浅议龙岩盆地覆盖型岩溶地区桩基工程质量控制.pdf

'勘察与测绘建赫目茬瞄2012年2月浅议龙岩盆地覆盖型岩溶地区桩基工程质量控制邱江城(福建瓦华土木工程管理有限公司)摘要：木文介绍了龙岩盆地覆盖型岩溶地区的地质特点，对桩基工程设计与施工存在的主要问题及原因进行了分析，并提出了一些有效的控制措施，保证岩溶地区桩基王程质量和施r_[安全，供同行参考。关键词：岩溶地区；桩基工程；设计：施丁；问题分析；质量控制1前言国土资源部在首届岩溶地区可持续发展国际学术会议上公布了我国岩溶区域的面积，目前岩溶面积已超过300万m2，占国土面积近1／3。岩溶是指水流对碳酸盐岩及其他可溶性岩石进行以化学作用为主、物理作用为辅的地质作用过程及其所产生现象的总称。岩溶地区地下土层情况复杂，岩带起伏大，溶洞发育且分布极不规则，地下水丰富甚至有地下暗河通道等，有些场地因地下水位变化较大致使岩溶顶盖溶蚀塌陷，岩溶上的覆盖土层顺地表水带入溶洞因而在地面上形成土洞。这些特点给地面上的建(构)筑物基础设计和施工带来很大的困难，当选择桩基作为其基础时，因单桩要求的承载力很大，场地的不确定因素多，因此对桩的选型和施工质量控制的要求就显得尤其重要。特别是南方地区气候炎热降雨量较大地下水位变换频繁．因而促进了岩溶的产生与发育。在岩溶地区，溶洞、溶沟、溶槽、石笋(芽)、漏斗等等“喀斯特”现象市日当发育，我省闽西、北部地区分布比较广泛，如三明、龙岩均有大型的溶洞成为旅游的景点。岩溶是一种地质灾害现象，如果处理不当，将会造成严重的工程事故。如何采取一些有效措施，保证岩溶地区柱基工程质量和旌工安全，是学者们一直关注的课题。2龙岩盆地的主要岩土工程地质条件2．1石灰岩及其上覆盖土层龙岩市位于福建省的西部，中心城区范围基岩主要为下二叠统栖霞组灰岩组成，属于复杂地基。其盆地地貌属I、Ⅱ级河流堆积阶地，地形起伏不大。石灰岩及其上覆盖土主要特征如下：①杂填土：松散状态，主要由人工堆积物、粘性土组成。②粉质粘土：灰黄色，可塑状态。③淤泥质土：流塑。软塑状态。④卵石：稍密。中密状态，粒径一般在30。150mm之间，部分区域夹有粒径大于200ram的漂石。⑤含角砾碎石粉质粘土：可塑状态，局部旱软塑状态，部分区域夹有块石。⑥土洞充填物：大都为含角砾粉质粘土，呈流塑状态，土质极松软。⑦石灰岩：中风化。微风化状态．岩石坚硬，完整性较好，部分区域裂隙发育，岩石破碎。2．2地下水特点岩溶地区地下水根据其赋予介质可以分为岩溶裂隙水、孔隙水、裂隙水。其中岩溶裂隙水水量丰富，连通性强，而孔隙水渗透性强，裂隙水连通性强。龙岩城区上部为第四系孔隙潜水，主要含水层在卵石层，其富水性强，下部为石灰岩岩溶地下水，具有承压性，富水性强。2．3岩溶中的软土问题在石灰岩溶洞地区的基岩表面，普遍分布一层厚薄不一的软土层，软土层一般呈软塑一流塑状态。其天然含水量大，承载力低，工程地质条件差，是引起建筑物不均匀沉降的主要因素。软土的形成主要是地下水(承压水)顶托土层，逐步渗入到上层内而形成的，其后受基岩面起伏和地下水位控制，一般厚3-5m。承压水直接顶托土层，构成一种浮托力。当地下水下降时，浮托力消减，土层固结压缩变形，_T程地质条件改变。2．4溶洞所见溶洞多属裂隙状溶洞，发育、分布无规律，方向呈多向性，洞体大小不一，最大的顶底板间距达数米、十几米，最小的仅数厘米，部分地段多层溶洞分布在不同的平面上。溶洞内大都由呈可塑。软塑状态的含角砾碎石粉质粘土充填物所充填，少量无充填。根据上程地质勘探资料揭示其见洞率较高，大部分岩溶发育区域见洞率均大于t5％。南方地区·174·气候炎热、降水多，造成地径流强烈，且地质构造运动较强，因此，造成南方地区的岩溶除了具有一般岩溶的共性外，另外还具有溶洞数量多、层数多且尺寸大的特点，少部分有地下暗河通道，对工程建设极为不利，且处理起来相当复杂。2．5基岩面由于受气候温度的影响，石灰石表面在地表水及地下水强烈侵蚀作用下，通常岩溶上部基岩溶洞、溶沟、溶槽较发育，岩面起伏不平，高差较大。石灰石是水溶性岩石，几乎不存在强风化层，基岩表面就是裸露的新鲜岩石，抗压强度高达IOOMPa以上。3桩基工程设计中的主要问题近年来，随着二十层以上建筑的增多和桩工机械的不断改进和完善，大直径冲、钻孔灌注桩越来越多，呈人幅上升趋势，这个现象对于岩溶地区来说并不是个好兆头。我始终认为在地质复杂的岩溶地区建设高层、超高层建筑是违反工程伦理的，但由于国内摊大饼式的城市规划理念导致中心城区建筑物越建越高，越建越密集，加之目前我国缺乏有关工程伦理的道德规范准则，因此要改变这种现象恐不是几年几十年能够解决的，因此控制桩基的施工质量成为一个非常关键的环节。如果设计不当再加上施工质量疏于控制将会导致不可想象的灾难，因此设计勘察是确保桩基施工质量的关键。在桩基设计中主要存在以下一些问题：(1)桩型和桩基持力层。选择合理的桩型和桩端持力层是岩溶地区桩基设计是否成功的关键所在。如在榫牙交错岩面起伏变化的岩溶区域选择预制桩，桩基的质量安伞事故将在所难免。(2)桩端进入持力层(或基岩)深度也就是通常所说的嵌岩深度。这技术参数直接影响旌工的工期和经济效益。如桩端入基岩的深度过大必将失去很多浅部较好的持力层，导致勘察和桩基造价的增加，同时延误工期，带来成本的增加，且对桩基的施工质量控制带来更大的难度。(3)桩端持力层厚度。桩端下的基岩究竟需要多厚?确定这个厚度却是不足一件容易的事情，因为钻孔的数量是很有限的，尽管要求单桩单钻也只能了解钻孔直径区域岩层情况，完全可能会出现超过钻孔直径的范围就是悬崖峭壁，因而没有通过其他措施获得建筑物场地内整个岩面起伏情况而贸然确定持力层厚度是要承当极大风险的。这也是岩溶地区复杂地质条件下设计成功的保证。需要说明的是桩基础并非是覆盖型岩溶地区的最佳选择。对于20层以下的小高层住宅建筑当岩溶上覆盖层土质较好覆盖厚度较大时采用地基处理可能更安全更经济。4桩基施工存在的主要问题及原因根据众多资料和经验表明，岩溶地区的桩基工程在施工过程中，经常遇到的问题及原因概括起来主要有以下几个方面：(1)施工过程中由于扰动周围环境，施工机械钻穿岩溶裂隙，使地下水沿裂隙流失，造成溶洞局部坍塌，严重时可能发生机毁人亡的惨剧。(2)嵌岩深度达不到设计要求，无法满足承载力要求。(3)嵌岩深度虽达到了设计要求，但施工过程中由于扰动周围环境，施工机械钴穿岩溶裂隙，使钻机钻进困难。同时，在浇灌混凝土时发生大量漏浆，造成桩身混凝土松散、夹泥等质量问题，导致桩基承载力降低。(4)溶洞较大时抛填片石或黄泥，造成孔底清淤不良，桩底沉渣过厚，未达到终孔条件。 2012年2月睫棚目苌商勘察与测绘(5)鹰嘴岩等溶洞地区特有的地质条件造成了嵌岩深度达到设计要求的假象。(6)复杂的岩溶地质条件造成成孔困难，所成孔的倾斜度超过规范要求。5工程质量的控制要点从上述分析桩基工程的设计与施工中的主要问题及原因中可以知道，为了做好岩溶地区桩基工程质量，必须从勘察、设计、施工、检测四个方面来进行分析与控制。5．1勘察必须做好前期地质工作，查明区域地质构造特征，而且要用多种探测手段同时进行勘查。重视岩溶地区水文地质条件、人为及自然因素影响，充分了解地下水水文性质、水量大小、水位变化及场地附近地下抽取等情况，避免引起建筑物偏斜、沉降、开裂等不良现象发生。地质勘察必须详细、准确。对场地内土层力学件质，基岩埋深和起伏变化，岩溶发育规律和基本形态，尤其是局部形态和分布规律等情况需要详细查明。对采用端承桩基础的工程，每根桩都要用钻机做超前钻探，查明桩底持力层情况。地质钻探原则是一桩一孔，然而即使如此也是无法准确对地下溶洞溶槽溶蚀裂隙及溶蚀区作出窄间的分析和判断。桩基施工时，岩溶特别发育区的承台位置应采用管波探测或一桩多点钻孔等方法进一步查明岩溶在桩底的空间分布，避免出现对陡坎、裂隙、石笋等地质判断失误。地质勘探孔孔深应控制在进入连续的中或微风化岩层5。8m，以各地质勘探资料和钻进资料存在较大差异时进行分析、比对，进而调整桩基终孔高程。5．2设计全面细致地研究地质勘察资料，认真分析各钻孔的岩面、溶洞和土洞分布，结合工程特点进行技术方案比较，选定合理的设计方案，。尽可能实现经济与技术的合理统一。在桩基工程设计中，对岩溶地区特殊工程地质条件、水文地质等都要有充分认识，深入了解不同地层条件，要重视桩周土侧摩阻力及桩端摩阻力，了解桩的荷载传递机理，对于岩溶较发育上覆盖土层较浅且无良好持力层时一般应以灰岩为持力层选择冲或钻孔桩。当选择以灰岩为持力层的冲钻孔灌注桩为桩型时，必须在对溶洞及基岩起伏情况有足够的了解后确定持力层的位置和嵌岩深度，不要盲目增大嵌岩深度，导致施工困难。桩基施工前必须进行试桩，确定施工工艺和桩的极限承载力及土层力学性能指标。为了避免出现桩底沉渣造成单桩承载力不能满足设计要求，建议施工时在桩中预埋注浆管，以便必要时实施桩底注浆。另外，应充分考虑岩面以上覆土的力学性质，结合岩土分布特件，采取最合适的桩型。如果基岩上部有较厚且强度较高的土层(如残积土、密实砂砾层)等，由于基桩的荷载(轴向力)随深度增加而衰减，其基础可以采用桩端位于土层内的摩擦型桩，此时可选择人工挖孔桩、预制管桩和锤击灌注桩。5．3施工施工准备阶段，参建各方应对地质勘探资料进行认寞分析推断，对勘探孔孔深孔数不足，孔位和桩位有偏差，相邻孔位地质情况变化大、差异大的孔位，应提出补充及加密勘探的要求。尽刮能准确地掌握地质特点和相关参数并在各个桩位上标注出来，使得各桩施工之前做到心中有数，对可能出现的问题及采取的相应控制措施部有方案，以避免出现问题后临时召集人员开会讨论导致时机的延误。不同桩型应采取不同的控制措施。如人工挖孔桩，可采用钢套管护壁用于防止流沙、流泥和涌水；而采用预制管桩的基础形式，要注意截桩和桩的垂直度；对于复杂岩溶地区需要入岩的灌注桩，应采取措施控制漏浆和塌陷。对基岩面起伏不平及浅层溶嗣发育的建筑场地，应采用钻孔、冲孔等嵌岩灌注桩等处理方法。施工单位和监理单位均应派驻有岩溶地区桩基施工经验的专业工程师指导桩基施工。施工单位应做好准确详实的钻孔记录，及时收集岩样。当实际地质情况与勘察不符时，应及时通知勘察单位分析原因，此时岩样和钻孔记录对可为桩基变更调整提供真实准确的基础资料。桩基终孔应由设计、勘察、监理和施工单位联合验收。原则上严格按设计高程终孔，不得随意提高或降低桩端高程。当实际施工的地质特点和地质勘探资料吻合时，勘察单位代表可不参加终孔验收；如地质资料与实际有差异须变更桩端高程时，需由设计、勘察、监理和施工单位四方共同商定。各方意见不一致时，应进行补充勘探，查明地质情况再作判断和决定，必要时可邀请专家到场论证。5．4检测从成桩开始，应允分重视成孔质量检测，对发现的问题应及时解决，保证每‘环节的质量。桩基检测方面，加强桩基工程检测力度，引进新的测试手段和方法。对承载力较大的单桩基础，应对全部桩基进行动力检测，再根据动力检测结果重点抽选部分桩做竖向抗压静载试验。6结语(1)在岩溶地区兴建高层建筑是存在较大风险的，在城市规划理念还处在摊大饼发展模式的情况下，房地产业兴旺发达之时，目前要想不在岩溶地区盖高层建筑足不可能的。因此，在这种形势下桩基的质量摔制任重道远。(2)对于龙岩盆地岩溶覆盖面层较厚具有良好持力层的区域，在确保浅部溶洞土洞注浆填实的前提下，应尽可能选择地基处理后的浅基础承受上部荷载，用于解决多高层建筑物地基问题。(3)选择持力层在基岩面的预制桩作为建筑物基础时，应对基岩的起伏及其下溶洞情况有足够的了解，否则自目采用预制桩必将造成质量与安全事故。(4)选择以岩溶基岩为持力层的冲、钻孔灌注桩作为建筑物的基础时，因单桩承载力大、桩的承载力失效对建筑的安全影响巨大，因此应从勘察、设计、施工和监理等多方面进行质量控制，任何一个环节出问题都会导致工程事故，重则影响安全危及生命，轻则影响建设投资和工程进度。所以不能只进行施工质量的监理，勘查与设计更为重要。．(5)控制岩溶地区的桩基工程受影响的网素很多，要确保桩基工程的质量，必须认真研究岩溶地区域的地质条件，根据溶洞位置、大小、填充物情况、岩溶上覆盖图的物理力学性能情况，从设计到旌工进行全过程监控，发现问题及时分析，及时解决，只有这样方能消除质量隐患。另外，应不断完善岩溶地质条件勘察和桩基检测手段，以科学为依据，避免因勘察、桩基检测误判或错判而带来不必要的经济损失。参考文献【l】蒋红斌，张吕定，李皓．石扶岩溶洞地区桩基工程检测成果分析【J]．工程质量2000(03)．[2l夏林·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(01)．1311《光远岩溶地区桩基工程应用分析m．广东科技．2006(11)．【4】吴国顺．岩溶地区．某高层建筑桩基持久层选取实例【J】J、东土木与建筑．2004(05)·175·'