可有效防止软塑及流塑层坍塌，同时防止漏浆严重带来的潜在危害。图2振动锤施打钢护筒2、根据相临桩位施工经验，通常施打钢护筒情况下，进入岩层中溶洞发育区若遇漏浆发生则回填黄土片石即可，因临近铁路既有线施工，漏浆严重情况下（根据设计院提供地质资料）紧急回填C30混凝土制止快速漏浆，同时回填一定厚度黄土片石，静置混凝土3天左右，待桩位内受力重新稳定后方可施工。但进入由地质勘探表明的逆掩断层后，桩基施工工况明显复杂难以控制，主要表现为：1、由地质资料在同一墩位处不同桩基地质情况可知，如地质柱状图，钻进入岩后溶洞层所处地层各不相同，施工时必定会有“斜岩”的存在，减慢钻进速度，同时入岩后钢护筒跟进困难可知成孔不均匀，孔壁残留一定围岩；2、逆掩断层并伴随溶洞发育影响范围大，相临墩柱距离约10多米的两桩位，较深桩基施工完毕灌筑混凝土过程中出现串孔现象，最终不仅导致混凝土超方严重，同时影响施工进度；3、桩基钻进速度慢，同样入岩 后钻进施工-逆断层区每米钻进速度约为前期同样地层施工速度的一半甚至更慢，同时钻头损坏现象严重，卡钻、坏钻。针对特殊的逆掩断层-岩溶发育地段，采取有效的钻进方法，并统筹安排施工工序是保证施工质量及施工进度的关键。1、施工中常见"斜岩”经分析即为逆掩断层处岩石不均匀分布，而由图3可知冲击钻自身外形构造方面不利因素,尤其是类似于逆掩断层产生的“斜岩”。为保证成孔质量，沿钻头周向位置焊接一圈钢板将围岩周向类似于“斜岩”的岩石冲击掉。图3冲击钻头焊接钢板图4加厚加大焊接钢板2、一般地，逆掩断层附近处围岩并不坚硬，采取一般大小钢板即可将多余岩石挂掉，保证成孔，但对于围岩构造较特殊的逆掩断层且岩溶发育的，岩层构造复杂，桩基施工过程中通常会有即使加钢板圈但仍然无法有效成孔。此时不仅要求加厚钢板并且增大焊接强度，如图4所示，同时实施合理的冲击钻冲程。冲击钻冲程不宜过大，若围岩过硬，大冲程下反倒影响钢板圈作用，由于钢板圈刚度有限，通过计 算通常情况下冲程为1.5-2米，此时设置冲程为0.4-0.8米,小冲程效果下的施工方式可有效引起“斜岩”处围岩松动，有效处理围岩“斜岩”，同时不易损坏钢板焊圈。经过对本区域内桩基施工的不断摸索，不仅保证的成孔质量，钢护筒跟进顺利，而且卡钻、坏钻情况有效减少，有效节约了成本,推进工程进度。5、结束语1.钢护筒的使用在岩溶发育地区可有效防止冲击钻施工过程中振动、地质情况差、岩溶顶板薄等问题；2.冲击钻钻头周围加焊钢板圈对桩基成孔效果十分有利；3.根据计算及施工经验采取有利的冲程-即冲程不宜过小，保证足够的冲击力使围岩尽可能快速松动，同时冲程也不宜过大，评估围岩刚度，计算适当冲程范围内不宜损坏钢板焊圈。4.岩溶区工况复杂多变，采取严格认真的态度学习地质资料，同时深入一线结合现场实际情况，两手并重方可顺利实施桩基施工。参考文献：[1]蒋飞.桩基础施工诱发岩溶地面塌陷的形成机制和防治方法[J],施工技术. [1]潘彩花，吴译哲，吕占•复杂岩溶地区的桩基设计及处理[J].工程建设与设计,2008,(12).[2]何鹏祥，岩溶区桥梁桩基施工技术及设计方法研究.[3]杜时祥，试论岩溶地区桥梁桩基础施工技术，工业技术.[4]吴健强.串珠岩溶和富水不良地质桩基成孔技术探讨[J].山西建筑,2009,(04).[5]王连玉，王浩•析岩溶地质对桩基施工的影响及应对措施[J].科技信息，2009,(05). ； ； ； ；作者简介：陶孝刚，男，出生于1976年12月26日，工程师中级职称，现任武黄城际铁路项目部副经理，本科学历学士学位，'