巖溶地區(qū)橋梁超長鉆孔灌注樁施工技術(shù)
2016-10-08
1.工程概況
新建武漢至廣州鐵路客運專線白土特大橋位于廣東省韶關(guān)市曲江區(qū)白土鎮(zhèn)境內(nèi),全長1548.58米,起迄里程為DK1996+769.71~ DK1998+318.29?；A(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),共322根,由于地質(zhì)情況復(fù)雜,溶洞較多,橋梁樁長設(shè)計不等,樁長最長達(dá)63米,樁基直徑1.25米,樁底嵌入完整基巖2米以上。墩柱高度10米以上為空心墩,墩柱最高為11.5米。梁體采用無碴軌道32m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙線整體簡支箱梁,盆式橡膠支座。軌道采用雙塊式無碴軌道。
2.施工工藝
鉆孔樁施工工藝流程為:平整場地→測定樁位→埋設(shè)護(hù)筒→樁機(jī)就位→鉆孔(設(shè)泥漿池制備泥漿、沉淀池清渣)及溶洞處理→第一次清孔→下鋼筋籠→下導(dǎo)管→第二次清孔→灌注混凝土。
3.施工機(jī)械選擇
鉆機(jī)應(yīng)根據(jù)樁徑和地質(zhì)條件選擇。鉆機(jī)選用沖擊鉆,鉆頭宜選用十字絲鉆頭;鋼絲繩應(yīng)考慮到安全系數(shù),安全系數(shù)不得小于16,鋼絲繩不得有斷絲、脫絲超過1/3現(xiàn)象;鉆架應(yīng)焊接牢固,基底應(yīng)平穩(wěn),地質(zhì)松軟時應(yīng)遠(yuǎn)離樁孔,以免造成側(cè)壓力而導(dǎo)致塌孔;鋼護(hù)筒采用5mm厚鋼板制作,為增加剛度防止護(hù)筒變形,在護(hù)筒上、中、下部各焊一道箍筋進(jìn)行加強。
4.成孔質(zhì)量控制
成孔是混凝土灌注樁施工中的一個重要部分,其質(zhì)量如控制得不好,則可能會發(fā)生塌孔、縮徑、樁孔偏斜及樁端達(dá)不到設(shè)計持力層要求等,還將直接影響樁身混凝土灌注質(zhì)量和造成樁承載力下降。因此,在巖溶地區(qū)超長鉆孔樁成孔的施工技術(shù)和施工質(zhì)量控制方面應(yīng)著重做好以下幾項工作。
4.1采取隔孔施工程序
鉆孔混凝土灌注樁和錘擊樁不同,錘擊樁是將周圍土體擠開,樁身具有很高的強度,土體對樁產(chǎn)生被動土壓力。鉆孔灌注樁則是先成孔,然后在孔內(nèi)成樁,周圍土移向樁身土體對樁產(chǎn)生動壓力。尤其是在成樁初始,樁身混凝土的強度很低,且混凝土灌注樁的成孔是依靠泥漿來平衡的,故采取較適應(yīng)的樁距對防止坍孔和縮徑是一項穩(wěn)妥的技術(shù)措施。對同一墩臺上不同樁位鉆孔應(yīng)采用對角鉆孔,隔孔施工。
4.2先施工較長、溶洞較多的樁孔
溶洞即為巖層中夾有的土質(zhì)、砂土裂隙或空洞。鉆孔樁施工中遇有溶洞會出現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面下降而無法施工。施工中應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙及地質(zhì)報告,同一墩臺上不等樁長設(shè)計時應(yīng)先行施工樁長較長、溶洞較多、施工較難的樁孔。鉆孔樁中有溶洞的樁一般第一顆樁孔施工時較困難,一定要保證所遇到的溶洞都處理好了之后才能進(jìn)行混凝土灌注。
4.3確保樁身成孔垂直精度
為了保證成孔垂直精度滿足設(shè)計要求,應(yīng)采取擴(kuò)大樁機(jī)支承面積使樁機(jī)穩(wěn)固,經(jīng)常校核鉆架及鉆桿的垂直度,施工過程中經(jīng)常進(jìn)行測量檢查,校對護(hù)樁等措施,并于成孔后下放鋼筋籠前作井徑、井斜超聲波測試,可采用驗孔器對樁孔孔徑、傾斜度進(jìn)行檢查。
4.4 確保樁位、樁頂標(biāo)高、成孔深度及第一次清孔
在沖擊鉆孔過程中應(yīng)做好沖擊鉆孔記錄,應(yīng)每兩小時記錄一次,標(biāo)明各類土石層所處位置及厚度,特別是應(yīng)記錄好遇到溶洞時的位置及深度。
雖然鉆頭到達(dá)的深度已反映了成孔深度,但是如在第一次清孔時泥漿比重控制不當(dāng),或在提升鉆頭時碰撞了孔壁,就可能會發(fā)生坍孔、沉渣過厚等現(xiàn)象,這將給第二次清孔帶來很大的困難,有的甚至通過第二次清孔也無法清除坍落的沉渣。因此,在提出鉆頭后應(yīng)用測繩復(fù)核成孔深度,如測繩的測深比鉆桿的鉆探小,就要重新下鉆頭復(fù)鉆并清孔。同時還要考慮在施工中常用的測繩遇水后縮水或拉伸的問題,因其最大收縮率達(dá)1.2%,為提高測繩的測量精度,在使用前要預(yù)濕后重新標(biāo)定,并在使用中經(jīng)常用鋼尺進(jìn)行復(fù)核。
5.成樁質(zhì)量控制
高性能混凝土以其有較好的施工和易性、較高的后期強度、抗侵蝕性能好、較長的耐久性為特點,是客運專線混凝土施工中應(yīng)采用的原材料。白土特大橋其耐久性設(shè)計為一百年,普通混凝土很難達(dá)到要求。在混凝土中摻入一定量的礦物摻和料,可以有效改善和提高混凝土工作性和耐久性,并能對提高混凝土抵抗鹽、酸等化學(xué)化學(xué)腐蝕介質(zhì)的能力有很大的作用。施工中采用高性能混凝土配合比,保證混凝土質(zhì)量。
對有溶洞的鉆孔樁,首先在鉆孔施工中應(yīng)將溶洞堵塞,保證鉆孔安全及混凝土的順利灌注。在鉆孔過程中應(yīng)注明溶洞所處的深度及高度。在混凝土灌注中在遇有溶洞處應(yīng)適當(dāng)把導(dǎo)管埋深加大,并隨時觀察混凝土下落速度、孔內(nèi)泥漿面及泥漿溢出量。
6.溶洞判斷
主要通過以下方法進(jìn)行判斷,1)準(zhǔn)確的地質(zhì)資料圖;2)聽聲音,看氣泡:如遇巖溶空洞時能聽到咚咚的聲音,并能看到有大量氣泡往上冒;3)孔內(nèi)水位突然下降;4)與其相鄰的孔內(nèi)水位下降至同一個水平面:下部巖溶已連成一體形成空洞;5)鉆孔鉆進(jìn)速度,遇有溶洞時鉆進(jìn)速度較快;6)當(dāng)擊穿面超過中心面,鉆頭突然傾斜、突然下落;7)地面沉降、塌方。
7.溶洞處理
鉆孔過程中遇有溶洞時必須對溶洞堵塞,以保證鉆孔過程中的安全及混凝土的順利灌注。溶洞處理可采用以下幾種方法:
1)抽漿補漿:主要處理緩慢漏漿或機(jī)械回填不及時如裂隙漏漿等;
2)回填黃粘土:回填的黃粘土必須采用機(jī)械加水拌和成塊狀往孔內(nèi)回填,如是松散黃粘土不成整體會對孔內(nèi)形成造漿,起不到溶洞堵塞作用;
3)回填黃粘土加片石拌和:片石與黃粘土必須拌和后回填;
4)水泥、黃粘土加片石拌和;
5)巖溶注漿:對溶洞所處的高度進(jìn)行超前巖溶注水泥漿:需有準(zhǔn)確的地質(zhì)資料;
6)混凝土圍圈法:可先在溶洞處先澆筑混凝土進(jìn)行圍蔽;
7)鋼護(hù)筒跟進(jìn):下6米以上的鋼護(hù)筒至溶洞位置,代價較大;
8)地表冷凍法:工藝不成熟,一般不采用;
9)以上幾種方法混合采用。
溶洞處理方法:由簡到繁。
8.超長鉆孔樁施工及常見故障處理
超長鉆孔樁在施工中應(yīng)對樁徑、樁長、樁位偏差及樁傾徐度進(jìn)行嚴(yán)格控制。在施工中要隨時對樁位進(jìn)行測量,檢查護(hù)樁。對發(fā)現(xiàn)有偏孔的應(yīng)及時進(jìn)行處理。
鉆孔樁常見故障及處理如下:
1)地表塌孔:應(yīng)查明原因和位置,進(jìn)行分析處理。坍孔不嚴(yán)重時,可采用加大泥漿比重、加高水頭、加深護(hù)筒等措施后繼續(xù)鉆進(jìn);坍孔嚴(yán)重時,先用片石擠壓夯填后再進(jìn)行鉆孔,必要時回填重新鉆孔。
2)徐孔、彎孔、梅花孔:主要是遇有較大突石、孤石,鉆頭滑偏或鉆架移動?？商嵘@頭重新調(diào)整鉆架并進(jìn)行固定后再鉆孔,將鉆頭提起到偏斜處進(jìn)行反復(fù)掃孔,直到鉆孔正直。如發(fā)生嚴(yán)重彎孔、梅花孔、探頭石時,應(yīng)采用小片石或卵石與黏土混合物回填到偏斜處,待填料沉實后再重新鉆孔糾偏。
3)擴(kuò)孔、塌孔、縮孔:可采用拋填片石(加黃泥)、護(hù)筒跟進(jìn)(如護(hù)筒卡住可再做較小的套筒)、迅速補水、混凝土圍圈法、注漿法等進(jìn)行處理。
4)卡鉆:主要是因為鉆頭磨損嚴(yán)重、探頭石未沖碎、砂礫層較厚、孔內(nèi)掉下物件、粘土層中沖擊深度太大等原因造成。不應(yīng)強提鉆頭,應(yīng)采取晃動大繩以及其他措施,使鉆頭松動后再提起。先分析原因?qū)?yīng)進(jìn)行處理。
5)卡鉆、埋鉆:主要是塌孔、鉆頭停鉆時間過長、孔壁落石及鉆頭磨損嚴(yán)重未更換而未拔出、泥漿抽漿太快。先分析原因?qū)?yīng)進(jìn)行處理,可采用邊左右晃動大繩邊提升鉆頭、高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行沉渣翻動進(jìn)行處理,必要時可采用孔底小藥量爆破沖擊鉆頭(須有項目部審批方案)。發(fā)生卡鉆、掉鉆、埋鉆時嚴(yán)禁人員進(jìn)入沒有護(hù)筒或其他防護(hù)設(shè)施的鉆孔內(nèi)。必須進(jìn)入有防護(hù)設(shè)施的鉆孔時,應(yīng)確認(rèn)鉆孔內(nèi)無有害氣體和備齊防毒、防溺、防埋等保證的安全措施后方可進(jìn)入,并應(yīng)有專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場指揮。
