典型岩溶地质条件下岩溶裂隙水控制技术研究
如何有效解决岩溶地质地貌下的涌水控制,对基础工程施工有很大影响。本文仅以昆明置地广场建设项目为工程实例,对岩溶地质条件下岩溶裂隙水控制技术进行探讨和研究。
1 概述
1.1 工程概况
昆明置地广场建设项目位于云南省昆明市交三桥,人民中路与北京路交会处。其总建筑面积约为22万m2,4层地下室,上部T1塔楼共53层,总高度260m,功能为办公,结构形式为采用核心筒-外框架结构组合的混合结构;T2塔楼共49层,高169.6m,功能为住宅,结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构(见图1)。地下室主楼埋深20.6m、最深26.5m,整个场地基岩埋深呈北浅南深的规律,现场北侧基岩埋深地下15m左右,现场南侧基岩埋深地下50m左右。基坑面积3 700m2,场地属典型的岩溶地质地貌,地下裂隙、石笋石芽等较发育,特别是岩溶裂隙水涌水的水量、裂隙路径等均不规则,且涌水量非常大,平均每天涌水量达5 000~6 000m3,且具有较高承压性。
1.2 工程及水文地质
场地的工程地质条件及现场开挖情况:(1)1倍开挖深度内南侧昆船职工住宅共3栋,距基坑最近仅5.3~7.7m,7层结构,基础不详;南侧广发银行大楼,距离基坑12m左右,25层钢筋混凝土结构,桩基础,桩长不详;南侧广发银行大楼附楼,距离基坑5.3m左右,3层,基础不详;东侧地铁1号线及交三桥站。(2)2倍开挖深度内南侧昆船大楼,20层,基础不详,距基坑24.5m;西侧吹箫巷居民宿舍楼共4栋,7层砖混结构,天然基础,距基坑约16m;北侧国地局住宅楼,框架结构,共17层,距离基坑25m,基础不详;北侧银海国际公寓,框架结构,共34层,距离基坑24m,桩基础(见图2)。
图1 项目三维模型
图2 项目周边情况示意
1.3 不良地质现象
现场施工场地范围内,不良地质作用主要表现为岩溶、砂性土层及浅部土层富水。岩溶:表现形式为溶蚀孔、槽及个别小型溶洞,且溶洞内被较少量黏性土填充,底部岩体(灰岩)发育有多组斜交及垂直裂隙,裂隙宽度变化较大,裂隙间以钙质、泥质充填后重新形成胶结,裂隙多伴有溶蚀现象。砂性土层:地基岩土层中部,分布有河、湖(沼)相沉积的饱和粉土、粉砂(局部加细砂),均存在液化问题。浅部土层富水:浅部的圆砾、粉土、粉砂等,圆砾层多被黏性土充填,富水性、渗透性较弱。
2 裂隙水涌水控制施工方案
昆明置地广场建设项目地下基础工程总体采用“主楼区地下室顺作,普遍区地下室逆作”方法施工,主楼区采用1 000mm厚地下连续墙作为围护结构,逆作区采用800mm厚地下连续墙“两墙合一”支护。根据基岩埋深不同,地下连续墙施工深度按入岩及土层厚度控制,入岩最浅处超过基底开挖面标高5m(地下24m左右),最深处超过基底20m(地下40m左右)。地下水位在地面下2m,基坑15m以下遇基岩,岩溶裂隙水涌水严重,故无法按常规工艺施工。结合现场实际,针对岩溶地区裂隙水涌水贯穿基础施工整个过程的特点,运用“封堵、疏导、汇集、强排”综合治理原理进行涌水控制、处理。对地质勘探孔注浆封堵,对裂隙水采取“明沟+盲沟+可封闭抗浮钢质集水井+自吸式自动控制泵”的方式综合治理,通过汇集涌水,强排处理,回收利用地下水,直到筏板封闭、可停止降排水为止。
昆明置地广场建设项目通过对460个地质孔进行封堵(累计达5 000m),控制注浆质量,有效控制了土方开挖阶段从地质勘探孔涌出的裂隙水,同时防止了地质勘探孔对裂隙的贯通作用。在涌水量较大位置设置8个直径2m、高1.5m、厚12mm钢护筒集水桶进行强制排水。综合治理裂隙水涌水、强排水集水平面位置如图3所示。
图3 综合治理裂隙水涌水、强排水集水平面布置
3 裂隙水涌水控制施工
3.1 地质勘探孔封堵
为了防止在开挖过程中承压水从勘探孔孔位中涌水,对基坑安全造成严重影响,对所有勘探孔施工结束后均进行了注浆封堵,施工采用水下速凝水泥浆,利用压力注浆泵对其由下至上进行灌注回填后,采取高压注浆,注入水下速凝水泥浆,注浆压力控制在0.2~0.5MPa,封堵深度与勘探孔深一致,钻孔孔径108mm,钻杆直径67mm,注浆后养护≥3d方可进行水位以下土方开挖。将喷射注浆管插入预定深度,插管过程中为防止泥砂堵塞喷嘴,可边射浆边插管,水压力一般≤1MPa;或可采用其他保护喷嘴防堵的手段。当喷射管到达预定深度后,由下向上喷射注浆。严格控制浆液初凝时间,确保注浆质量,注浆管分段提升的搭接长度≥300mm。
施工完毕,将注浆管与机具设备冲洗干净,管内不得残留水泥浆,移机进行下一孔位施工。喷浆浆液应根据场地的地质情况,在封堵具有承压透水层的岩溶层时,在水泥浆液中掺入适量的水玻璃及水泥絮化剂,使浆液在承压水中流动性差,易在承压水中形成水泥浆固结体。
3.2 土方开挖排水
土方开挖时采用“明沟+盲沟+集水井”抽排裂隙水涌水。对于岩溶裂隙水涌水地区,基础土方开挖过程中会出现大量涌水,土方分层开挖时采取分片、分层顺序开挖,先开挖一侧到层底后,在低于层底0.5m以下开挖明沟、集水井进行集水明排,另外一侧交替开挖到基底。开挖到基底后,局部揭露裂隙,采用分段、间隔进行二次注浆、三次注浆封堵部分裂隙,并在集水坑底部开挖集水井,筏板底部涌水集中位置开挖明沟引导裂隙水涌水流动方向,按有组织排水排入集水井进行抽排。基坑侧壁的裂隙在基坑止水方案中得到有效止水和监控(见图4)。
图4 基坑土方开挖及盲沟施工
3.3 筏板施工阶段裂隙水涌水控制
在电梯底坑、集水坑等位置1.5m以下设置预埋钢质过滤汇水井,汇水井与明沟连通设置,最后在汇水井周边及底层明沟内回填毛石转为盲沟,基底铺设1层碎石滤水层,将基底涌水引入盲沟,形成基底排水系统。筏板垫层完成后在集水井内安装穿越筏板式可封闭抗浮钢质降水井,降水井与筏板钢筋焊接连接,抽水设备设置在井内抽排涌水,将水位控制在垫层下1m,保证坑底操作面干燥,集水通过排水栈桥引入坑外。待筏板施工完成后将抽水泵移到筏板面,改为自吸泵强排涌水,如图5,6所示。
图5 集水坑内预留强排水集水管
待结构主体封顶、地下达到封井条件时,将抽水泵切换为真空自吸泵继续抽水,将抽水管外钢质集水井底部封闭,上、下层双向钢筋与钢制集水井焊接、浇筑比筏板高一个强度等级的微膨胀混凝土至井口下0.5m,等第1次混凝土强度达到100%后,将抽水管上阀门关闭、拆除上部管道,并将端部堵死,补浇上部0.5m混凝土完成封井,如图7所示。
图6 穿越筏板可封闭抗浮集水井安装
图7 封堵集水坑内预留强排水集水管
4 结语
昆明置地广场建设项目在基础工程桩施工阶段对成孔、孔底沉渣清理、水下混凝土等方面进行质量控制及采取桩底环形注浆工艺处理,并采取穿越筏板式可封闭抗浮钢制集水井抽排地下水的施工措施,无需特殊设备及采取工艺较复杂的措施进行解决,施工成本较低,有效解决了岩溶裂隙水涌水的水量、裂隙路径等均不规则造成的施工难题,取得较好效果,保证了项目顺利施工。
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