【原创】高水头岩溶裂隙承压水地区嵌岩桩施工

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高水头岩溶裂隙承压水地区

嵌岩人工挖孔桩降水施工的工程实例  

摘  要   介绍了复杂环境条件下，高水头岩溶裂隙承压水地区嵌岩人工挖孔桩施工时降水井的布置、结构、施工、试抽水及监测情况。                       

关键词   人工挖孔桩   降水井   降深   稳定水位                                     

1.  前言

人工挖孔桩具有单桩承载力高、桩型桩径设计灵活、质量检验直观、施工机具简单、施工过程无噪音污染、造价低等优点，是目前工程界应用较为广泛的一种桩型。但在岩溶裂隙承压水水头较高的灰岩地区建造高层建筑需施工嵌岩人工挖孔桩时，必须采取有效的措施降低承压水水位，确保人员设备的安全，消除或减轻施工对邻近建（构）筑物的影响。本文以中南民族大学阅览楼嵌岩人工挖孔桩降水施工为例，介绍了复杂地质环境下，降低岩溶裂承压水水井的布置、结构、施工及监测情况。

2.  工程概况

中南民族大学阅览楼位于校内老图书馆西侧，占地面积1464m2，地上17层，设地下室2层，框剪结构，外观呈双子塔型。场地东侧紧靠老图书馆，拟建阅览楼东侧一排人工挖孔桩最近距老图书馆基础仅7.0m，场地西侧紧邻南湖，距南湖约20m，场地南北两侧较开阔。老图书馆为框架结构，地下独立基础。场地平面位置见图1。

图1   场地平面位置示意图

3.  场地工程地质与水文地质条件

3.1工程地质条件

拟建场地属长江三级阶地岗垅地带，地层分布情况见下图2。

图2   场地典型地质剖面图

3.2水文地质条件

场地地下水主要为赋存于人工填土层中的上层滞水和赋存于基岩裂隙中的承压水两种类型。上层滞水对人工挖孔桩的施工无太大的影响，基岩裂隙水由于承压水水头较高，水头高度稳定在绝对标高13.40m，比基岩顶板平均高出8.9 m，因此在进行人工挖孔桩施工前必须采取措施对地下水进行治理。另据水质分析结果，场地地下水对钢筋混凝土构件无腐蚀性。场地地下水与南湖水无水力联系。

4.  地下水治理方案

主体结构设计人员综合考虑诸多因素，对各种桩型进行比较后，基础型式决定采用人工挖孔桩，共布置挖孔桩71根，桩径900mm~ 1600mm，桩长22~   26m，桩端进入微风化基岩不小于1.0m。

场地上层滞水对挖孔桩的施工无太大影响，主要是基岩裂隙承压水对挖孔桩的施工会带来很大影响，必须解决好两个问题：①防止在地下水位降低时邻近建筑物及地下管网的下沉开裂。②防止挖桩过程中桩底部在接近下伏基岩时地下水发生突涌，危及孔下作业人员的安全，确保嵌岩作业的顺利进行。

4.1劈裂灌浆

劈裂式灌浆对地下水的防止机理是在较高压力作用下，化学浆液克服岩层的初始应力和抗拉强度，引起岩石结构的破坏，使岩石中原有的裂隙张开，形成新的裂隙，促使浆液的可灌性和扩散距离增大，浆液充填岩石中的裂隙及孔洞，排出岩石裂隙中的水和空气，与原岩形成一个结构新、强度大、防水防渗性能高、化学稳定性良好的“结石体”，从而达到防治地下水的目的。

劈裂式灌浆对地下水的防治有大量成功的经验，且不需降低地下水水位，对周边建筑物不会产生影响，但对于承压水水头比较高的岩溶发育的灰岩地区，由于水头高、溶洞发育大小及分布的随机性，因此防治效果有一定的风险，不排除由于个别孔洞未被浆液充填而导致整体降水失败的可能，而且防治成本较高。

4.2降水井降水

降水井降水，就是在场地布置几口深井，通过深井抽排地下水从而达到降低地下水水位的目的。降水井降水具有直观、可靠的优点。又据岩土工程详细勘察报告表明，场地不存在潜水，基岩上覆土层均为渗透性很小的老粘土层，湿度等级为湿，承压水水位的降低不会对紧邻的老图书馆产生不良后果。

从技术、经济、工期等方面综合考虑，本工程选用降水井降水。

5.  降水井与观测井的布置、结构、施工与试抽水

5.1降水井与观测井的布置

在综合分析场地详细勘察及施工勘察资料的基础上，发现场地东侧基岩岩溶十分发育，顶部基岩较破碎，而场地西侧基岩岩溶现象欠发育，顶部基岩相对东侧较完整，据此在场地东侧布置一口降水井，在场地西侧布置两口降水井。降水井点及观测井点的布置见图3。

5.2降水井与观测井的结构

由于场地未进行专门的水文地质勘察，无基岩裂隙水的渗透性指标，本次降水井的结构形式是根据有关资料及地区经验进行设计的。降水井孔的直径采用325mm，滤网长度7.0m，井孔入岩7.0m；观测井孔的直径采用200mm，滤网长度7.0m，井孔入岩7.0m，其结构图见图3。 

图3   降水井结构图

5.3降水井与观测井的施工

主要工艺流程如下：

①  钻机就位：采用SPG-300型钻机进行钻孔，钻机对位误差

②  钻探成孔：采用650mm（观测井采用400mm）合金笼式钻头钻至基岩面时，改换牙笼钻头继续钻进，入基岩7.0m后终孔；

③  置入井管：采用壁厚δ=6mm的钢管制作井管，将底部封堵，底下7.0m制作成“花管”，“花管”段包网制作成过滤器后，逐节垂直放入孔中；

④  滤料回填：选用中粗砂对“花管”段进行环填，环填高度应超过基岩面顶板埋深，再选用粘口球封填至孔口。

5.4降水井试抽水

井孔成井后，隔一天观测承压水水位，三口降水井与五个观测井的水位稳定在绝对标高13.40m~ 13.50m之间。首先对降水井J1进行抽水，一次降深12.9m，同时对观测井G1、G2、G3、G4、G5水位进行观测。在井J1水位持续下降的同时，观测井G1、G2水位下降明显，而G3、G4、G5水位下降缓慢，当井J1水位降到基岩面下4.0m稳定后30分钟，G1、G2水位即下降至基岩面下2.1m并稳定，降水效果良好。G3、G4、G5观测5小时还没有稳定，且下降速度缓慢。

当井孔承压水水头恢复后，对井J2、J3同时进行抽水，观测各观测井孔的水位，其中观测井G1、G2、G3、G5水位下降明显比G4快，当井J2、J3水位降到基岩面下4.0m稳定后70分钟，G1、G2、G3、G5水位即下降至基岩面下1.7m并稳定，降水效果良好。观测井G4在12小时后稳定，下降速度缓慢，稳定时间较前几个长。

6.  监测

为确保相邻原有建筑物老图书馆的安全，在降水井抽排水时对在老图书馆周过布置的5个观测点进行了沉降观测，最大沉降值为4mm，邻近道路及管网均未出现异常。

人工挖孔桩施工时，井J1、J2、J3分阶段配合抽水，孔底水量很小，仅用轻型潜水泵即可抽干，顺利完成了桩底嵌岩大于1.0m的要求，并成功地进行了孔底爆破扩孔，按既定工期顺利完成了挖孔桩的成孔及混凝土灌注。

7.  结语

人工挖孔桩是地下建筑工程中常见的一种桩型，地下水是影响人工挖孔桩施工的主要因素。在选用人工挖孔桩时，应认真研究场地的工程地质及水文地质条件、环境条件，进行技术、经济、工期等多方面综合分析比较，对地下水水量较大影响挖孔桩施工的场地，应进行可靠的地下水治理措施及监测措施，这样才能有效地避免人工挖孔桩施工对环境的影响。                   

根据本工程实践，可以得出如下结论：在承压水水头较高的岩溶发育地区实施降水，岩石越破碎、岩溶现象越发育、岩石节理裂隙越发育，其孔隙贯通性越好，地下水渗透性越强，越有利于降低地下水水位，且沿岩石破碎带及岩溶发育的走向其渗透性最强，降水效果越好。

本工程在复杂的环境条件及高承压水水头较高的岩溶发育地区，成功地应用深井降水法降低了岩溶裂隙水头，既保证了人工挖孔桩施工的顺利进行，又保护了邻近建筑物及周边道路、地下管网的安全，其经验可为同类工程借鉴。