岩溶常见问题处理措施

科技   科学   2024-03-04 21:21   湖北  
1、溶洞的发育程度?溶洞的大小怎么划分?

答:岩溶地区建筑地基基础技术标准 GB/T 51238-2018第3.0.3条

2、岩溶施工勘察的要求?

答:(1)岩土工程勘察术语标准 JGJ/T 84-2015第2.0.12条:施工勘察investigation during construction当地质条件复杂、有设计变更或施工中发现问题时而进行的补充勘察。

(2)当场地地质条件复杂、现场岩土条件与勘察报告不符或有必须查明的异常情 况时,应进行施工勘察。对于基础设计有需求(如岩溶、土洞地质情况,荷载较大或复杂地基的一柱一桩工程等)时,应进行施工勘察。

【说明】场地地质情况复杂或施工遇异常情况时应进行施工勘探,施工勘探孔的深度,对桩基础一般为桩底以下5倍桩径且不小于5m,其他情况时进入持力层深度不宜小于5m。

(3)按武汉市《岩溶地区勘察设计与施工技术规程》DB4201_T632-2020第7.2.1.8条当采用嵌岩桩并以可溶岩作为持力层时应逐桩进行施工勘察,并应符合下列要求:

a)岩溶微发育场地,钻孔宜按1桩1孔布置;

b)岩溶中等及以上发育场地,可溶岩埋深小于40m,每桩钻孔数宜依据桩直径确定:桩直径1.0m时,钻孔数为1个;桩直径1.0碳酸盐岩石埋深大于40m,桩直径d<1.5时,每桩钻孔数为2个;桩直径>1.5时,每挤钻孔数为3个;

c)对于抗拔桩可1桩布置1个钻孔。

3、填充型溶洞填充物能不能提供侧阻?

答:(1)按岩溶地区建筑地基基础技术标准 GB/T 51238-2018第5.3.5条第5款:基桩竖向承载力计算时,不宜计入溶洞顶(隔)板和洞内天然充填物产生的桩身侧阻力当溶洞顶(隔)板岩体的基本质量等级为I级或Ⅱ级且厚度大于2m时,可将溶洞顶(隔)板产生桩身侧阻力乘以0.75的系数;

(2)对较松散、欠固结土等填充物时尚需考虑部分桩基中性点以上负摩阻影响,不宜计入多层岩溶层、溶洞空腔及软弱充填物的侧摩阻。

4、嵌岩桩嵌岩深度有何要求、桩端临近溶洞的最小距离要求?

答:(1)当上覆地层不足以设计为摩擦桩,且溶洞发育,呈串珠状或溶洞较大,溶洞下有完整基岩可作持力层时,宜采用嵌岩桩基础,使桩基穿过溶洞置于承载力较好的基岩上并保证一定的入岩深度。

(2)嵌岩深度要求:

1)按广东省《岩溶地区建筑地基基础技术规范》 DBJ_T 15-136-2018第9.1.9条:岩溶地区进人中、微风化岩层的嵌岩桩、桩端全断面嵌人岩层的深度,当岩面较平整时不少于0.2m;当岩面有起伏且岩溶中等发育时不少于0.5m,当岩面起伏较大且岩溶强烈发育时不少于1.0m。

2)湖北省建筑地基基础技术规范DB42 242-2014 第9.3.12条:岩溶中等和强烈发育场地的嵌岩端承桩,桩端全断面嵌入完整岩层表面的深度不应小于桩身直径的2倍,且不得小于2m。第9.3.13条:当岩层表明存在溶洞(槽)或串珠状溶洞(槽)时,桩端嵌入溶洞(槽)底板完整岩石的深度不应小于0.5m,且桩身线入岩深度的总和不应小于2m和2倍桩直径。

3)南京地区建筑地基基础设计规范DGJ32J 12—2005第9.1.2 条岩溶地区,当灰岩面较为平整且上覆土层较厚时,嵌岩深度宜取0.2d或不小于0.2m;必要时应验算所需洞顶持力岩层的安全厚度。

(3)桩端临近溶洞的最小距离要求:按广东省《岩溶地区建筑地基基础技术规范》 DBJ_T 15-136-2018第9.1.7条:当桩端下溶洞中心偏离桩轴线横向距离大于临界横向偏心距离时,可不考虑溶洞对桩基承载力的影响,但应考虑施工时横向扰动对溶洞侧壁稳定性的影响。

【条文说明】9.1.7根据桩端应力扩散理论、当溶洞偏离桩基一定距离(溶洞位于桩端应力扩散范围以外》时、桩下完整岩体承担绝大部分的扩散应力。因此,溶洞存在对桩基的影响很小,基本可以忽略不计。桩端应力扩散示意图如图4所示。当溶洞中心偏离桩中心横向距离超过此临界偏心距离时可不考虑溶洞对桩基承载力的影响。

5、桩支撑在溶洞顶,顶板最小厚度要求?

答:(1)按岩溶地区建筑地基基础技术标准 GB/T 51238-2018第5.3.5条第3款 当桩端以下3倍桩径及5m深度范围内为完整或较完整岩层时,可利用溶洞顶板作为基桩持力层,并应对顶板进行强度计算和稳定性验算,当溶洞顶板不能作为基桩持力层时,桩端应进入强度和稳定性符合要求的岩层或对溶洞进行处理;

(2)第6款 对于完整、较完整的坚硬岩、较硬岩地基,且洞体较小,基础底面尺寸大于溶洞的平面尺寸,并有足够的支承长度,顶板岩石厚度大于或等于溶洞的跨度时,可不考虑岩溶对地基稳定性的影响,不符合以上要求时应进行洞体稳定性分析。

(3) 按广东省《岩溶地区建筑地基基础技术规范》 DBJ_T 15-136-2018第9.1.6条岩溶地区嵌岩桩桩端持力层应符合以下规定:1端承桩桩端下完整基岩层厚度不宜小于3d(d为桩径)且不小于5m;当桩端下持力层岩性较差、岩体较破碎、岩溶裂隙发育强烈、裂隙水丰富时,岩层厚度不宜小于4d且不小于6m;2摩擦端承桩桩端下完整基岩层厚度不宜小于2.5d且不小于4m。3对于端承摩擦桩、桩端下完整基岩层厚度不宜小于2.0d且不小于3m:;当桩侧摩阻力超过桩总承载力的70%时,桩端下完整基岩层厚度不宜小于1.5d且不小于2m。

6、如何对溶洞顶板进行强度计算和稳定性验算?

答:按 岩溶地区建筑地基基础技术标准 GB/T 51238-2018第5.2.2条地基基础设计应考虑石芽及溶洞对地基稳定性的影响。溶洞地基的稳定性可按本标准附录C验算。

C.0.1对于一般建筑物,根据已查明的地质条件,结合基底荷载情况,对影响溶洞稳定性的各种因素进行分析比较,可采用经验比拟法按表C.0.1进行地基稳定性评价。

C.0.2岩溶地基稳定性的定量评价.可按下列公式对溶洞顶板的稳定性进行验算。
1当顶板为中厚层、薄层,裂隙发育,易风化的岩层,顶板有可能坍塌,但能自行填满洞体时,无需考虑其对地基的影响。此时所需塌落高度可按下式计算:

2当顶板岩层较完整、强度较高、层厚较大,并已知顶板厚度和裂隙切割情况时,可按抗弯、抗剪验算顶板稳定性,且应符合下列公式的规定:
1)当顶板跨中有裂缝,顶板两端支座处岩石坚固完整时,可按悬臂梁计算:

2)当裂隙位于支座处,而顶板较完整时,可按简支梁计算:

3)当支座和顶板岩层均较完整时,可按两端固定梁计算:

4)计算弯矩和剪力应符合下列公式的规定:

C.0.3按极限平衡条件计算顶板受剪切承载力时,应符合下列公式的规定:

7、洞顶岩体抗冲切、桩端临空面如何验算?

答:

(1)按贵州省《建筑桩基设计与施工技术规程》DBJ52-T088-2018第3.3.2条岩溶地区的桩基设计应符合下列规定:

3当桩端位于完整及较完整岩石的溶洞顶板时,且溶洞顶板厚度大于2倍溶洞跨度时,应按冲切破坏锥体验算顶板岩体的抗冲切承载力。顶板岩体的抗冲切承载力按下式计算;


(2)5.4.1当桩端附近有临空面时,应验算向临空面倾覆和滑移稳定性,其稳定系数不应小于1.35,计算参见附录B。

8、溶洞中桩与柱的区别,配筋构造的加强措施有哪些?

答:(1)按岩溶地区建筑地基基础技术标准 GB/T 51238-2018第5.3.5条第4款位于溶洞顶(隔)板岩体之间的基桩应进行桩身压屈稳定性验算;具体验算方法参照条文说明:对于石笋、石芽密布和溶沟、溶槽、溶洞发育地段,灌注桩宜适当提高桩身混凝土强度等级、桩身配筋率和钢筋长度,预制桩宜适当降低桩的设计承载力。缺乏可靠经验时,在竖向荷载作用下,宜按偏心d/4(d为桩径)的偏压构件计算桩身配筋。

(2)西南院《结构设计统一技术措施》2020版第4.6.10条:岩溶或溶蚀场地应选用均匀稳定且承载力及厚度满足稳定和变形要求的岩(土)层;当桩身穿越溶洞而无侧限时,桩应按柱的构造要求进行设计。(柱的纵筋有最小配筋率要求纵筋直径间距等、箍筋体积配箍率、箍筋直径、箍筋间距等要求同混凝土结构设计规范柱相关要求)。

(3)按贵州省《建筑岩土工程技术规范 》DBJ52/T 046-2018第4.1.1第6款桩身穿越淤泥或淤泥质土、位于岩溶、洞穴、潜在滑移面时,箍筋应适当加密

(4) 按广东省《岩溶地区建筑地基基础技术规范》 DBJ_T 15-136-2018第9.3.4条岩溶强烈发育场地、桩身配筋宜符合下列规定:1纵向钢筋宜沿桩身通长配筋;2纵向钢筋的连接不宜采用搭接连接。

9、什么时候采用抛投片石处理法?

答:对于溶洞内为空洞、半填充或流塑状全充填时(溶洞高度不大于 4m),采用粘土和片石全填塞处理;溶洞内为软塑状全充填时,采用粘土及片石半填塞;溶洞内为硬塑全填充时,可不处理

10、什么情况下溶洞采用填充压实处理措施?

答:溶洞深度浅。当钻进进入空洞溶洞且空洞范围不大(一般溶洞深度在 2.5m 以内,亦可从失浆多少和快慢的情况判断)或普通的串珠状溶洞桩基础施工采用填充压实的方法。大部分溶洞应采用回填片石、粘土、水泥、混凝土等混合料(其中混凝土只在斜岩处采用)

11、什么情况下采用钢护筒?

答:对于高度大于 4m 的单个溶洞,溶洞内为空洞或流塑状土半填充,要采取在桩基中埋置钢护筒的方法处理。串珠状溶洞,溶洞间岩层厚度小于 3m可视为单个溶洞,单个溶洞高度大于 4m,且溶洞为空洞或半充填时也一样采取钢护筒的方法来处理。当表层存在淤泥质土、砂层及卵石层等流塑或离散性较强的土层时,施工过程中容易出现塌孔及地面开裂等现象,此时也可采用钢护筒防护。护筒壁厚根据受力情况、桩径、跟进深度不同而不同。 

12、岩溶地区桩基施工过程如何?

13、串珠型溶洞处理措施有哪些?

答:按贵州省《建筑岩土工程技术规范 》DBJ52/T 046-2018第7.4.4条当遇竖向溶槽、溶洞或串珠状溶洞地基时应按下列方法进行地基设计:

1、基底下存在大于等于1m的珠状溶洞时,可采用混凝土梁、板跨越,梁式结构在可靠岩石上的支承长度应大于梁高的1.5倍。梁、板在溶槽或溶洞平面投影范围外的支承面积上的基底承载力应等于或略大于基础设计荷载的1.25倍;
2、对于荷载不大的低层或多层建筑,如溶洞位于条形基础端头,跨越工程量大时,可按悬臂梁设计;溶洞位于单独基础重心一侧,可按偏心荷载设计基础;
3、如设计桩径大于溶槽宽度或竖井直径,可按悬挂式嵌岩桩进行计算,如嵌岩段的岩体基本质量等级为I级或II级岩体时,嵌岩深度应大于2倍桩径。如嵌岩段的岩体基本质量等级为III级或IV级岩体(除破碎岩体)时,嵌岩深度应大于5倍桩径,且侧阻力应大于设计荷载的1.25倍,并于基岩面上加做适当尺寸的承台;
4、岩溶洞隙发育深度较大、地下水位较高、涌水量大或不宜作降水施工的岩溶地基,可采用钻孔灌注嵌岩桩基础,将桩端嵌入洞隙底部稳定岩体内。单桩承载力根据洞隙底部的岩质、岩体完整程度按嵌岩桩基设计。桩身穿过的溶洞顶板岩体一般不计其侧阻力;基本质量等级为I级或II级岩体构成的竖向溶洞顶板,其厚度大于2m时,可将溶洞顶(隔)板厚度乘以0.75的折减系数,计入相应的侧阻力

【条文说明】7.4.4第1款,对跨越溶槽溶洞的梁、板式结构在可靠岩石上的支承长和支承面积作了具体规定。支承长度应大于梁高1.5倍的要求,系根据GB50007第6.6.9条之规定。一般情况下,岩溶洞隙侧壁都受到一定程度的溶蚀风化,其岩体强度和完整性也有一定程度的降低,为了安全计,要求梁、板在溶槽或溶洞平面投影范围外的支承面积上的承载力应等于或略大于基础设计荷载的1.25倍是十分必要的。

第3款,在一些竖向发育深度很大的溶槽或溶洞处,欲将基础置于溶槽或溶洞底板岩体内既不经济施工难度也大,如设计桩径大于溶槽宽度或溶洞直径,即桩身侧壁是嵌入溶槽或溶洞侧壁岩体中的,可采用悬挂式嵌岩桩(即空底桩)模式进行设计计算,只需桩侧阻力满足荷载要求,勿需桩底嵌入槽洞底的稳定岩体内。这一设计模式已为很多深挖难以到底的工程所使用。本条第3款规定的最低嵌岩段深度以及侧阻力应等于或大于设计荷载的1.25倍,都是从提高安全度考虑的。第4款,桩身穿过溶洞顶板的岩体是否计算侧阻力的问题,在工程实践中也是备受关注的问题。考虑到岩溶现象的复杂性,一般情况下都不计算该段岩体的侧阻力,作为安全储备,但是不分具体条件一概不予考虑的作法也是不合理的。实践表明,在中厚层至厚层白云岩和灰岩中的溶洞顶板或串珠状溶洞间的隔板,其厚度较大时岩体的完整性仍然是较好的,通过钻探、取岩样试验和超声波测试,可以判定其岩石强度和岩体完整程度,是可以做到有根据地予以利用的。故本条第4款规定,对I、II级岩体构成的竖向溶洞顶板,其厚度超过2m或串珠状溶洞的隔板厚度大于下部溶洞高度时,可将溶洞顶(隔)板厚度乘以0.75的折减系数,计入相度的侧阻力。

14、岩溶地区桩基穿越溶洞时常见处理措施有哪些?

答:按《铁路桥涵地基和基础设计规范》 TB 10093-2017第9.4.5 条 溶洞、塌陷漏斗较大或岩溶多层发育地段宜采用桩基础。岩溶地区桩基穿越溶洞时,可采取以下处理措施:

1  桩身穿越小溶洞或填充性较差的溶洞,以及桩身处溶洞埋深大于40m时,可采用填充压实(抛填片石、黄泥挤压)的方式处理。

    2  桩身穿越较大空溶洞、半填充溶洞,以及桩身穿越串珠状溶洞时,可采用钢护筒跟进防护处理。

    3  邻近既有建筑物或地表易发生塌陷的桩基础穿过岩溶时,溶洞内为半填充、无填充物或裂隙贯通时,可提前对溶洞进行注浆处理

【条文说明】

9.4.4~9.4.5  近年来,在我国铁路建设中穿越溶洞区域的情况越来越多。首先在线路选线时,应尽量绕避岩溶发育及强烈发育地区;当确实无法绕避时,设计中应根据探明的地质溶洞分部规律、地质构造,结合桥下立交等控制因素,选择最佳的桥跨方案,对于该桥下溶洞发育差别较大,个别墩台下溶洞特别发育,其他墩台不很发育的情况,应尽量调整孔跨,躲避串珠状或较大的难以处理的溶洞。为确保在特殊地质条件下工程建设运营的安全性,溶洞区地基设计时应结合地区岩溶工程的特点,对该区域范围内的桥涵基础加强施工防护,优化地基基础处理方案。以长沙至昆明、沈阳至丹东客运专线等溶洞区域设桥通过的情况。岩溶处理一般原则有以下几种:

    (1)扩大基础

    岩溶地质条件下桥梁扩大基础的溶洞处理措施有:混凝土换填和压浆。为确保基底安全,在岩溶埋藏较浅、局部有溶沟溶槽,其下部已探明无溶洞时,对基底以下溶沟溶槽采用C30混凝土进行换填处理;当基底以下存在溶洞时,通过压浆对岩溶空洞进行填充封闭处理。

    桥涵基础宜穿过溶洞置入较完整基岩中。岩溶地区的明挖或挖井基础在施工开挖至基底标高后,需在基础范围内四角及中心深约5m的范围内探明基础以下是否有溶洞存在,如有溶洞应修改设计。

    (2)桩基础

    桩基础施工时应根据地质变化情况随时修订施工方案,防止斜孔、弯孔、埋钻、卡钻、掉钻、塌陷等事故的发生。

    ①施工前应该做好溶洞处理预案,并根据预案配足必要的材料。

    ②同一基础的桩基宜逐桩施工。

    ③合理规定施工顺序。先安排外围桩而后中间桩,先安排含有较深、较大、较多溶洞的钻孔施工,先安排长桩施工。

    ④对于存在地质情况不清的柱桩,桩孔达到设计标高后,应探明桩底以下不小于5m深度范围内的岩层情况,确认没有溶洞后方可终孔。如发现桩底以下还有溶洞,应提请设计单位进行变更设计。

    ⑤位于岩溶区桥梁桩基础施工时应根据覆盖层、岩溶发育情况和溶洞填充等情况,制定安全可靠的施工方案,施工过程中应根据地质变化情况随时修订施工方案,防止斜孔、弯孔、埋钻、卡钻、掉钻、塌陷等事故的发生。

    (3)岩溶地区桥梁桩基础的处理措施

    岩溶地段的桥梁桩基础应采用经济、可靠的岩溶处理措施。溶洞处理措施一般采用钢护筒跟进、抛填片石、粘土、水泥、压浆或填压混凝土等工程措施。

    ①对一般性隐形小洞应侧重于加强造壁护壁功能,采用加强型泥浆护壁的方法。在配制优质泥浆护壁的基础上,可适当添加烧碱、水泥、木屑、草袋、片(碎)石、麻筋等混合材料,既可以达到溶洞孔壁封闭环的形成,又能增强泥浆护壁的效果。

    ②对于浅表层岩溶发育地段,冲孔施工时易引起周围地表的塌陷,施工前可对浅表层的溶洞先行注浆加固。

    ③对串珠状溶洞、空洞或其洞内填充物为软塑或卵石土且溶洞不大时,可采用单护筒跟进成孔。对溶洞深度较大、洞内填充物为流塑或空洞状的采用内外双护筒跟进成孔。在桩底以上一段长度内可根据地质的具体情况用以上几个方法综合使用,这样可加快速度,降低成本。

    ④对于邻近既有建筑物或地表易发生塌陷的桥梁桩基础在钻孔桩穿过岩溶时,当溶洞内为半填充、无填充物或裂隙贯通的溶洞时,需提前对溶洞采用注浆处理。

    概括起来,岩溶地区桩基穿越溶洞时可采取以下处理措施:

    ① 当桩身穿越小溶洞或填充性较差的溶洞,以及桩身处溶洞埋深大于40m时,一般情况下可采用填充压实(抛填片石、黄泥挤压)的方式处理。

    ②当桩身穿越较大空溶洞、半填充溶洞以及桩身穿越串珠状溶洞时,可采用钢护筒跟进防护处理措施。

    ③邻近既有建筑物或地表易发生塌陷的桩基础穿过岩溶时,当溶洞内为半填充、无填充物或裂隙贯通的溶洞时,需提前对溶洞采用注浆处理。

    ④根据地质变化情况随时修订施工方案,防止斜孔、弯孔、埋钻、卡钻、掉钻、塌陷等事故的发生。





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