浅谈建筑地基基础工程中的防空洞处理

浅谈建筑地基基础工程中的防空洞处理

1灌注桩成孔施工现状广西民族医院住院大楼工程位于明秀中街。一层地下，二层地下，建筑面积39.1万米。本工程周边环境复杂,东、北面距离紧邻医院门诊楼和住院楼,距离分别为1.5m和0.25m,西、南面与医院主要道路和明秀路相邻,距离分别为1.8m和5m。本工程采用大直径水下钻孔灌注桩基础,有效桩长约21m,基础筏板及承台底设计标高为-5.5m,处于圆砾层⑤中,属强透水层,灌注桩位于地下水位以下。场地地质土层从上至下分别为杂填土①、黏土②、粉质黏土③、粉砂土④、圆砾层⑤、粗砂砾层⑥、泥岩⑦。地下水主要贮存于粉砂土④、圆砾层⑤和粗砂砾层⑥中,为孔隙水,具有承压性,主要为径流补给,与邕江水有一定的联系,受邕江水位的涨落影响而变化,平时水位保持在标高-4.0m左右,水量丰富,设计桩端持力层为中风化泥岩。2011年3月1日,在⑤×轴部位灌注桩成孔施工过程中,技术人员发现钻机出现钻偏、钻进困难的现象,经反复排查原因,从建设单位的旧档案中了解到此处及附近有一个废弃地下防空洞。由于防空洞顶板结构较为坚固,钻孔机无法穿过废弃防空洞顶板,因此废弃防空洞附近的灌注桩施工被迫停工。由于废弃防空洞为20世纪60～70年代所建,年代久远,已无资料可查,地下走向等具体情况不明,如果贸然进行处理可能会造成严重后果。经各方商讨,决定在附近增加勘察钻点及采用其他物探手段以查明防空洞的大小、地质条件、被覆盖材料、走向及其与建筑轴线的关系,为基础处理提供准确的资料。通过勘探孔揭露,防空洞分布于施工场地的西面,大致呈南北走向横穿基坑,埋深8.7m,高度约2.5m,宽度约3.0m,地下水位为-4.0m。废弃防空洞均为混凝土结构,顶板和底板厚度约300mm,侧壁厚约350mm,洞内充满流体淤泥。防空洞的位置、剖面如图1所示。2地下水位低,且天然地基支护施工不当根据本工程的施工环境及地质勘察报告,灌注桩基遇废弃防空洞的施工会存在如下问题:地下废弃防空洞北端距离北面的内科楼及西面的道路不足2m距离,如采用常规的大开挖,开挖局部基坑的深度将达12.0m,且基坑支护施工不当,对基坑边坡安全及邻边路面或建筑物的沉降、位移影响很大,随时会造成邻边路面或建筑物坍塌。由于防空洞顶部是坚硬的混凝土结构,因此如何破除(穿过)废弃防空洞结构是施工难点。本工程地下水位较高,约-4.000m,主要贮存于粉砂土④、圆砾层⑤和粗砂砾层⑥中,具有承压性。同时,废弃防空洞内水源是否与邕江水有联系,情况不明。如何抽排防空洞里的水是处理废弃防空洞的另一个难点。废弃防空洞的地质及周边环境复杂,地下水位丰富、水位高,且桩基施工遇废弃防空洞没有任何成功经验可以借鉴,处理难度相当大,因此废弃防空洞的处理是本工程当前的重点与难点。3提出建议并确定最佳方案3.1废弃防空洞处理方案2011年3月17日下午,项目部所有管理人员围绕废弃防空洞的处理难题研究讨论,充分发挥创新思维,集思广益,各抒己见,提出了多条意见和建议,经讨论,得出如下4种方案(见表1)。3.2数据分析及评估针对以上4种方案,技术人员分别从技术可行性、施工安全性、经济合理性、施工工期等方面进行分析、评估。分析评估表均为从开始处理到桩成孔所需的工期及费用;此处共有16根灌注桩,每根长23m,总计长度为16×23=368m。3.2.1锚桩基础回填施工开挖回填法是一种最常规的施工处理方法,即采用挖掘机彻底挖除防空洞主体结构,清除内部杂物,再根据机械类型选用不同的回填材料进行回填,分层夯实至桩顶设计标高,最后进行灌注桩的施工。3.2.2人工钻探桩处理方法人工挖孔桩处理法是人工从上到下逐节挖桩孔,在桩孔内放置钢筋笼、灌注混凝土的一种桩型做法。3.2.3废弃防空洞灌注灌填冲孔法采用低强度等级水泥砂浆填满废弃防空洞后,再采用冲孔成桩。具体做法是采用钻机钻穿防空洞拱顶,对废弃防空洞两端头内部插入输浆导管灌注低强度等级的水泥砂浆封堵废弃防空洞的水源,然后在防空洞的中间段沿纵向约间隔3m钻1个灌浆孔灌注砂浆,待观察孔冒浆时停止灌注,直至混凝土灌满整个防空洞。防空洞灌填后,再采用冲孔灌注桩。3.2.4回填装石和填充孔桩型采用冲孔桩,当冲击头冲破防空洞顶板后,拨出冲击头再分别用黏土和片石回填至孔内,利用冲击头锤击将回填土及片石挤压至防空洞四周,反复回填挤压直至桩孔内两边防空洞填满,在确保成孔后继续往下冲孔至设计标高。综上所述,决定选用冲孔填充片石黏土挤密法。4冲孔、填充石粘土，挤密施工要点4.1充填材料冲孔挖埋临时护筒→桩机就位孔内加黏土、加水造浆→冲孔、排渣→冲破防空洞顶轮→往防空洞内反复填充黏土及片石并反复挤压→冲破防空洞底板→冲孔至设计标高→验孔→清孔。4.2问题分析根据施工方案和施工流程,还需要解决斜孔偏位控制,护壁成孔困难,桩身混凝土浇灌时塌孔、缩颈3个问题。4.3冲孔填充片石粘土，致密施工要点4.3.1锤冲冲孔防空洞(1)在上部非防空洞范围,低频率6～8次/mim程1.0～2.0m进行冲孔;因防空洞横截面是拱形结构,大力冲锤会因阻力不均衡而造成斜孔或卡锤,当冲锤冲至防空洞顶板结构时,改用0.8～1m小冲程,10次/min高频率进行冲孔,直至反复轻砸冲穿防空洞的顶板为止。(2)在防空洞高度范围冲孔时,容易出现斜孔现象,一般情况采用1.5～3m大冲程,先后投入黏土、片石冲击。当斜孔时,立即停止冲孔并向孔内抛填片石和黏土至偏孔处0.5～0.8m高度,再采用1.0m小冲程、10次/min高频率的冲击方法进行反复冲击、纠正,直至垂直度偏差控制在施工规范允许的范围之内为止。4.3.2解决护壁和成孔问题针对护壁成孔困难的问题,在施工过程中采取了以下控制措施。4.3.2.冲孔护壁抗泥性能本工程采用直径为φ1.2m、有效桩长约21m的超长灌注桩,加上防空洞孔内为易流动的稀淤泥,因此冲孔护壁对泥浆的要求很高。通过查阅类似工程的有关资料,对多种土质进行分析研究,决定外运红黏土作为成孔护壁用土。4.3.2.微胶囊的密度如果钻孔中的泥浆相对密度过小,则容易造成泥浆护壁坍塌;如果泥浆相对密度过大,则容易使泥浆泵产生堵塞,甚至使混凝土的浇筑产生困难。为此,调制各项性能指标良好的泥浆尤为重要(见表6)。4.3.2.片石级配防空洞破顶后,便提冲锤投料,采用挖掘机将备好的黏土和片石按1:1的比例交替投入冲孔内。要求片石级配良好,最大粒径不大于0.4m为宜,而黏土则采用红黏土。每次先投约1m3片石,再投入约1m3黏土,继续冲砸,冲锤加大落距至1.5～3m,如此反复循环冲砸、填料再冲砸,直至在防空洞内形成稳定的孔道后便可停止投料,并继续冲钻至设计深度。4.3.3成桩过程质量控制(1)终孔后及时浇灌混凝土且连续灌注。冲孔桩属于泥浆护壁水下灌注桩,由于防空洞护壁不稳定,成桩后必须及时浇灌,并保持轮灌注的连续性,力争一次性灌注完毕。(2)严格控制导管埋深与拔管速度,及时测量砼浇灌深度,严防导管拔空。水下混凝土浇灌也是成桩过程中的关键工艺,如处理不善,容易造成塌孔、缩颈。采取措施如下:开始灌注首批混凝土时,导管下口至孔底的距离控制在300～50mm范围。在进行第一斗混凝土灌注时,应计算料斗砼灌注量,以确保第一斗混凝土灌注后,导管埋入轮不少于4m。第一斗混凝土浇灌后,立即进行后续混凝土浇灌。导管不宜埋入砼过深,也不可过浅。在浇灌过程中,要测量导管埋深及混凝土标高,正确计算导管埋入混凝土的深度,并使导管埋深保持在2～6m。每节导管长度为3m,经计算每提高3m(1节)就紧接着浇灌3.5m3混凝土。5用冲孔填充片石粘土，挤密法取得了成果5.1安全效果实践证明,采用冲孔填充片石黏土挤密法施工,没有发生任何安全事故,完成施工生产零事故的目标。5.2类桩、类桩共2根对本工程进行桩身完整性检测,共检测82根,其中Ⅰ类桩共80根、Ⅱ类桩共2根;根据检测报告,废弃防空洞位置的16根桩均为Ⅰ类桩,实现了预期的目标。5.3防空洞施工总工期缩小本工程防空洞于3月23日开始处理,同年4月25日已全部完成,仅用了34d就圆满完成了防空洞处理的施工任务,目标工期为50d,比目标工期缩短了50-34=16d,大大缩短了施工工期。5.4施工前制定的成本目标16根灌注桩成孔所需的总费用为80100元,而施工前制定的成本目标为40万元;经计算,实际费用比目标成本节省了40-8.01=31.99万元,取得了可观的经济效益。6冲孔桩防空洞施工的施工要点(1)当防空洞无详细资料时,必须对防空洞进行详细探测,查明其分布、规模、埋深、衬砌及内部填充物等情况,再根据地层地质、水文条件、上部结构类型、基础形式等因素,对多种可能的处理方案进行比较,选择技术可靠、经济合理、安全可靠、综合效果好的方案。(2)当桩基贴近周边建筑,在采用冲孔桩施工时应杜绝在冲孔过程中发生塌孔,以免危害临近建筑,在本工程中,因防空洞充满淤泥,所以在冲钻砸破防空洞顶后不至于发生孔内护壁泥浆快速流失而导致塌孔。因此,采用冲孔桩方式进行施工比较合适。(3)防空洞处理的施工方案应简便易行,尽量经过多种方案的比较选择