巖溶地區(qū)橋梁樁基處置技術(shù)
2016-09-26
1、項(xiàng)目概況
湖南省寧道高速公路第二合同段橋位地質(zhì)情況復(fù)雜，樁基溶洞數(shù)量多，溶洞最高達(dá)21.2m，最多溶洞層數(shù)達(dá)8層，尤其是無充填的溶洞、高大溶洞、多層溶洞、深埋溶洞數(shù)量較多。根據(jù)溶洞的類型可分為四類，即空溶洞、多層溶洞、大型溶洞、有填充物溶洞。
橋位處的地質(zhì)情況由上至下分別為粘土、亞粘土、含砂亞粘土、卵石土、淤泥質(zhì)亞粘土、圓礫、弱風(fēng)化灰?guī)r。
2、溶洞處理的主要方案
2.1 修改設(shè)計(jì)，避開溶洞
2.1.1 對(duì)于多層、高大半填充、無填充溶洞（例如泠江大橋20#墩）本項(xiàng)目采取改變?cè)O(shè)計(jì)，改單樁為群樁，增加樁數(shù)量減少樁長(zhǎng)的施工方法。
圖1 20#-1鉆孔柱狀圖
2.1.2 對(duì)于覆蓋層較淺，溶洞頂板較厚的情況，可將樁基礎(chǔ)改為擴(kuò)大基礎(chǔ)；對(duì)于溶洞頂板厚度較薄，且溶洞相對(duì)小而埋置深度淺時(shí)，可采取局部加強(qiáng)的辦法，人為地加厚頂板厚度，為做擴(kuò)大基礎(chǔ)創(chuàng)造條件。
2.1.3 對(duì)于覆蓋層較深時(shí)，溶洞埋置深度也很深，由柱樁改為摩擦樁，擴(kuò)大樁徑，縮短樁長(zhǎng)；或者做成兩樁抬一柱，避開溶洞處。
2.1.4 加大跨徑，增大樁徑，減少樁數(shù)，減少溶洞處理。
2.1.5 橋梁在巖溶區(qū)，橋梁高度較小，而且在滿足排洪和修筑路堤所有設(shè)計(jì)要求的前提下，可將橋改為路堤。
2.1.6 根據(jù)橋梁用途，在滿足使用要求的情況下可以變更結(jié)構(gòu)類型，（將橋改為通道等）。
2.2 設(shè)計(jì)變截面樁，采用鋼護(hù)筒護(hù)壁
此類樁適用于高大溶洞、多層溶洞，例如泠江大橋19#-3。
圖2 19#-3鉆孔柱狀圖
2.3 溶洞樁基礎(chǔ)施工處理方法
2.3.1 挖孔樁施工
對(duì)于埋置深度較淺（10m左右）洞高小于2m的單層溶洞，地層中無較厚砂礫層或砂層，且在無水或地下水小的情況下可以采用人工挖孔。有填充的用現(xiàn)澆砼護(hù)壁，根據(jù)具體情況適當(dāng)加大護(hù)壁厚度或用鋼筋砼護(hù)壁；沒有填充的采用砌片石堵塞溶洞和現(xiàn)澆砼護(hù)壁。
施工方法如下。
?、偻诳追椒ǎ和谕劣扇斯纳系较轮饘佑面€、鍬進(jìn)行，挖土次序?yàn)橄韧谥虚g部分后挖周邊，按設(shè)計(jì)樁徑加2倍護(hù)壁厚度控制截面，允許尺寸誤差3cm。
?、跍y(cè)量控制：樁位軸線采取在地面設(shè)十字控制網(wǎng)，基準(zhǔn)點(diǎn)，將樁控制軸線高程測(cè)到第一節(jié)護(hù)壁上，每節(jié)以十字線對(duì)中，大線錘作中心控制，用尺桿找圓周，以基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量孔深，以保證樁位、孔深和截面尺寸的正確。
?、墼诘孛姘匆r砌處理挖深1m，安放模板，澆筑C15（或C20）砼形成井圈，井圈上口即井臺(tái)座比周圍地面高出20～30cm以避免井口進(jìn)水，開挖采用人工十字鎬，用人力絞車提升出渣，每開挖一段襯砌一段，當(dāng)開挖中遇到巖石可采用風(fēng)鉆或鑿巖機(jī)鉆炮眼小藥量電引爆的淺眼爆炸法施工，要在炮眼附近加強(qiáng)支護(hù)，防止震坍孔壁，爆破后再采用人工清鑿繼續(xù)開挖，以這種方式循環(huán)進(jìn)行施工，直至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。注意每次砼襯砌澆筑前都要將內(nèi)模定位一次，以保證樁的垂直度和水平位置。
④護(hù)壁施工：挖孔樁采用鋼筋混凝土護(hù)壁。
護(hù)壁厚度t=D/10+50mm（D為樁徑），護(hù)壁內(nèi)等距離放置8根Φ6-8mm、長(zhǎng)度約1m的直鋼筋，插入下層護(hù)壁內(nèi)，使上下層護(hù)壁有鋼筋拉結(jié)，以防當(dāng)某段護(hù)壁因出現(xiàn)流砂、淤泥，使摩擦力降低時(shí)，也不會(huì)遭成護(hù)壁因自重而沉裂的現(xiàn)象發(fā)生。
2.3.2 鉆孔樁施工（粘土片石筑壁法）
當(dāng)?shù)貙又杏休^厚的中粗砂層、風(fēng)化嚴(yán)重的礫石、碎石，地下涌水量較大且溶洞高度較小，溶洞有填充物或無填充物的樁基礎(chǔ)，擬采用黃土加小片石回填，用沖擊鉆小沖程沖擊成孔，根據(jù)實(shí)際情況可多次反復(fù)回填，加固護(hù)壁密度和厚度，穿過溶洞后采用正常的沖擊工藝沖擊成孔。施工方法如下。
?、佼?dāng)鉆至溶洞頂1m左右時(shí)，首先準(zhǔn)備足夠的小片石或狗頭石和粘土，粘土要做成泥球，對(duì)于半填充和無填充的溶洞要組織足夠的水源。其次在1～1.5m范圍內(nèi)改用小沖程緩慢鉆進(jìn)，逐漸將洞頂擊穿，防止突然打穿溶洞頂板，造成卡鉆，漏漿時(shí)，馬上回填，以小沖程反復(fù)沖砸，形成泥壁，堵塞洞內(nèi)的通道，防止孔壁坍塌和泥漿流失。必要時(shí)提前對(duì)溶洞進(jìn)行注漿處理。
②根據(jù)鉆孔的進(jìn)尺情況，在擊穿洞頂之前，要有專人觀測(cè)護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應(yīng)迅速補(bǔ)水。擊穿洞頂后，在溶洞內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)填充物的不同，要采取不同的鉆進(jìn)方法。溶洞內(nèi)無充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3m以內(nèi)，但存在嚴(yán)重漏水，護(hù)筒內(nèi)水頭高度不能保持時(shí)，可采有片石加粘土（按1：1體積比）回填沖擊，使其形成泥石護(hù)壁。反復(fù)多次回填片石粘土，反復(fù)沖擊直至形成泥石護(hù)壁不再漏漿為止。如此反復(fù)使鉆孔順利穿過溶洞。
③對(duì)于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有較厚的沙礫層時(shí)，為防止泥漿突然流失，造成孔壁坍塌，采取護(hù)筒跟進(jìn)法施工。
?、軐?duì)小型或多層溶洞，為防止其不與相鄰孔竄孔或成孔后孔型有葫蘆狀，必要時(shí)可灌注低標(biāo)號(hào)砼進(jìn)行填充，等強(qiáng)后再鉆進(jìn)。
⑤鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高并清孔后，對(duì)孔徑、孔深、豎直度和孔底地質(zhì)是否與設(shè)計(jì)相符合，孔底泥漿沉淀厚度等進(jìn)行檢查，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后，進(jìn)行清孔。
另外，溶洞樁基礎(chǔ)施工處理方法還可以采取護(hù)筒跟進(jìn)法、挖鉆結(jié)合法等。
3、施工中出現(xiàn)的問題的預(yù)防和處理
3.1 坍孔 鋼護(hù)筒只有1～2m高，座落在砂礫和卵石層上。當(dāng)沖擊到溶洞后，突然漏漿造成水頭高度急劇下降，砂礫和卵石層失去穩(wěn)定，形成漏斗狀的坍孔。
3.1.1 預(yù)防坍孔的方法 采用沖擊鉆沖孔施工時(shí)，可將鋼護(hù)筒座落在亞粘土層上，再繼續(xù)沖擊成孔，也可避免坍孔；發(fā)現(xiàn)漏漿及時(shí)補(bǔ)水。
3.1.2 坍孔的處理方法 ①當(dāng)成孔深度不大時(shí)，可全孔回填粘土，并暫停一段時(shí)間后，再深埋鋼護(hù)筒不透水層方可重新鉆孔。②當(dāng)成孔深度較大時(shí)，可將鋼護(hù)筒一直座落在坍孔的嗽叭口下緣的亞粘土層上，護(hù)筒周圍回填粘土，擠實(shí)，再重新鉆孔。
3.2卡鉆原因和處理方法：①?zèng)_擊鉆刃腳磨鈍、孔徑變小，造成卡鉆。應(yīng)經(jīng)常對(duì)沖擊鉆進(jìn)行補(bǔ)刃。②孔不圓，形成梅花孔。最好用6刃和4刃鉆頭打圓孔，不用一字鉆。③鉆頭在沖擊填充的片石時(shí)，進(jìn)起的石塊將鉆頭和孔壁的空隙擠住，鉆頭不能上下?？煞判∨谡鸹钽@頭，也可用小沖擊鉆沖動(dòng)，或用沖吸的方法將卡在鉆頭的石碴松動(dòng)再提出。④鉆頭沖破溶洞頂板，掉入溶洞，鉆頭傾斜，提不出來，應(yīng)放小炮炸頂板巖。⑤卡鉆時(shí)不宜強(qiáng)提，免得拉壞機(jī)械，拉斷鋼絲繩，掉鉆頭，應(yīng)仔細(xì)分析原因，不可妄動(dòng)。
3.3 斜孔
斜孔是由于巖石表面傾斜或出現(xiàn)探頭石，致使鉆頭沿軟的低的部位下滑造成的。解決的方法是回填片石，也可以灌注水下砼，待強(qiáng)度形成后用小沖程打緊繩反復(fù)沖擊，直至調(diào)正過來為止。過大的沖程會(huì)成孔不圓，造成斜孔，一般應(yīng)采用1～4m為宜。
3.4 漏漿
在沖擊成孔中，由于有的溶洞與地下暗河或其他溶洞相通，泥漿迅速流走，水頭高度急劇下降，造成漏漿。在溶洞樁基施工中，要在孔邊備足一定數(shù)量的片石和粘土，一旦出現(xiàn)漏漿，要及時(shí)回填片石粘土沖擊造壁，并且馬上補(bǔ)水，防止水頭高度繼續(xù)下降。
3.5 坍孔埋鉆
埋鉆的原因是坍孔造成的。施工中發(fā)現(xiàn)漏漿應(yīng)立即將鉆頭提到孔外，如果未及時(shí)提鉆，漏漿后坍孔，鉆頭便被埋在孔中。
4、結(jié)語
通過對(duì)巖溶地區(qū)樁基溶洞處置方案的研究，對(duì)今后在巖溶地區(qū)橋梁樁基施工，特別是存在有無充填溶洞、半填充溶洞、高大溶洞、多層溶洞、深埋溶洞的樁基施工有著非常重要參考價(jià)值。
