巖溶地區(qū)橋梁樁基施工研究
2016-09-26
0 引言
新建滬昆客運專線大貓坡特大橋地處貴州省平壩縣，橋址主要出露碳酸鹽灰?guī)r地層。地表巖溶主要為溶洞、溶溝、溶槽以及溶蝕小孔。一般洞內(nèi)有水，上部垂直巖溶較發(fā)育。地表下40m左右則以水平巖溶發(fā)育，多表現(xiàn)為地下暗河通道。暴雨季節(jié)個別洞口則為地下水出口。地下巖溶主要為巖溶洞穴，除個別橋墩、臺未揭露溶洞以外，大部分墩臺均為揭露溶洞，鉆孔揭示大多為串珠狀溶洞，有的溶洞全充填，有的溶洞無充填，一般洞徑0.5～6m，局部伴有巖溶破碎帶發(fā)育。
溶洞大概可分為4類，即空溶洞、串珠狀溶洞、大型溶洞、有充填物溶洞（全填充、半填充）。類型主要以有填充物溶洞為主，其充填物主要有半充填淤泥質(zhì)土、砂礫、碎石、卵石、粘土等；串珠狀溶洞一般單層高度較小。為了保證巖溶發(fā)育地區(qū)鉆孔灌注樁施工過程中不漏漿，或漏漿但不發(fā)生坍孔，保證樁孔順利成孔、成樁并滿足承載力要求，施工時應根據(jù)地質(zhì)鉆孔柱狀圖來判別溶洞地層情況、空洞大小、溶洞填充物情況，根據(jù)不同的溶洞采取不同方案。
1 施工措施
根據(jù)大貓坡特大橋地質(zhì)特點，樁基巖溶處理擬采用常規(guī)泥漿護壁方法、向孔內(nèi)拋填片石黃泥、回填素混凝土、壓力注漿以及采用鋼護筒跟進等不同施工工藝。
1.1 常規(guī)成孔方案 當溶洞有填充物，填充物是可塑或軟塑的亞粘土，且溶洞不漏水，這時不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向數(shù)量有多少，都不考慮溶洞的存在，按正常地質(zhì)情況施工。
1.2 片石黃泥回填 若樁基巖溶高度達不到5m，采用一般成孔方法施工即可。當鉆穿溶洞漏漿時，可借助鉆頭沖擊力將填入洞內(nèi)的鋸末、水泥、燒堿、石片、黃泥壓進巖溶裂隙，使孔壁結(jié)構(gòu)更為牢固。粘土和片石應按照3：7的配比填加，按粘土的10%添加鋸末，每米使用2包水泥即可。使用粒徑為15～50cm、強度≥30MPa的石灰?guī)r作片石。用水泥袋裝黃泥，整袋溶巖裂隙。摻加方法為：片石和粘土袋分層間隔加入，回填至溶洞頂板以上1m處。
回填時，護筒內(nèi)泥漿標高、四周地表沉降情況以及鉆機運行情況都要留意，若有漏漿等突發(fā)狀況，可及時采取補救措施。參照地質(zhì)柱狀圖，要在挨近溶洞的部位勤于觀察，經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員通過抽取的巖樣、沖擊巖層的響聲、握住沖擊主繩的手感等途徑來估測施工部位與巖溶地層的距離。接近巖溶時主繩數(shù)據(jù)是不是偏小，防止穿巖殼時卡鉆。鉆穿巖溶地層上殼時，一旦漏漿，要及時投放粘土塊、片石并補漿液，以保持孔內(nèi)泥漿高度。
該施工方法簡單有效，造價較低。適用于較小的無填充物或半填沖溶洞（溶洞高度小于5m）。
1.3 素混凝土回填 根據(jù)一般工藝流程進行成孔施工，若碰上傾斜巖面，或鉆穿溶洞漏漿，則改用低標號混凝土繼續(xù)填孔，間歇一定時段在混凝土終凝后用沖擊鉆成孔。用于成孔施工的混凝土為C20或C15、C10素混凝土?？蓪⒍吭鐝妱┘尤牖炷林校钥焖僭龃笏鼗炷恋脑缙趶姸?，縮短工期。遇到傾斜巖面需對孔位進行校正，使斜巖面頂面和回填素混凝土持平，對于溶洞處，回填頂面要比溶洞頂板高出50厘米。
施工中回填時間不宜過長，終凝時間一般不超過48h，待溶洞完全填充且強度達到后進行樁基施工。無填充物的中、小溶洞均可采用此方案。施工方法簡單，造價相對較高。
1.4 注漿加固 參照圖1所示的地質(zhì)柱狀圖，對樁穿過的溶洞進行水泥漿填充和加固。
①注漿孔布設(shè)：按鉆孔柱狀圖確定最大溶洞進行注漿加固。連通的溶洞也選擇其中最大的溶洞進行注漿。②注漿壓力控制：通過注漿泵注漿，注漿壓力最好不超過0.5～1.0MPa，根據(jù)現(xiàn)場試驗確定具體的壓力值。為使?jié){液充分滲入到砂石等填料內(nèi)，注漿速度必須控制在15～20L/min以內(nèi)，滲透直徑不得低于3.0米，確保漿體凝固后沖鉆成孔有足夠的固結(jié)體。在注漿過程中，一定要不要讓滲透半徑超出限定范圍，且要留意注漿管是否已插到填充物底部。隨著注漿過程的持續(xù)推進，根據(jù)注漿速度勻速向上提升注漿管。③施工需要注意的事項：注意避免漿液流失，浪費原材料，通過間歇注漿的方法，待填充物和漿體膠結(jié)后才可以繼續(xù)注漿，當注漿壓力、注漿量滿足工程要求后方可停止循環(huán)注漿。要逐孔進行注漿加固，并按照現(xiàn)場施工情況適當增加注漿壓力，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場自行掌握，待溶洞完全填充且強度達到后方可進行樁基施工。
該方法適用于任何形式的溶洞處理，但造價較高，多適用于小型（高度小于1米）或多層溶洞（多層串珠狀小溶洞），也可用于各種有填充物的溶洞。 1.5 鋼護筒跟進加固 采用鋼護筒跟進法：一面沖孔，一面接鋼護筒，并且將其壓到或震動下沉至已鉆成的孔內(nèi)孔底標高或者溶洞底標高（圖2）。
內(nèi)護筒長度和內(nèi)徑的確定：護筒長度L=（h+H）m（h為超前鉆確定的溶洞高度，H為溶洞頂?shù)降孛婕?0厘米的高度）；鋼護筒孔徑要準確，連接順直，用卷揚機成型。鋼護筒要有一定的剛度，直徑1m的樁基護筒板厚10mm，直徑1.25m的樁基護筒板厚12mm。為保證鋼護筒順利下滑，要求樁孔豎直，無歪斜、縮頸。溶洞高度大于5m時，施工中一般采用鋼護筒跟進加固。
2 施工注意事項
2.1 工藝選擇：為確保巖溶發(fā)育地區(qū)鉆孔灌注樁施工時不漏漿，或漏漿但不發(fā)生坍孔，在承載力達到施工要求的前提下不影響樁基的成孔、成樁施工，作業(yè)時先參照地質(zhì)鉆孔柱狀圖，對空洞大小、溶洞地層及其填充物進行分析，確定最佳施工方案，通過常規(guī)泥漿護壁方法，向孔內(nèi)拋填（片石、黃土、水泥、鋸末、稻草、素混凝土等），采用混合材料以增加粘合力提高填充物的強度，壓力注漿以及采用鋼護筒跟進等不同施工工藝。
2.2 孔位選擇：樁基鉆孔順序總體按先長樁后短樁，先中間樁后四周的原則。對于溶洞貫通的樁基，先施工溶洞底板低的樁，后施工其他的樁；先施工大巖溶再小巖溶；盡量隔孔施打，減小樁位間的撓動應力。
2.3 孔口加固：巖溶發(fā)育地區(qū)，孔口下沉量極其明顯，導致護筒下沉，更甚者導致孔口大面積塌陷。加固措施如下：①在護筒周圍回填片石、沙袋、低標號砼皆可，最后用機械配合壓實固結(jié)；注意的是不要破壞護樁，回填時先校正護筒，盡量將護筒中心與樁心重合，再進行壓實。②對于土層較淺的可加長護筒，讓護筒塹巖，以增加護筒周圍的摩擦力及巖層的承載力，來減小下沉的位移量。③增加橫向支撐，用方木、鋼管或工字鋼來固定護筒，增加護筒的受力面積，防止下沉。
2.4 時間上的控制：如一個溶洞經(jīng)多次回填后仍無法通過，則可先將鉆機調(diào)走施工其他墩位?？孜换靥顫M，待其溶洞回填物穩(wěn)定后重新鉆進。
3 結(jié)論
滬昆客運專線大貓坡特大橋總計樁基346根，分別使用了以上五種施工工藝，樁檢結(jié)果均為I類樁，具體應用情況見表1。
滬昆客運專線巖溶地質(zhì)下樁基的施工根據(jù)復雜的地質(zhì)情況，采取靈活多變的處理方案，不僅節(jié)約了成本，還加快了施工進度，對相似地質(zhì)下的樁基施工具有一定的借鑒意義。
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