樁基礎(chǔ)施工誘發(fā)巖溶地面塌陷的形成機(jī)制和防治方法

標(biāo)簽： 樁基礎(chǔ)

一、引言

　　目前，我國(guó)在西南巖溶地區(qū)大規(guī)模建設(shè)高等級(jí)公路及橋梁，并且在今后一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，還要在西南巖溶地區(qū)修建大量高等級(jí)公路。巖溶地區(qū)橋梁樁基的設(shè)計(jì)和施工方法研究己成為我國(guó)基樁研究的一個(gè)發(fā)展方向，本文從樁基施工中地面塌陷的形成機(jī)制出來(lái)，研究了防治地面塌陷的原則與方法措施。

二、樁基施工引起地面塌陷的形成機(jī)制

（一）挖孔樁施工引起地面塌陷的形成機(jī)制

　　在地下水較豐富的巖溶區(qū)進(jìn)行挖孔樁施工時(shí)，不可避免地要進(jìn)行施工排水，而抽、排地下水將改變地下水動(dòng)力條件，使地下水流速增大、動(dòng)能增加，加大了地下水對(duì)泥沙的搬運(yùn)能力，潛蝕作用增強(qiáng)。隨著潛蝕作用的發(fā)展，將形成新的土洞，或與巖溶管道連通的覆蓋層穩(wěn)定性受到破壞引起塌孔或地面塌陷。

　　在挖孔樁施工過(guò)程中，為清除石芽、穿越溶洞、鷹咀巖等使樁全斷面嵌入基巖等作業(yè)時(shí)，一般采用爆破掘進(jìn)法施工。在爆破振動(dòng)力作用下，將使巖溶裂隙更加開(kāi)放，地下水滲透性增強(qiáng)，潛蝕作用加強(qiáng)，同時(shí)振動(dòng)也增加了土體的附加應(yīng)力，打破土洞的應(yīng)力平衡條件，引起塌孔或地面塌陷。

（二）鉆、沖孔樁施工引起塌陷的形成機(jī)制

　　巖溶區(qū)溶溝、溶槽、基巖裂隙與溶洞、土洞相互連通，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，若施工不當(dāng)，極易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。如鉆、沖孔樁施工過(guò)程中漏漿，將改變地下水動(dòng)力條件，誘發(fā)地面塌陷；機(jī)械振動(dòng)也可誘發(fā)地面塌陷；鉆頭穿過(guò)無(wú)充填或有少量充填物的溶洞、土洞頂板時(shí)，孔內(nèi)水頭急劇下降，鉆孔孔壁失去孔內(nèi)壓力而引起塌孔；護(hù)壁泥漿快速向下流動(dòng)產(chǎn)生較大的沖擊水壓力或產(chǎn)生真空吸蝕也會(huì)誘發(fā)地面塌陷。

三、防治地面塌陷的原則與方法措施

（一）巖溶區(qū)的勘察要點(diǎn)

　　為減少和防治樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中誘發(fā)巖溶地質(zhì)災(zāi)害，必須在樁基設(shè)計(jì)與施工前制定周密的勘察方案，提供詳盡的勘察結(jié)果，重點(diǎn)查明場(chǎng)地的地層結(jié)構(gòu)及分布特征，巖土的物理力學(xué)性質(zhì)和水理性質(zhì)，含水層的含水、富水特性，各含水層的地下水類型及流向、各含水層的水力聯(lián)系規(guī)律，含水層的滲透性、隔水層的隔水特征等水文地質(zhì)條件。查明土洞、溶洞空間特征及分布規(guī)律、連通程度、充填情況；土洞、溶洞的埋藏條件，基巖裂隙、溶蝕縫隙發(fā)育程度及巖溶發(fā)育程度與發(fā)育規(guī)律，查明穩(wěn)定持力層的埋藏深度、承載能力，以便正確判斷施工中可能遇到的各種情況，制定防止地質(zhì)災(zāi)害的施工工藝和處理地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后的應(yīng)急措施。

（二）人工挖孔樁施工中防治地質(zhì)災(zāi)害的措施

　　在地下水位較低、水量較少的場(chǎng)地常采用挖孔樁施工。為防止因施工排水導(dǎo)致的地面沉降和樁孔及地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，以導(dǎo)致危害相鄰相近建筑物的安全，應(yīng)認(rèn)真研究勘察資料，通過(guò)調(diào)整施工順序改變地下水的滲透途徑，可采用間隔分散施工方法，作到不連續(xù)開(kāi)挖施工，先施工水量較小和持力層埋深較小的樁孔，開(kāi)挖后立即護(hù)壁以防止地下水向孔內(nèi)滲入，待護(hù)壁有一定強(qiáng)度后再繼續(xù)往下施工，一個(gè)樁孔檢驗(yàn)合格后立即進(jìn)行灌注。對(duì)第四系地層水量較大的樁孔，如涌水較大且地下水混濁或含泥砂量較大，說(shuō)明巖溶裂隙溶洞水與第四系地層有較好的水力聯(lián)系，為防止大量涌水誘發(fā)地面塌陷，應(yīng)采取止水措施后方可繼續(xù)施工。

　　在己開(kāi)挖的樁孔底部采用水下混凝土灌注方式灌注混凝土形成止水墊。待混凝土凝固后在止水墊上鉆孔注漿，提高下部地層的強(qiáng)度，降低其透水性。漿材以水泥、粘土漿為主，必要時(shí)可加入速凝劑，待漿液凝固后再開(kāi)挖。如止水效果不好或止水成本過(guò)高，應(yīng)采用其它方式進(jìn)行施工。

（三）沖(鉆)孔樁施工地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

　　1.當(dāng)場(chǎng)地地下水位較低、第四系地層松散或?yàn)橐妆澜鈳r土、場(chǎng)地巖溶裂隙、溶洞發(fā)育時(shí)，孔內(nèi)沖洗液補(bǔ)給地下水，造成潛蝕與崩解，引起地面變形與塌陷。采用如下方法可有效防止：

采用優(yōu)質(zhì)粘土造漿，采用沖擊鉆進(jìn)使粘土擠進(jìn)松散地層、使孔壁地層具更大的粘性，降低松散地層透水性，防止孔內(nèi)水向外滲透、增加穩(wěn)定性防止塌孔；

當(dāng)?shù)貙铀缮�極易塌孔時(shí)，采用導(dǎo)管護(hù)壁，導(dǎo)管下至不易塌孔地層或灰?guī)r上，導(dǎo)管周圍采用粘土或水泥砂漿固結(jié)止水；

當(dāng)基巖裂隙漏漿時(shí)，采用拋入優(yōu)質(zhì)粘土，必要時(shí)分層加入一定量的整包水泥，回填高度超過(guò)漏漿位置高度，然后輕放下重錘，擠壓粘土及水泥包，使之充填基巖裂隙或巖溶裂隙中，再用重錘輕擊，使水泥和粘土混合，形成水泥土漿，并擠進(jìn)樁孔周圍的粘土和水泥之間或裂隙之間，孔內(nèi)成漿后停工一定時(shí)間，待水泥土凝固具一定強(qiáng)度，在樁孔周圍形成穩(wěn)定水泥土護(hù)壁層后，再進(jìn)行施工。

　　2.地下水位較高時(shí)，基巖裂隙水、第四系松散層孔隙水流入孔內(nèi)，使護(hù)壁泥漿密度減小或變成清水，引起塌孔。其處理方法同上。

　　3.在巖溶裂隙、溶洞、土洞發(fā)育的巖溶區(qū)成孔時(shí)，鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿迅速消失或泥漿濃度快速降低，引起孔口及地面塌陷時(shí)，可采取以下處理措施：

遇較大巖溶裂隙時(shí)，在接近基巖面處預(yù)先填入粘土和級(jí)配較好碎石，每鉆進(jìn)50^-60cm左右投入一次，直致終孔。在急劇漏漿情況下，投入袋裝粘土、水泥使其快速沉入孔底，并按比例投入片石，采用沖錘或重錘擠壓、封堵裂隙后施工，必要時(shí)設(shè)置護(hù)筒并及時(shí)跟進(jìn)。在漏漿情況下為保證及時(shí)回填的止?jié){效果，粘土宜采用袋裝或泥球狀拋入，碎石被沖入到裂隙中起骨架作用，穩(wěn)定充填物，使孔壁趨于密實(shí)、穩(wěn)定。為保證回填及時(shí)，必須準(zhǔn)備足夠的編織袋，將粘土與碎石放在鉆孔周圍隨時(shí)準(zhǔn)備投入。粘土應(yīng)具有一定的膨脹性，以提高漿材性能；

遇地下水位以下洞高小于1.0m且充填物呈軟流塑狀的溶洞(土洞)時(shí)，在鉆穿溶洞頂板后采用片石和粘土混合物回填至洞頂以上0.5m左右后開(kāi)鉆，在鉆進(jìn)過(guò)程中保持泥漿的稠度，若第一次加填的混和料不能完全填充溶洞時(shí)，可再次回填使混合物填充溶洞；

遇地下水位以下洞高較大且充填物呈軟流塑狀的溶洞(土洞)時(shí)，在鉆穿溶洞頂板后采用片石和粘土回填溶洞，回填高度每次1.5-2.0m為宜，每回填一次采用小沖程擠壓，再回填再擠壓，如此反復(fù)進(jìn)行，直至完全填充溶洞后再鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)過(guò)程中適當(dāng)增加粘土數(shù)量，提高泥漿密度(以1.25-1.35g/cm`為宜)�；虿捎没靥钏槭�粘土混合料后用護(hù)管跟進(jìn)鉆進(jìn)�；虿捎锰畛浠炷�土后鉆進(jìn)，即在鉆孔(沖)至溶洞底板后，不清孔，用水下灌注方式向孔內(nèi)灌注C20細(xì)石混凝土，每灌1m左右振動(dòng)使混凝土向四周擠壓，一直灌到超過(guò)洞頂0.5m左右。待混凝土達(dá)一定強(qiáng)度后重新鉆探。灌注的細(xì)石混凝土在樁孔四周形成一個(gè)圓形或半圓形圍護(hù)，有效地防止洞內(nèi)流塑狀充填物涌入或泥漿流失。

遇地下水位以下且無(wú)充填或半充填的土洞、溶洞時(shí)，在鉆到溶洞、土洞頂板時(shí)，鉆一小孔使樁孔與溶洞、土洞相連且加大泥漿濃度以防泥漿濃度快速變稀引起樁孔塌陷。待泥漿濃度與土洞、溶洞平衡后再鉆穿頂板。采用上述方法鉆進(jìn)。

　　4.地下水位以上遇無(wú)充填或半充填的土洞、溶洞時(shí)，為防止鉆孔漿泥快速消失引起地面塌陷和樁孔塌陷，在鉆到溶洞、土洞頂板時(shí)，鉆一小孔使樁孔與溶洞、土洞相連且加大泥漿濃度以防泥漿濃度快速變稀引起樁孔塌陷。待泥漿濃度與土洞、溶洞平衡后再鉆穿頂板。采用上述方法鉆進(jìn)。

四、結(jié)論

　　本文的研究基本注重于巖溶地區(qū)勘察、樁基施工的理論領(lǐng)域，而巖溶地區(qū)地基處理、樁基施工具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性，須靈活運(yùn)用各種方法，并在今后的工作中進(jìn)行大量的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，以指導(dǎo)工程施工。