樁基礎(chǔ)施工誘發(fā)巖溶地面塌陷的形成機制和防治方法
標簽： 樁基礎(chǔ)
一、引言
目前，我國在西南巖溶地區(qū)大規(guī)模建設(shè)高等級公路及橋梁，并且在今后一個較長時期內(nèi)，還要在西南巖溶地區(qū)修建大量高等級公路。巖溶地區(qū)橋梁樁基的設(shè)計和施工方法研究己成為我國基樁研究的一個發(fā)展方向，本文從樁基施工中地面塌陷的形成機制出來，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制
（一）挖孔樁施工引起地面塌陷的形成機制
在地下水較豐富的巖溶區(qū)進行挖孔樁施工時，不可避免地要進行施工排水，而抽、排地下水將改變地下水動力條件，使地下水流速增大、動能增加，加大了地下水對泥沙的搬運能力，潛蝕作用增強。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，一般采用爆破掘進法施工。在爆破振動力作用下，將使巖溶裂隙更加開放，地下水滲透性增強，潛蝕作用加強，同時振動也增加了土體的附加應力，打破土洞的應力平衡條件，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)條件復雜，若施工不當，極易誘發(fā)地質(zhì)災害。如鉆、沖孔樁施工過程中漏漿，將改變地下水動力條件，誘發(fā)地面塌陷；機械振動也可誘發(fā)地面塌陷；鉆頭穿過無充填或有少量充填物的溶洞、土洞頂板時，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；護壁泥漿快速向下流動產(chǎn)生較大的沖擊水壓力或產(chǎn)生真空吸蝕也會誘發(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
為減少和防治樁基礎(chǔ)施工過程中誘發(fā)巖溶地質(zhì)災害，必須在樁基設(shè)計與施工前制定周密的勘察方案，提供詳盡的勘察結(jié)果，重點查明場地的地層結(jié)構(gòu)及分布特征，巖土的物理力學性質(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)災害的施工工藝和處理地質(zhì)災害發(fā)生后的應急措施。
（二）人工挖孔樁施工中防治地質(zhì)災害的措施
在地下水位較低、水量較少的場地常采用挖孔樁施工。為防止因施工排水導致的地面沉降和樁孔及地面塌陷等地質(zhì)災害的發(fā)生，以導致危害相鄰相近建筑物的安全，應認真研究勘察資料，通過調(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)開挖施工，先施工水量較小和持力層埋深較小的樁孔，開挖后立即護壁以防止地下水向孔內(nèi)滲入，待護壁有一定強度后再繼續(xù)往下施工，一個樁孔檢驗合格后立即進行灌注。對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，應采取止水措施后方可繼續(xù)施工。
在己開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，提高下部地層的強度，降低其透水性。漿材以水泥、粘土漿為主，必要時可加入速凝劑，待漿液凝固后再開挖。如止水效果不好或止水成本過高，應采用其它方式進行施工。
（三）沖(鉆)孔樁施工地質(zhì)災害的防治措施
1.當場地地下水位較低、第四系地層松散或為易崩解巖土、場地巖溶裂隙、溶洞發(fā)育時，孔內(nèi)沖洗液補給地下水，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，采用沖擊鉆進使粘土擠進松散地層、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?shù)貙铀缮O易塌孔時，采用導管護壁，導管下至不易塌孔地層或灰?guī)r上，導管周圍采用粘土或水泥砂漿固結(jié)止水；
當基巖裂隙漏漿時，采用拋入優(yōu)質(zhì)粘土，必要時分層加入一定量的整包水泥，回填高度超過漏漿位置高度，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)成漿后停工一定時間，待水泥土凝固具一定強度，在樁孔周圍形成穩(wěn)定水泥土護壁層后，再進行施工。
2.地下水位較高時，基巖裂隙水、第四系松散層孔隙水流入孔內(nèi)，使護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，鉆進時孔內(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，可采取以下處理措施：
遇較大巖溶裂隙時，在接近基巖面處預先填入粘土和級配較好碎石，每鉆進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，必要時設(shè)置護筒并及時跟進。在漏漿情況下為保證及時回填的止?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、穩(wěn)定。為保證回填及時，必須準備足夠的編織袋，將粘土與碎石放在鉆孔周圍隨時準備投入。粘土應具有一定的膨脹性，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，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左右后開鉆，在鉆進過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，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，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，如此反復進行，直至完全填充溶洞后再鉆進，在鉆進過程中適當增加粘土數(shù)量，提高泥漿密度(以1.25-1.35g/cm`為宜)。或采用回填碎石粘土混合料后用護管跟進鉆進。或采用填充混凝土后鉆進，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細石混凝土，每灌1m左右振動使混凝土向四周擠壓，一直灌到超過洞頂0.5m左右。待混凝土達一定強度后重新鉆探。灌注的細石混凝土在樁孔四周形成一個圓形或半圓形圍護，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充填或半充填的土洞、溶洞時，在鉆到溶洞、土洞頂板時，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。
4.地下水位以上遇無充填或半充填的土洞、溶洞時，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，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。
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、樁基施工具有很強的現(xiàn)實性，須靈活運用各種方法，并在今后的工作中進行大量的學習與實踐，以指導工程施工。
