码头桩基勘察及施工方案

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【摘要】结合工程实例探讨岩溶发育最多表现形式之一———溶洞在某工程勘察场地内揭示情况、形成条件和分布特征，并评价了场地的工程地质条件,以供类似的岩土工程勘察、设计及施工参考。

【关键词】岩溶;溶洞;码头;桩基

1引言

溶洞是地下水沿着可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀而形成的地下孔道，是地下隐蔽基础工程最大的隐患，且大多溶洞具有随机性和不可控制性。因此，研究岩溶形成条件和分布特征对于地下隐蔽基础工程的预警预报和正确处理具有重要意义。通常岩土工程勘察只对钻探区域内岩溶发育与否、溶洞大小进行描述[1,2],而对岩溶发育条件和成因分析较少,从而导致工程设计和基础处理存在局限性,在一定程度上影响了工程建设的进度。在本工程实例中，于施工期勘察进行超前钻,对溶洞发育情况和分布特征等方面进行针对性的分析和研究,提出桩基设计与施工中的溶洞处理建议,可为以后类似的岩土工程勘察、设计及施工提供参考。

2工程概况

某煤炭储备中心通用码头工程位于长江中游的江西省九江市庐山区新港镇沿江工业园白石矶下游长江右岸,该工程建设规模为拟兴建3个5000DWT泊位以及后方陆域场地的堆场、道路、辅助区，码头及引桥拟采用高桩梁板结构，码头面高程21.0m，引桥高程22.0m。码头及引桥设计共布置了桩基372根，通过该工程多阶段的岩土工程勘察结果表明,该区基岩埋深较浅，因此，设计均采用嵌岩桩桩型[3,4]。但由于勘区内基岩主要为第三系的灰质砾岩、砂岩、泥岩等组成,在灰质砾岩类岩体中发育有诸多溶洞，故本工程进行施工期勘察即逐桩钻探（超前钻），旨在进一步查明码头平台、引桥等桩位内中风化岩面、风化裂隙、溶蚀溶洞等具体岩土地质及不良地质问题，为设计确定桩长及施工指导提供依据。本次勘察根据设计桩位和追踪溶洞的需要共钻探了396个孔。

3工程地质条件

本工程勘区位于扬子板块南缘。新生代以来，本区断块差异活动显著。中更新世地壳处于缓慢升降的相对稳定时期；晚更新世，星子-湖口断陷沉降区沉积了砂层，形成了北北东向的古鄱阳冲积平原，尔后，东部沿海发生海侵，长江水位抬高，江水侵入湖口-星子断陷谷，形成湖泊；至晚更新世末，勘区发生整体抬升遭受侵蚀剥蚀，河谷地区形成玉~芋级阶地；全新世，赣江诸水汇于鄱阳湖沉降区，再经湖口-星子断陷谷流入长江，长江盆地处于以河流冲积相为主的堆积阶段，逐渐过渡为以河流冲积-湖积相为主的冲积平原地理景观。据区域地质资料揭示，该区发育的新洲-永和洲断裂，控制了新生代地层沉积，地貌反映江湖平原与丘陵的截然分野，从而形成明显的玉、域级阶地，控制了全新世沉积物的分布。沿断裂带（芙蓉农场及长江中）曾发生多次地震。根据GB18306—2001《中国地震动参数区划图》，勘区地震动峰值加速度为0.05g，根据该标准附录D“关于地震基本烈度向地震动参数过度的说明”，本区地震动参数对应的地震基本烈度为遇度。勘区陆域地貌单元属长江I级阶地，地形较为平坦，地面标高一般在+18.0耀+21.6m之间，开阔平缓，原为东海船业厂区，地形较平坦，零星分布有民房、厂房，多荒废；土地也均闲置。勘区水域较宽阔，江心有一常年出露的沙洲，勘区距离洲头大约1km，勘区航道较为繁忙，船只通行量较大。近岸及水域地形局部较陡，坡度较大一般为1颐3。水域近岸段地形较陡，最大坡度为1颐1，局部形成直降陡坎。勘区陆域均为土层覆盖层，上游100m左右水域有一片基岩出露区，见图1，测得岩层倾向330毅耀335毅，倾角5毅耀15毅，岩层面较缓。据区域地质资料及多次钻探揭示，勘区上覆地层为全新统及上、中更新统地层，下卧第三系砾岩,现将勘区地层自地表而下划分的地层分述如下：勘区上部即浅层为全新统地层（Qal4、Qml4）：主要为褐灰色、灰色、绿灰色粉质黏土及黏土为主，在水域呈现为淤泥质粉质黏土，局部多夹有中密-密实状态粉细砂、中粗砂及碎石层，在陆域表层为灰黄色，棕红色，混碎石、砾石的较为松散的粉质黏土层，层厚在1~5m内。勘区中部主要为上、中更新统地层（Qal3、Qal2）：为棕红色、砖红色、混黄色、灰白色、灰黄色、褐黄色粉质黏土及黏土为主，层厚在4~10m，呈可塑耀坚硬状，由陆域至长江江心有渐薄至尖灭的趋势，局部穿透有呈透镜体状、薄层淤泥质粉质黏土，接近于下部基岩多混碎石。勘区下伏基岩为第三系岩层（E）：主要为呈强耀中风化状灰质砾岩，局部少量为砂岩、泥岩等，强风化灰砾岩为浅灰、褐黄色,风化面呈紫红色、褐红色，裂隙极为发育，岩芯呈碎块状，岩面起伏较大，局部缺失。中风化灰砾岩为紫红色、灰色,岩芯主要呈短柱状、柱状，砾石成分主要为灰岩，少见砂岩，偶见泥岩,砾石粒径一般小于5cm，局部达20cm，磨圆度很差，一般呈棱角状、次棱角状，钙砂质胶结。溶洞主要发育在该岩层中，厚度一般有0.30耀13.5m不等，溶洞内局部由软弱的粘性土混风化岩碎块充填，部分为空洞。岩石饱和、天然、干燥单轴抗压强度标准值为（18.0，23.5，29.5）MPa。在该岩层中还揭示有呈碎块状中风化灰砾岩，裂隙较为发育，分布不连续。勘区主要地层分布见图2典型地质剖面图。据勘察资料揭示，勘区地下水类型主要为上层滞水和潜水。上层滞水主要赋存于粘性土中，受大气降水补给；潜水与长江江水存在紧密水力联系。

4溶洞探测及其分布特征

本区下卧的基岩为第三系灰质砾岩，砾质成分主要为灰岩，由钙砂质充填，在裂隙较发育时易发育溶洞，在统计的372EngineeringDesignoftheGround基础工程设计个钻孔中，揭示有85个钻孔中有大小不等约116个溶洞发育，见洞率为22.85%，溶洞厚度一般有0.30耀15.30m不等，其分布深度、范围不均，溶洞内局部由软弱的粘性土混风化岩碎块充填，部分为空洞，故勘区岩溶情况发育强烈。揭示的溶洞在平面上主要集中在2、3号码头及引桥区范围内，共揭示82个，有112个溶洞，在1号码头及引桥区内仅3个钻孔见4个溶洞。所揭露的溶洞多发育在地下10耀25m的深度内，部分溶洞个体发育较大,揭示最高单体溶洞高度有15.3m，最小单体溶洞高度为0.3m，溶洞多呈串珠状发育，如双体溶洞、3体溶洞、4体溶洞等。根据场地内溶洞的高度,若将溶洞分成大型溶洞（洞高逸4m）有33个、中偏大型溶洞（2m臆洞高<4m）有33个、中型溶洞（0.5m臆洞高<2m）有38个和小型溶洞(洞高<0.5m)有12个，合计所占比例分别为28.45%、28.45%、32.76%、10.34%。综述可知，在场区内岩溶发育主要集中在2、3号码头及引桥区内,揭露溶洞高度较大,且多以中型、中偏大型和大型溶洞为主，其他区域无岩溶揭露或仅有小型溶洞,表明在平面及垂向立体空间分布上表现出强烈不均一性。勘区岩溶发育程度主要受岩性和水动力条件影响,其地质构造对岩溶的发育起着控制和促进作用，钻探资料表明，场地内第三系灰质砾岩在地质构造作用下破碎强烈,节理裂隙发育,局部有灰质砾岩出露,为地下水的运移提供了良好的通道,沿裂隙形成溶蚀裂隙,在裂隙交叉的部位容易形成溶洞。

5溶洞的处置

本勘区岩溶发育较严重，在钻孔中揭示了诸多溶洞，仅采取逐桩钻孔勘探了桩基处溶洞情况，并不能完全揭示岩溶发育及分布规律。且在岩溶较发育地区，地质钻孔（孔径为91耀114mm）所揭示的地质条件并不能完全反映桩位处（桩径为1300耀1500mm）岩溶、裂隙发育状况，特别是针对于大直径桩岩溶难以判别时，需在揭示有溶洞桩位处钻2~3个地质孔，以进一步探明设计桩位与溶洞的关系。针对桩位下较深范围内有串珠状溶洞发育和完整岩层埋藏较深时，或溶洞分布较浅、顶板较薄无法满足嵌岩桩要求时，建议采用摩擦桩型。本勘区岩溶的发育主要特征表现为多以中型、中偏大型和大型溶洞为主，多呈单体状溶洞，局部呈2体、3体、4体等串珠状溶洞发育，溶洞内多由软弱的粘性土混风化岩碎块充填，部分为空洞，在勘察钻孔过程中遇溶洞多出现有漏水、掉钻现象。针对本勘区溶洞的发育特征可能产生桩基础地基强度及变形不均的问题，建议设计中所确定的桩基桩尖应穿透岩层中溶洞并进入稳定岩层大于3m，进行桩基施工时，在保证施工安全，不影响周围临近已成桩的质量情况下，建议采取以下几种处理方法：1）常规成孔法(按照无溶洞地质考虑)：当溶洞内有充填物，并且溶洞不漏水，不管溶洞有多大，也不管溶洞垂向数量多少，都可以不考虑溶洞的存在，而按照正常的地质情况施工。2）片石黏土筑壁法：溶洞内无充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在4m以内，但存在严重漏水，护筒内水头高度不能保持时，可采用片石、黏土和水泥回填冲击，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，等水泥初凝具有一定强度，将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进，形成人工泥石护壁。如此反复多次回填片石、黏土和水泥，反复冲击直至形成泥石护壁并不再漏浆为止，这是比较成熟的施工方法。黏土片石筑壁法施工时，钢护筒必须穿透如砂、砾及卵石层等透水层，座落在不透水的如粉质黏土、基岩层上，这样可以防止由于溶洞漏水、水头高度急剧下降而造成的塌孔。对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等，冲孔时采取投放片石、黏土、水泥堵塞起到护壁作用，保证泥浆不流失，使钻孔顺利通过溶洞区。3）钢护筒跟进法：对于溶洞较大（洞高>4m，单层或多层溶洞成垂直串珠状）应采取钢护筒跳进法施工。该方法就是一面冲孔，一面接高护筒，并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。当桩孔穿过多个溶洞，并且均已成功造壁，在下面冲孔时，上面已形成的泥石护壁塌孔、漏水并且无法解决时，可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏。4）注浆法：当溶洞层数较多，为串珠状时，且上部覆盖层多为较厚的砂层，溶洞漏浆会引起塌方的情况，采用预先压注水泥浆，待水泥浆压注工作完成24h后开始钻进。压注时压力控制不大于0.4MPa，并直到稳定2s后再进行下一个孔的注浆，或相邻孔冒浆为止。以上几种溶洞的处理方法宜根据施工中出现的溶洞具体情况采取相对应的处理措施，其重点要注意成孔过程及控制灌注混凝土过程，一定能控制好溶洞处理效果，确保工程质量。

6结语

目前，本工程已全面竣工，从桩基具体施工实际情况来看，设计及施工在保证安全的情况下，结合场地条件﹑综合荷载组合﹑施工技术等因素，确定了嵌岩深度，同时，采取有效的施工方法以及溶洞发育处理方法，在整个桩基施工过程中得到实践证明，达到了预期效果。可对类似的岩土工程勘察、设计及施工提供良好的借鉴，为本工程建设进度、工程质量、经济效果得到有力的保障。

作者:罗辉 单位:中交第二航务工程勘察设计院有限公司