巖溶地區(qū)基樁工程超前鉆勘察及優(yōu)化設(shè)計(jì)

孟憲中，肖家靖，胡先法，王凱河，龐茂順

(1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 徐州221004;2.唐山華潤(rùn)熱電有限公司，河北 唐山063004;3.華潤(rùn)電力〈賀州〉有限公司，廣西 賀州542800)

巖溶地區(qū)地基處理在火電廠建設(shè)中是非常重要的一環(huán)，地基處理的好壞，關(guān)系整個(gè)項(xiàng)目的成敗。如何將巖溶地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)情況體現(xiàn)出來(lái)，給設(shè)計(jì)及施工人員作為施工的依據(jù)，值得我們探討。本文以賀州電廠基樁工程為例，淺析巖溶地區(qū)基樁工程中超前鉆勘察及基樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為以后溶巖地區(qū)的基樁施工提供參考。

1 工程概況

華潤(rùn)電力(賀州)有限公司一期工程位于廣西東部的賀州市富川縣蓮山鎮(zhèn)大深壩新村南面，賀州—富川公路西側(cè)，距離東面正在建設(shè)的洛(陽(yáng))—湛(江)鐵路線約1.5 km，北距富川縣約12 km，南距賀州市約41 km，交通較為便利。該電廠為新建項(xiàng)目，本期容量2×1000 MW，并留有擴(kuò)建余地。

2 地質(zhì)概況

圖1 巖溶發(fā)育點(diǎn)平面圖

廠址位于富川縣蓮山鎮(zhèn)大深壩新村以南，西側(cè)緊鄰粟下塘村，其地貌成因?yàn)槿芪g構(gòu)造類型，屬碳酸鹽巖孤峰平原地貌，處于山地與平原過(guò)渡地帶。通過(guò)巖溶發(fā)育點(diǎn)平面圖(圖1)顯示，賀州電廠在化水區(qū)域、1號(hào)冷卻塔東南角、爐后區(qū)域及煤場(chǎng)中部為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)(Ⅰ)，冷卻塔北側(cè)、主廠房、鍋爐房及煤場(chǎng)西側(cè)為巖溶中等發(fā)育區(qū)(Ⅱ)，其它區(qū)域?yàn)閹r溶弱～不發(fā)育區(qū)(Ⅲ)。

廠區(qū)巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，多充填白色方解石脈，局部地段勘探揭示方解石脈垂向厚度在數(shù)米之上，可溶性巖石厚度在250～370 m之間?？碧浇沂編r溶發(fā)育較強(qiáng)烈，局部巖溶洞穴發(fā)育規(guī)模較大，基巖面起伏較大，隱伏石柱、石芽發(fā)育，同一標(biāo)高上地基土不均勻特征突出。根據(jù)該工程的規(guī)模和特征，勘測(cè)確定本工程重要性等級(jí)為二級(jí)工程，確定場(chǎng)地復(fù)雜程度為二級(jí)場(chǎng)地，確定地基復(fù)雜程度為一級(jí)地基。

3 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)終勘，上部土層不適合作為建(構(gòu))筑物天然地基持力層，且基巖面起伏較大，對(duì)荷載較大及沉降要求高的建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)主要構(gòu)筑物采用鉆(沖)孔灌注樁進(jìn)行地基處理。

設(shè)計(jì)要求工程樁超前鉆每樁至少鉆1個(gè)超前鉆孔，對(duì)于比較復(fù)雜的地段和荷載大的建(構(gòu))筑物地段，當(dāng)每樁施鉆1個(gè)超前鉆孔難以判定樁端以下5～6 m范圍內(nèi)巖體中的巖溶特征時(shí)，應(yīng)增加超前孔的數(shù)量。樁長(zhǎng)按樁全斷面嵌入最下面的溶洞底部基巖至少1.0倍樁徑施工。

4 超前鉆施工

超前鉆資料為工程施工的依據(jù)，對(duì)工程施工質(zhì)量、進(jìn)度及造價(jià)影響非常大，巖溶地區(qū)顯得更為重要。

巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況，終勘資料能反映整個(gè)廠址的大致情況，但具體到每個(gè)點(diǎn)，是不能用終勘資料代表的，需進(jìn)行一樁一孔的超前鉆施工。以主廠房為例，“一樁一孔”超前鉆資料與終勘資料均顯示，主廠房總體趨勢(shì)是固定端地質(zhì)條件最復(fù)雜，擴(kuò)建端地質(zhì)條件其次，中部地質(zhì)條件最好。但具體到每根樁，就存在很大區(qū)別，以主廠房固定端BCT－01承臺(tái)的終勘點(diǎn)A065為例說(shuō)明。

終勘點(diǎn)A065位于承臺(tái)中心，工程樁設(shè)計(jì)為承臺(tái)四角，5個(gè)超前鉆最大間距為2100 mm，超前鉆資料顯示持力層相差非常大(見(jiàn)表1)。可見(jiàn)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，不能用簡(jiǎn)單的終勘資料進(jìn)行工程樁設(shè)計(jì)。

表1 BCT－01承臺(tái)超前鉆統(tǒng)計(jì)表

巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，相鄰樁之間很容易出現(xiàn)地質(zhì)情況不一致之處。1號(hào)鍋爐GL093號(hào)孔，在直徑為1000 mm的樁徑內(nèi)施工4根超前鉆，超前鉆資料顯示相差非常大(見(jiàn)圖2)。按現(xiàn)有超前鉆資料，093樁巖面斜度大，且穿越巖體厚度大，局部點(diǎn)達(dá)10 m之厚。后根據(jù)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)進(jìn)行施工，開(kāi)孔時(shí)間為2009年10月7日，終孔時(shí)間為2009年11月25日，成樁時(shí)間為50天;混凝土理論方量為32.47 m3，實(shí)際澆筑175 m3，充盈系數(shù)為5.39。

5 施工技術(shù)難點(diǎn)

5.1 溶洞多

從超前鉆情況來(lái)看，主要施工區(qū)域溶洞率高。1號(hào)鍋爐房基樁工程設(shè)計(jì)為164根，“一樁一孔”之外的補(bǔ)鉆數(shù)為56個(gè)，其中21根樁有溶洞，溶洞率為8.6%，超前鉆顯示16個(gè)孔有2 m以上高度或串狀溶洞;2號(hào)鍋爐房基樁工程設(shè)計(jì)為211根，“一樁一孔”之外的補(bǔ)鉆數(shù)為22個(gè)，其中78根樁有溶洞，溶洞率為33.5%，51個(gè)孔有2 m以上高度或串狀溶洞;1號(hào)冷卻塔基樁工程設(shè)計(jì)為304根，其中“一樁一孔”之外的補(bǔ)鉆數(shù)為78個(gè)，118根樁有溶洞，溶洞率為38.8%，超前鉆顯示76個(gè)孔有串溶洞;2號(hào)冷卻塔基樁工程共完成超前鉆324個(gè)，其中“一樁一孔”之外的補(bǔ)鉆數(shù)為20個(gè)，67根樁有溶洞，溶洞率為23.5%，超前鉆顯示52個(gè)孔有2 m以上高度或串狀溶洞。

5.2 混凝土充盈系數(shù)大

1號(hào)鍋爐混凝土充盈系數(shù)為2.22;2號(hào)鍋爐混凝土充盈系數(shù)為2.48;1號(hào)冷卻塔混凝土充盈系數(shù)為2.44;2號(hào)冷卻塔混凝土充盈系數(shù)為2.12;主廠房混凝土充盈系數(shù)為2.04。前面提到的1號(hào)鍋爐GL093孔，混凝土理論方量為32.47 m3，實(shí)際澆筑175 m3，充盈系數(shù)為5.39。

5.3 嵌巖厚

設(shè)計(jì)要求樁端全斷面嵌巖為1倍樁徑。因地質(zhì)條件復(fù)雜，施工中存在斜巖或溶洞，增加嵌巖工作量。通過(guò)基樁工程技術(shù)統(tǒng)計(jì)可以看出(表2)，嵌巖量差值為3890.2 m，溶洞為1552.6 m。

表2 基樁工程技術(shù)統(tǒng)計(jì)

對(duì)于巖溶地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，不可預(yù)見(jiàn)性非常多，僅以終勘資料估算的樁長(zhǎng)進(jìn)行固定總價(jià)簽訂合同，風(fēng)險(xiǎn)非常大。

5.4 塌孔及漏漿

賀州廠址下伏巖體為可溶石灰?guī)r，局部發(fā)育有溶蝕裂隙和洞穴，為地下水的活動(dòng)提供了空間，場(chǎng)地平整使地下水水位發(fā)生了改變，雨季地下水位抬高，地下水波動(dòng)幅度增大，最高水位接近地表，最低水位于巖體中，這樣為空洞(土洞)的加速形成提供了動(dòng)力條件，基樁施工改變了地下水的流動(dòng)狀態(tài)，使原來(lái)流速小的地段流速加大，加劇了土洞的形成，當(dāng)土洞大到一定程度時(shí)，其頂板便會(huì)在自重作用下、尤其是疊加雨季過(guò)后地下水快速下降期空洞(土洞)中的負(fù)壓作用而垮塌、形成塌陷。巖溶地區(qū)，水系是相通的，在巖面處均會(huì)出現(xiàn)不同程度的漏漿，溶洞串通處漏漿更為嚴(yán)重。

6 設(shè)計(jì)優(yōu)化

煙囪原設(shè)計(jì)中心點(diǎn)坐標(biāo)為A=1420.75，B=1690.00，設(shè)計(jì)為126根樁。按設(shè)計(jì)要求共完成超前鉆143個(gè)，補(bǔ)鉆為17個(gè)，補(bǔ)孔率為13.5%。超前鉆資料顯示煙囪40根樁有溶洞，溶洞率為31.7%，其中30個(gè)孔有2 m以上高度或串狀溶洞，平均樁長(zhǎng)為11 m。施工的25根樁充盈系數(shù)為2.22，共用時(shí)45天，施工難度非常大。后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，煙囪需后移25 m。移位后的煙囪，超前鉆資料顯示煙囪23根樁有溶洞，溶洞率為18.3%，其中5個(gè)孔有2 m以上高度或串狀溶洞，平均樁長(zhǎng)為5.67 m，整個(gè)施工工期為92天，施工難度相對(duì)簡(jiǎn)單，僅樁長(zhǎng)減少節(jié)省施工費(fèi)用為67萬(wàn)。

7 結(jié)語(yǔ)

巖溶地區(qū)地基處理有很大的難度和復(fù)雜性，利用超前鉆(施工勘察)將復(fù)雜地質(zhì)情況體現(xiàn)出來(lái)，在成樁之前采用鉆探方法查其基巖情況，給設(shè)計(jì)及施工人員提供參考，根據(jù)不同的地質(zhì)條件因地制宜地設(shè)計(jì)和選擇施工方法，從而有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化及成本控制。

［1］邵東風(fēng).華潤(rùn)電力(賀州)有限公司一期工程巖土工程勘測(cè)報(bào)告(廠區(qū)部分)［Z］.湖北武漢:中南電力設(shè)計(jì)院，2008.

［2］劉江.華潤(rùn)電力(賀州)有限公司一期工程綜合試樁報(bào)告［Z］.湖北武漢:中南電力設(shè)計(jì)院，2008.

［3］朱學(xué)穩(wěn).桂林巖溶地貌與洞穴研究［M］.北京:地質(zhì)出版社，1988.

［4］郭純青.巖溶地區(qū)地下水與環(huán)境的特殊性研究［Z］.北京:地質(zhì)出版社，2009.

［5］周安全，周湘.巖溶地區(qū)沖(鉆)孔樁施工常見(jiàn)事故防治及其對(duì)策［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(11):48－54.

［6］熊紹所，成潤(rùn)軍.巖溶地區(qū)鉆(沖)孔灌注樁施工的難點(diǎn)及其技術(shù)對(duì)策［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(8):73－75，79.

［7］楊宗仁，史學(xué)偉.滬—蓉高速鐵路跨越漢江特大橋樁孔施工技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(2):47－50.