浅谈建设水泥厂岩溶区域的地基解决措施

张秀全

（ 冀东水泥（烟台）有限责任公司，烟台市 265500）

1 地基基本情况介绍

山东烟台某水泥项目，2009年7月设计建设5000t/d水泥熟料生产线配套12MW纯低温余热发电工程，厂区原始地勘资料提示水泥窑和水泥磨主生产线下部基础存在岩溶，溶洞深度一般2～8米，个别深度达到11.9米(见区域岩溶散点分析图)，根据地质情况，为保证工程项目顺利实施，超前性把控溶洞基础施工技术质量，有效降低施工成本，少走弯路，公司组织勘察单位、设计单位、监理单位、建设单位等专家针对岩溶区域地基确定施工技术方案，勘察单位根据初步的桩基施工图纸和基础施工图纸，在每根桩基孔上采取“超前钻”补勘办法，进一步探明每根桩下的溶洞实际发育情况，由此查明溶洞之间的连通程度以及溶洞和溶洞之间的走势关系，为下一步桩基设计提供准确详实的“超前钻”补勘资料，同时，水泥窑和水泥磨主生产线重载车间，单桩受荷较大单桩竖向极限承载力标准值为QuK=18400kN，如不能保证地基质量，将导致基础沉降不均或断裂等严重后果，进而影响建筑物和设备安全稳定，通过研究综合考虑采用冲孔灌注桩施工基础，保证了工程建设投资、进度、安全、质量。

图1 区域岩溶分布散点分析图

根据本次勘探和已有资料揭示，场地勘探深度范围内分布的主要地层有：杂填土（Qml）层、耕土（Qpd）层、第四系冲洪积（Q4al+pl）粉质粘土层、卵石层、粉质粘土层、红粘土层，元古代粉子山群（Pt1fzg）大理岩层等。场地内的地下水主要以潜水、岩溶裂隙水和岩溶水的形式存在。根据已有钻探结果，拟建场地内105个入岩钻孔中揭露有溶洞钻孔31个，溶洞洞高在0.90～11.90m之间，见洞率为29.5%。岩溶发育的主要形态为溶洞、溶沟（槽）和溶蚀裂隙等。

2 岩溶区域桩基处理技术措施

2.1 桩孔采取“超前钻”补勘措施

根据以上勘察情况，再加上主生产线重载车间，单桩受荷较大，研究采用在每根桩孔钻1～3个“超前钻”补勘办法，解决每根桩实际地质数据准确性，在每根桩孔上钻进个超前孔，钻孔深度进入稳定持力层不小于5米，主要目的：查明每个桩孔的地层结构及分布特征；查明土洞、溶洞分布及大小、规模、连通程度、充填情况；查明强风化层厚度，溶洞顶板厚度；查明稳定持力层的准确顶面标高及其标准承载力；初步判断地下水类型、大小和流向。每根桩孔采取“超前钻”探明桩端以下岩层是否存在不良地质现象，以确定桩端的入岩深度，如有不良地质现象，应使桩穿过，进入下部岩层，确保桩端以下5米内均匀稳定，完整稳定的中风化岩体，为设计每根桩基提高可靠技术数据，图2为生料均化库部分“超前钻”补勘资料数据（钻孔柱状图）。

图2 生料均化库部分“超前钻”补勘资料数据

2.2 桩基参数的设计

根据“超前钻”补勘资料（钻孔柱状图），窑尾塔架基础、生料均化库基础、熟料库基础设计计算为Φ1100 mm桩基,水泥磨和水泥库基础设计计算为Φ1000 mm桩基。

根据地勘报告能提供嵌岩桩设计参数（岩石的饱和单轴抗压强度标准值fak=46.0MPa），根据建筑桩基规范JGJ94-2008第5.3.9条估算生料均化库单桩竖向极限承载力标准值为QuK=18400kN，实际单桩承载力通过实验桩确定。为使基桩达到设计所需承载力，要求成桩后桩身砼强度达到C40，建议采用C45砼浇筑，混凝土浇注前孔底沉渣厚度小于50mm。按照设计要求生料均化库基础施工Φ1100 mm静载实验桩并养护，采取图3锚索反力加载实验方案取得单桩竖向极限承载力18800kN大于QuK=18400kN。通过实验证明生料均化库可以按照设计图纸施工桩基。其他窑尾塔架基础、熟料库基础等通过单桩竖向极限承载力实验后数据证明也可施工。

图3 单桩竖向极限承载力实验

2.3 采取机械冲孔灌注桩施工。

根据拟建（构）筑物的基础型式、承载力要求、场地各岩土层的工程性能和施工条件及技术经济对比，拟建原料均化库、增湿塔、烧成窑尾塔架、熟料库、水泥磨、水泥库等建（构）筑物宜采用桩基。根据地质勘察情况，地下水丰富(根据勘探资料，在没有岩溶桩基位置现场采取人工挖孔方式，试验证明施工进度效率低下、存在不安全因素，排水与施工交叉影响成孔质量等)，优先选择桩型采用冲孔灌注桩，通过设计计算选用1.10m桩径；以场地内中风化元古代粉子山群大理岩（地层代号⑥3）层作为桩端持力层。

冲击成孔灌注桩施工工序：测放孔位、人工挖孔埋设钢护筒→孔口定位、标高测量、预计孔深→冲击成孔→成孔、清孔达标、监理验收合格（不合格需要再次扫孔、清孔）→安放钢筋笼、钢导管→二次清孔测量孔深合格（不合格需要再次清孔）→灌注混凝土作好记录→试块制作养护→桩基验收。

施工遇到溶洞处理时，根据现场桩基承载力大小的实际情况，主要采用土、块石或水泥浆（C15混凝砼）填充等处理方式，然后再机械冲孔。

常规施工要求：按桩位点进行人工挖孔，埋设钢护筒，护筒内径大于桩径100mm，其上部开设溢浆口，并高出地面0.3m，埋深1.5 m左右，护筒中心与桩中心偏差小于5cm。YKC-18半自动冲击钻冲击成孔过程应作好记录，以超前孔钻探资料作指导，特别是进入持力层后应加密取样检查，经监理工程师验收合格方可终孔，确保桩端进入持力层深度满足设计要求。清孔使孔底500mm内泥浆比重小于1.25,含砂率小于6%,粘度不大于26s，孔底沉渣小于50mm，验收后30分钟内应开始浇注。导管下口距孔底不超过0.5m。钢筋笼箍筋外加50mm水泥砂浆制作垫块，使保护层厚度大于50mm。浇注结束后，要对桩顶标高进行测量：800 mm≤砼超灌高度≤1500 mm，若遇砼浇注过程中出现砼面突然下沉时应适当提高浇注高度，确保桩顶质量。机械冲击成孔灌注桩施工主要遇到疑难问题及解决措施见表1。

表1 冲孔灌桩过程的疑难问题

通过以上保障措施，实施机械冲击成孔、清孔，监理验收合格后，再安装钢筋笼和导管，二次清孔测量孔深符合技术要求合格后再灌注图纸设计混凝土，作好桩基施工养护。

3 实际的效果

3.1 桩基检测

为保障基础施工质量和安全，桩基检测手段按建筑桩基规范JGJ94-2008要求：一般采用100%低应变，20%以上高应变，所有重要部位的桩基进行抽芯取样检测的方式。

①低应变动力检测采用反射波法，仪器采用成都工程检测研究所研制的ZK-7EⅡ基桩动测仪。如低应变动力检测生料均化库桩，经动测桩身混凝土平均波速4.02km/s，变化范围3.47～4.34 km/s,被检测的52根桩中Ⅰ、Ⅱ类桩分别占90.4%、9.6%。通过实际检测桩基本身质量符合规范技术要求，其他桩基检验合格率达到100%，全部达到Ⅰ、Ⅱ类桩质量要求。

②钻芯检测桩身混凝土采用钻机取芯部岩样确定完整性，如生料均化库基桩等通过实际检测桩基本身质量符合规范技术要求，桩基检验合格率达到100%，全部达到Ⅰ、Ⅱ类桩质量要求。生料均化库基桩钻芯结果见表2。

表2 生料均化库基桩钻芯结果

3.2 其他效益

岩溶地基技术处理有很大的难度和复杂性，通过岩溶区域桩基方案论证，采取桩孔“超前钻”补勘探察实现了超前控制，使地基处理环节的工期、投资、质量、安全等得到了有效控制，桩基施工工期比预计提前18天；比大型机械开挖基础，再制作大体积混凝土基础等节省投资费用初步计算至少320多万元，实施效果良好，有效降低了施工成本，少走弯路，并保证了安全可靠性。