地基处理工程施工组织设计方案

15/15本施工方案编制依据：1、«建筑工程手册» 一九七四年2、«地基处理设计规» （GBJ-93）3、«新白云国际机场飞行区详细勘察工程物探报告» 地质勘察基础工程公司4、«白云国际机场迁建工程场道项目地基工程设计» 第二部分 民航中南机场设计研究院5、«粉煤灰利用手册» 中国电力1997.07第一章工程概况白云国际机场迁建工程为市重点工程，已于2000年3月全面开工，经由地质勘察基础工程公司作的飞行区详细勘察工程物探报告中获知：场区上覆为第四系地层主要为粘性土，广泛分布中上碳统壶天群和下石炭石蹬子段灰岩，土洞、溶洞颇为发育，属极强溶岩区。1、经钻孔揭露的溶洞14个，其中最大溶洞洞高7.2m。2、经钻孔揭露的土洞53个，其中洞高大于5.0m的22个，最大土洞洞高23.5m，顶板埋深仅9.6m。场区发现的土洞、溶洞的密集区共67个，土洞溶洞密集区土洞、溶洞极为发育，其中的土洞、溶洞个体的顶底横宽各不一致。经民航中南机场设计研究院对此土洞、溶洞进行综合评估：飞行区土洞发育较多，且稳定性较差，在场道工程建设中是一个不可忽视的不良地质现象。因此，应在进行机场地基设计施工时针对不同情况采取必要的技术措施。针对此情况，我公司专业技术人员汇同建设单位现场负责人，于2000年6月上旬对飞行区进行了详尽的现场勘察，同时对提出的土洞、溶洞地基处理方案进行了充分研究，并结合我公司多年的地基处理施工经验，拟对新建白云机场飞行区地下的土洞、溶洞采取钻孔压注水泥砂浆工艺进行处理，充填土洞、溶洞空隙，并达到一定密实度和承载力，同时对洞不良土质进行加固以保证飞行区地基基础承载力和稳定性。第二章 地质状况一、场区工程地质状况场道区地处广花盆地的北部边缘，地面平坦，高程一般在10~13m之间，主要为水稻田、果园或旱地，有少量鱼塘分布于西跑道的中部。场地土源区为低矮的小丘，植被较发育，场地覆盖层主要为耕植土、粉质粘土、砾砂，总厚度一般在25m以，覆盖层一般饱和含水，场区土层自上而下，划分6层，见下表：各土层主要物理力学性质指标详见设计说明。层序土层代号土层名称厚度土层特征①Q4表土层主要有耕植土、填土、淤泥和淤泥质土①-1Q4pd耕植土0.2~1.8m一般0.3~0.5m灰黄、暗灰色，主要由粘性土组成，广泛分布于水田、菜地及果园中，富含有机质及植物根系。①-2Q4md填土0.5~3.8m一般1.0~2.0m黄灰、红褐、灰黑等杂色，主要由粘性土及砂土或碎石土组成，局部混砖瓦碎块及少量生活垃圾，松散状，土质不均匀，多为素填土，局部为杂填土。①-3Q4al淤泥、淤泥质土0.0~3.2m一般0.5~1.8m灰黑、灰色，富含有机质，流塑状，易触变，分布于池塘、水渠。②Q4al粘土、粉质粘土0.0~13.8m一般3.0~5.0m棕黄、黄灰、褐红间灰白色，常成不规则的花斑状构造，一般为硬塑状或可塑状。局部夹有砂层和淤泥质土透镜体。粘土土质均匀，细腻，塑性强，粉质粘土有砂感，局部含铁锰质结核。粘土、粉质粘土大多具有胀缩性。该层分布广，层位稳定，仅个别地段有缺失。③Q4al砾砂、粗砂0.0~14.3m一般3.0~6.0m常夹有圆砾、中砂、细砂、粉砂，局部夹有粘性土、粉土透镜体。黄灰、灰白、黄棕等色，饱和，以稍密~中密为主，少数松散，分选性及磨圆度较差，常含粉粒及粘粒。该层分布广，层位稳定，厚度变化大。③-1砾砂、圆砾稍密至中密③-2粗、中砂稍密至中密③-3细、粉砂稍密至中密层序土层代号土层名称厚度土层特征③-4粉土稍密至中密④Q4al粘土、粉质粘土0~8.4m褐黄、灰白、灰蓝、褐红间黄灰色，常构成不规则的花斑状，可塑~硬塑状，局部为坚硬状，下部常有软塑。粉质粘土有砂感，塑性中等，局部含铁锰质结核。粘土均匀细腻，塑性强。该层土大都具有胀缩性，常夹有砂层及淤泥质土透镜体，该层分布广，但不稳定。Q4al砂土夹粘性土0~23.0m一般6.0~10.0m以砾砂、粗砂为主，横向变化常有或夹有圆砾、中砂、细砂、粉砂、粘土及粘性土等，常混卵石，砂土：黄灰、灰白、棕黄色，饱和，以稍密至中密为主，分选很差，粒径从粉砂至卵石常混杂在一起，部分细砂，粉砂及粉土分选性好，圆砾及卵石磨圆度较好，多呈亚圆形，该层大部分沉积在坑洼不平的基岩面上，纵横向变化大。-1砾砂、圆砾稍密至中密-2粗、中砂稍密至中密-3细、粉砂稍密至中密-4粉土稍密至中密-5粘质粘土、粘土褐黄、灰白、褐红、蓝灰等杂色，以可塑为主，亦见硬塑及软塑土质较均匀。Q4cdl粉土、粉质粘土褐红色为主，次有黄灰色，偶见灰黑色，由粘性土，粉、细砂及角砾，碎石均为棱角状，大小混杂，最大粒径50~60mm，含量5~45%，土质极不均匀，角砾、碎石成分为石英细砂岩、粉砂岩、泥岩及少量炭灰质岩等，该层分布局限，仅见于山脚一带，厚度变化较大，顶面高程变化很大。-1粉土饱和、中密、密实、塑性很差。-2粉质粘土呈可塑、硬塑状态、塑性中等、粉质粘土具有胀缩性。-3碎石土黄褐、红褐色，主要由粉土或粉质粘土与角砾混杂而成，角砾主要为石英砖岩，褐铁矿石，多呈松散状，分布在残丘的山坡上。二、土洞、溶洞剖面物探解析：洞体编号代表钻孔号顶板埋深(m)洞高h(m)洞体最大宽度D(m)洞体短轴(m)洞体面积(m2)充填情况T1RK425.11.13911371无T2RK2824.33.72821382无T3RK518.59.54828920软塑~流塑状粘性土,夹松散状砂土K2419.63.9深黄色流塑状粉质粘土T4TK2127.510.22418296软塑~流塑状粘性土及砂层T5TK2023.810.32720458砂及粘性土T6TK4830.55.5121110032.1m以上空,以下软~流塑状粘性土T7TK1831.82.73024462粘性土及砂T8TK1532.32.72216286流塑状粘性土T9RK4626.94.52218277软塑~流塑状粘性土及松散砂土，含少量小卵石T10TK1428.17.1231734628.1~32.5m半充填有软塑状粘性土，32.5m以下空T11K2734.97.93828936松散状泥砂，钻具人工可压下T12TK9229.52218360软塑~流塑状粘性土，夹砂，含小卵石T13TK1023.23.847351171松散砂及粘性土T14TK722.29.1341950724.8m以上为松散砂土，以下为软~流塑状粘性土T15TK620.22.23017373软塑~流塑状粘性土，夹薄层砂土T16TK6121.27.33021414软塑~流塑状粘性土，夹砂及小卵石T17TK5202.72119279软塑~流塑状粘性土，夹有薄层砂土T18TK319.32.363522428松散砂土及软~流塑状粘性土TK119.70.4无TK425.12.8松散砂土及粘性土TK230.52.54砂混粘土，顶部含碎石块T19K5925.613.41816211流塑状粘性土，含卵石、砾砂K59-130.411.7钻具可自由下落K59-231.52.4流塑状粘性土，含砂砾T20RK4128.615.23422657软塑粘性土，夹薄层砂，偶夹小卵石T21RK4018.98.53432784粘性土，含少量砂，偶夹小卵石T22TK5418.97.92015240软塑粘性土及松散砂土TT2TK5335.40.42518307无T24RK1316.31.21411105软塑状粘性土，夹大量砂T25RK3822.01.63022474松散砂土，含少量粘性土及小卵石T26RK2119.412.85617687松散砂土及软塑~流塑状粘性土RK1829.50.5无34.916.647.1m以上空，47.1m以下砾砂，含小卵石、小碎石T27RK2219.621.4631668027.1m以上为软塑粘性土，27.1~38.6m为空洞，38.6m以下粉质黏土，夹小卵石、小碎石728RK239.623.54420677其中9.6~14.5m、16.6~22.5m为空洞，其余为软塑~流塑状粘性土或松散砂土T29RK1619.75.21712190松散砂土，含较多小卵石及夹少量粘性土T30RK4529.81.41816235软塑粘性土，含少量砂洞体编号代表钻孔号顶板埋深(m)洞高h(m)洞体最大宽度D(m)洞体短轴(m)洞体面积(m2)充填情况T31TK5926.51.1181419827.2m以上钻具自由下落，以下软塑~流塑状粘性土T32TK6023.53.93318450软塑~流塑状粘性土，含砂及小卵石T33RK4416.39.82215236软塑状粘性土，含砂及小卵石T34TK5220.24.53723550松散砂土，含粘性土T35TK5019.31.12910256软塑~流塑状粘性土及砂T36RK3719.41.32820478无T37RK3016.91.61713166无T38K10717.82.72116218流~软塑状粉质粘土，含有机质T39TK4119.81.71612163流塑状土T40K6912.01.71514166流~软塑状粉质粘土，含砾、砂、漏水严重T41K10815.07.31311101灰黑色流塑状淤泥，漏水严重第三章 场区存在的主要不良地质现象根据初步勘察和详细勘察资料，场区存在主要不良地质现象如：土洞、溶洞；膨胀土和淤泥、淤泥质土透镜体。本方案主要考虑对土洞、溶洞的处理措施。如地下灰岩遭受强烈溶蚀作用，即发育溶洞，当溶洞与基岩面以上土层之间连通时，地下水的作用将部份溶洞的上方覆盖砂土带走，发育成土洞。一、土洞、溶洞的分布飞行区的岩溶（土洞、溶洞）主要发育于东、西滑行道的中部、南部和站坪区，飞行区其发现土洞53个，溶洞14个。（详见飞行区土洞、溶洞平面分布图）洞体顶板埋深9.6m~34.5m不等。二、土洞、溶洞的规模详见土洞、溶洞物探解析。三、土洞、溶洞可能造成的危害岩溶地面塌陷是稳定的主要问题，其危害到今后飞行区地坪的安全，若有闪失，将对机场运行带来重大影响。飞行区地处岩溶发育区，为消除隐患，预防岩溶地面塌陷的形成，保持场道地基的稳定，必须对地下土洞、溶洞进行地基处理。第四章地基处理施工方案一、对土洞、溶洞的评估和预测根据钻探和物探查明土洞、溶洞的成因、埋藏深度、洞体规模等详细资料，在岩溶塌陷的处理上应首先进行稳定性分析，然后再根据具体情况采回回填、堵塞及钻孔灌浆等方法加以处理。由以下三种方式对岩溶地面塌陷进行预测：1、根据土洞、溶洞顶板的埋藏深度(即覆盖层厚度H)进行预测；2、根据土洞、溶洞的洞体高度进行预测；3、根据洞体顶板的完整性和密实性，洞体顶板厚度与洞体最大宽度的比值关系进行预测。总结土洞、溶洞处理判别原则，得出综合判别结果如下：洞体编号代表钻孔号顶板埋深h(m)洞高h(m)洞体最大宽度D(m)判别标准1是否H<20m判别标准2判别标准3顶板情况(H-5)/h是否<10H/D是否<2R1K427.83.826×6.01.1微风化灰岩(厚0.5m)R2*SK21613.21.910√4.3√1.3√中风化灰岩(厚0.2m)R3K9419.00.714√20.0×1.4微风化灰岩(厚0.3m)20.50.814×19.41.5微风化灰岩(厚0.8m)24.80.714×28.31.8微风化灰岩(厚)R4TK3129.37.232×3.40.9微风化灰岩(厚0.3m)R5K7522.70.620×29.51.1微风化灰岩(厚0.4m)24.10.420×47.81.2微风化灰岩(厚0.8m)R6TK2824.71.148×17.9微风化灰岩(厚0.5m)R7K7717.80.814√16.0×1.3微风化灰岩(厚0.5m)19.00.714√20.0×1.4微风化灰岩(厚0.4m)R8K1624.21.161×17.50.4微风化灰岩(厚0.1m)R9RK221.42.720×6.11.1微风化灰岩(厚)R10K8525.40.314×68.01.8微风化灰岩(厚)R11TK4219.40.925√16.0×0.8微风化灰岩(厚)R12K11720.60.215×4.91.4微风化灰岩(厚)注：带*者为判别需处理的土洞土洞处理是否判别一览表洞体编号代表钻孔号顶板埋深h(m)洞高h(m)洞体最大宽度D(m)判别标准1判别标准2判别标准3顶板情况是否H<20m(H-5)/h是否<10H/D是否<2T1RK425.11.139×18.30.6粉质粘土(厚2.3m)T2*RK2824.33.728√5.2√0.9√砾砂(厚1.5m)T3*RK518.59.548√1.4√0.4√粗砂(厚1.0m)K2419.63.948√3.7√0.4√粉质粘土(厚2.6m)T4TK2127.510.224×2.21.1砾砂(厚9.7m)T5*TK2023.810.327√1.8√0.9√粉质粘土(厚7.4m)T6RK4830.55.512×4.62.5粉质粘土(厚1.0m)T7TK1831.82.730×9.91.1粉质粘土(厚3.6m)T8TK1532.32.722×10.11.5粉质粘土(厚10.1m)T9RK4626.94.522×4.91.2粉质粘土(厚6.6m)T10TK1428.17.123×3.31.2粗砂(厚5.6m)T11K2737.97.938×3.80.9中砂(厚2.3m)T12*TK922.09.522√1.8√1.0√粗砂(厚1.1m)T13*TK1023.23.847√4.8√0.5√粗砂(厚4.5m)T14*TK722.29.134√1.9√0.7√粉质粘土(厚7.3m)T15*TK620.22.230√6.9√0.7√砾砂(厚3.5m)T16*TK6121.27.330√2.2√0.7√粉质粘土(厚8.8m)T17*TK520.02.721√5.6√1.0√粉土(厚2.9m)T18*TK319.32.363√6.2√0.3√粉砂(厚0.90m)TK119.70.463√36.8×0.3粘土(厚2.30m)TK425.12.863×7.20.4粘土(厚2.70m)TK230.52.5463×10.00.5粘性土(厚2.5m)T19*K5925.613.418(临界状态)1.5√1.4√砾砂(厚1.2m)K59-130.411.618×2.21.7粉土(厚2.4m)K59-231.52.418×11.01.8砾砂(厚3.6m)T20RK4128.615.234×1.60.8粘性土(厚2.6m)T21*RK4018.98.534√1.6√0.6√砾砂(厚2.7m)T22*TK5418.97.920√1.8√0.9√粘性土(厚2.9m)T23TK5335.40.425×76.01.4粗砂(厚30.6m)T24*RK1316.31.214√9.4√1.2√粗砂(厚3.7m)T25RK3822.01.630√10.60.7砾砂(厚8.0m)T26*RK2119.412.856√1.1√0.3√砾砂(厚3.4m)RK1829.50.556×49.00.5砾砂(厚2.7m)34.916.656×1.80.6砾砂(厚4.9m)T27*RK2219.621.463√0.7√0.3√粗砂(厚4.3m)T28*RK239.623.544√0.2√0.2√粉质粘土(厚1.0m)T29*RK1619.75.217√2.8√1.2√粉质粘土(厚1.8m)T30RK4529.81.418×17.71.7砾砂(厚1.5m)T31TK5926.51.118×19.51.5粉土(厚3.4m)T32*TK6023.53.933√4.7√0.7√砾砂(厚2.7m)T33*RK4416.39.822√1.2√0.7√圆砾(厚3.5m)T34*TK5220.24.537√3.4√0.5√砾砂(厚4.1m)T35TK5019.31.129√13.0×1.0砾砂(厚8.1m)T36RK3719.41.328√11.1×0.7砾砂(厚4.8m)T37*RK3016.91.617√7.4√1.0√砾砂(厚4.1m)T38*K10717.82.721√4.7√0.8√砾砂(厚3.8m)T39*TK4119.81.716√8.7√1.2√砾砂(厚7.0m)T40*K6912.01.715√4.1√0.8√中砂(厚1.8m)T41*K10815.07.313√1.1√1.2√中砂(厚1.8m)注：带*者为判别需处理的土洞二、土洞充填加固机理、效果分析1、根据土洞勘察结果统计表可以看出，在地下存在的大量土洞中绝大部分部存有软塑、流塑状粘性土，伴有卵石、砾砂，多为均质体。其属于不良土质，必须加以处理，故若采取灌砂充填，应及时钻孔注浆，使水泥浆充分加固洞原有不良土质，避免土洞在灌砂后可能产生的进一步发育。2、根据灌砂资料显示：砂体相对密度大于0.7，其轻便N值可达到30左右，且有灌砂过程中单冲水，而无外压，难于达到理想效果。鉴于本次工程的现场情况，(土洞在地下埋深20m左右，且土洞有杂质)宜采用有一定强度的水泥砂浆压注，对洞体进行加固，使洞体被充填后，土洞整体强度和承载力得到提高。3、针对土洞处理的三个要求：即(1)、充填土洞空隙；(2)、充填后达到或大于相邻土层承载力；(3)、对土洞原有杂质中心加固。我们在采用钻孔压注水泥砂浆的措施时，好考虑用粉煤灰来替代细砂，同样可以达到加固效果。粉煤灰材料尽量选择粗灰、高钙，并应作现场土工试验来指导施工。三、成孔灌砂、补浆与钻孔压注水泥砂浆方案介绍1、成孔压砂、补浆处理土洞方案简述在需处理的土洞地面围，第一次序：均匀布置“振动沉管注砂孔”φ500，呈梅花形，孔距4m，孔深至洞底，分段灌注砂，充填、提管并振实挤密，直至洞体顶面标高。第二次序：钻注浆孔φ50，孔距4m，与灌砂孔相间布置，分段进行袖管分层注浆，直至洞体顶面标高。2、钻孔压注水泥砂浆处理土洞方案A、工程特点：(1)、本工程在郊区广花平原地区，方圆近9.4平方公里，拟处理的土洞、溶洞分散在各处，给集中钻孔、注砂带来困难。(2)、迁建机场工程处于开工初期，现场无水、电设施。土洞、溶洞处理施工必须由现场水塘、沟河中取水，用电必须由大功率柴油发电机组供电。(3)、暂定工期六个月，施工期正值夏季，气候条件十分恶劣，应充分重视炎热的气候给施工带来不利影响。(4)、由于场区土洞、溶洞分散各处，现场施工便道，材料堆场不够齐全。总计9.6万m3的空洞，所需细砂近10万吨，则每天进砂550吨。本工程应特别重视材料进场的合理安排。B、拟定技术方案的原则(1)、工艺应满足质量要求，达到设计标准。水泥砂浆配合比如下：细砂:水泥:水:土粉＝1000:100:660:10(重量比：kg)浆液水灰比0.6，保证其可灌性，浆液试块无侧限抗压强度达到0.5～0.1Mpa，洞体加固承载力达到18T以上。(2)、方案实施应充分考虑到现场可操作性φ71灌注孔可用多台小型钻机成孔(G－2A型)；水泥砂浆采用砂浆泵或液压注浆泵(SYB－I型)进行压注；拌浆系统拟在现场砌筑泥浆池搅拌。(3)、经济性在质量保证，工艺适当的前提下，应充分降低工程造价，减少建设投资。土洞、溶洞处理造价主要由成孔、水泥砂浆材料和现场水电、设备、人工及管理费组成，小型钻机成孔费相对较低，细砂或粉煤灰皆为价格低廉的建筑材料，将注砂、灌浆并为一道工序可大大降低施工和管理成本。C、工艺措施描述在需处理的土洞地面围，均匀布置φ71灌注孔，孔深至洞体底部，呈梅花形，孔距3m，插入2寸芯管至孔底，压注水泥砂浆并逐节上拔至洞体顶面标高，压注顺序：先外圈，后圈。四、成孔灌砂、补浆方案与钻孔压注水泥砂浆方案比较方案成孔灌砂、补浆钻孔压注水泥砂浆说明比较容质量可靠性成孔φ500，灌砂压实，且拌有补充分层注浆，措施可靠，可以保证质量严格浆液配合比，适当控制压注的压力、流量，质量可以保证。工艺实施难易程度有第一次序和第二次序，设备投入较多，且φ500灌砂不易成孔，振捣、压实。施工难度大。仅有一道次序，钻机成孔和压注设备移位较为灵活，且工艺成熟。现在安排难易程度施工场地大，施工点多，现成管理较为复杂。管理程序较为固定，易于现场管理。施工工期工序多，周期较长。工序简单，工期相对较短工程造价较高，且难于控制。相对较低，仅钻孔费同比降低30％。第五章工艺措施为确保场区地基安全，针对确认的25个土洞和1个溶洞的不安全性，结合我公司多年地基处理施工经验，拟采用钻孔压注水泥砂浆(或水泥粉煤灰浆)的工艺处理地下洞体。目的在于充填洞体空隙，固结松散洞体杂质、消除隐患，增强洞体顶板的抗塌陷能力。一、施工工序1、在方圆9.4平方公里围，将应处理的土洞、溶洞按机场坐标施工放样，位置确认。2、合理布置施工流程，落实施工水电配置。3、钻机成孔均匀布设，φ71灌注孔至洞体底板。4、插入时注浆芯管至孔底，孔距3m，呈梅花形布置。5、拌制水泥砂浆或水泥灰浆。6、经砂浆泵或液压注浆泵压注水泥砂浆，适当控制压注泵的压力和流量，使其均匀、连贯。7、压注过程中分节提板芯管30～50cm/节。8、压浆至洞体顶板标高，封孔。9、钻孔、压浆掌握先外圈，后圈，隔孔跳注的原则。二、施工参数1、浆液配比：(重量比：kg)细砂(或粉煤灰):水泥:水:土粉＝1000:100:660:102、水灰比：0.63、浆液粘度：40"4、注浆压力：0.3～0.5Mpa5、注浆流量：40～25L/min注：以上施工参数可视现场条件适当调整。三、压力释放孔特别应指出的是，考虑到本工程土洞、溶洞与地下埋深近20m，且洞体存有淤泥杂质、饱和水。在钻孔压注水泥浆施工外圈时，位于地面土洞围中心处，布置少量压力释放孔，孔径φ71，孔深放至洞体，以利在外圈注浆时，洞体水份和空气得以释放，保证洞体的充填率。第六章施工质量保证措施详尽分解工艺步骤并结合现场施工条件，我们拟设两个施工质量管理点。一、现场水泥砂浆或水泥灰浆配比质量管理点。严格掌握现场砂浆配比，这是保证质量的关键点，应由专职质量员作好每盘浆的现场配合比和压注记录，并作好现场技术交底、抽检、浆液试块抗压试验等基础工作。二、洞体充填率质量管理点根据详细勘察资料，作好每个土洞的洞体体积充填量预测，在浆液压注过程中，严格控制施工参数，达到目标充填量。对大小、深浅不一的土洞，作好每个洞体注浆量记录。通过前期施工，进一步了解土洞杂质