巖溶地區(qū)樁基施工探討
2016-10-17
一、工程概況
廣樂高速第T30合同段位于廣州花都區(qū)，本工程共計有橋梁樁基998根，橋梁基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，大部分橋址所處地區(qū)巖溶較發(fā)育，有溶洞、土洞分布，局部以溶蝕溝槽為主，為不良地質(zhì)現(xiàn)象，對橋梁施工有較大影響。
考慮所處地區(qū)為巖溶地區(qū)，在進行樁基施工前逐樁進行地質(zhì)勘探。勘探結(jié)果顯示本工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)以砂層為主，溶洞見洞率達到40%，地下溶洞高度在0.2米~15.5米之間，并且多處多孔位出現(xiàn)串洞。
二、溶洞處理原則
1、在巖溶地區(qū)必須逐樁鉆探，詳細記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型。
2、對填充物進行土工試驗，分析其物理力學(xué)特性，檢測容重、含水量、孔隙率等。
3、根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對每根樁設(shè)計出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。
4、遇到特大（超過8m）溶洞時，必須請監(jiān)理工程師和設(shè)計單位核查，明確處理方案，指導(dǎo)施工。
三、溶洞處理方法
根據(jù)溶洞的大小、充填狀態(tài)、是否漏水及溶洞垂直個數(shù)采取相應(yīng)的處理方法。
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1、對地質(zhì)資料中出現(xiàn)溶洞的樁基礎(chǔ)，應(yīng)加大泥漿制備量，以應(yīng)付隨時出現(xiàn)的失漿現(xiàn)象，同時根據(jù)需要加大泥漿稠度。
2、鉆空口附近作管線探測，對重要管線以及臨近建筑物提前做好保護措施。
3、在鉆孔口位置儲備一定數(shù)量的粘土，并用纖維袋裝好。同時儲備一定數(shù)量片石，儲備量大小依據(jù)溶洞大小而定并確保及時調(diào)運。
4、鉆機安裝時，盡量加大觸地面積，安放足夠枕木，在樁基后側(cè)用纜繩拉住穩(wěn)定。
5、在鉆孔附近，儲備一定數(shù)量鋼護筒，以應(yīng)突發(fā)事故。
（二）施工方法概述
1、常規(guī)成孔法
當溶洞有充填物，是全充填可塑或軟塑的粘性土，且溶洞不漏水，則基本上可以不考慮溶洞的存在，而按正常地質(zhì)情況施工。只是在成孔施工時應(yīng)注意提高泥漿的性能，加強泥漿護壁的作用，并保持孔內(nèi)泥漿水頭高度。
適用于小溶洞（溶洞高度小于3米）或大溶洞（溶洞高度3~8m），溶洞內(nèi)全充填粘性土，且在成孔過程中溶洞基本不漏水，不漏漿。
2、片石粘土回填法
采用正常成孔方法施工，當鉆穿溶洞漏漿時，反復(fù)投入黃土和片石，利用鉆頭沖擊將黃土和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中，還可摻入水泥、燒堿和鋸末，以增大孔壁的自穩(wěn)能力。
施工方法：為有效利用片石，片石與粘土的比例約為1:1；摻加水泥時，摻加比例為每米2包；摻加鋸末時，摻加比例為粘土的10%。其中片石采用強度30~60MPa花崗巖或石灰?guī)r，石塊粒徑以15~50cm為宜。摻加粘土是采用水泥袋包裝后投放效果更佳。水泥投放方法為以整袋投放為佳。摻加方法為：片石、粘土袋（可選擇添加水泥、鋸末，也可不添加）分層間隔摻加，回填高度為溶洞頂板以上1~2米處。
主要適用范圍：
?。?）本方法適用范圍很廣，除可單獨適用外，還可以與其它溶洞處理方法結(jié)合使用。
?。?）特別適用于小溶洞（溶洞高度小于3m），溶洞內(nèi)全充填中粗砂，鉆頭穿過溶洞時發(fā)生漏漿。
（2）適用于小溶洞，無充填物或半充填。對于溶洞高度1.5m~3m的無充填物的溶洞，采取本方法時要謹慎，要綜合考慮溶洞的體積、溶洞頂部巖層和覆蓋層的厚度、覆蓋層的土質(zhì)、周邊構(gòu)筑物環(huán)境及管線情況。對于存在鉆孔沖破溶洞頂板時，泥漿瞬間流失或急劇水位降低而可能造成地面塌陷及影響周邊構(gòu)筑物或管線安全，最好能提前采取一些預(yù)防措施。
?。?）適用于大溶洞（溶洞高度3~8m），溶洞全充填物，溶洞漏漿情況不嚴重，上部覆蓋層土質(zhì)較好，一般不會因短時漏漿而造成大的塌孔的情況。
?。?）對于大溶洞，半充填或無充填物的情況，要針對每個樁孔認真研究對照，預(yù)估溶洞的大小，預(yù)估溶洞漏漿對樁孔的破壞程度，需謹慎采用此方法，宜做一些輔助和預(yù)防措施。
3、素混凝土灌入法
這種方法是采取正常成孔方法施工，當鉆穿溶洞漏漿時或遇到傾斜巖面時往孔內(nèi)灌入低標號混凝土（也按水下砼灌注方法），間隔一定時間后采用沖擊鉆成孔。
施工方法：混凝土可采用C20（C15、C10也可）素混凝土，為盡快提高混凝土強度，節(jié)約施工時間，應(yīng)在混凝土中摻加一定早強劑，提高素混凝土的早期強度。
對于傾斜巖面，為校正孔位，回填素混凝土應(yīng)與斜巖面頂面平齊；對于溶洞處，回填頂面高于溶洞頂板50cm。
灌入48h后，灌入混凝土強度達到70%，且應(yīng)在樁基范圍取芯檢驗充填效果，待溶洞完全充填后，方可進行樁基施工。
主要適用范圍：
?。?）適用于無充填或半充填的大、小溶洞。
（2）因造價等原因，實際上直接采用此方法的較少，一般是在采用方案B失敗后，才不得于改用此方法?；蛘呤菐r層嚴重傾斜，為調(diào)整偏孔而采用此方法。
4、洞內(nèi)填充預(yù)處理法
溶洞預(yù)處理的目的是加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達到一定的強度(10MPa以上)，防止鉆孔樁施工時發(fā)生泥漿流失、流砂及坍孔等，保障成孔及水下混凝土澆筑等一系列施工工序順利完成。且應(yīng)在樁基范圍取芯檢驗填充效果，待溶洞完全填充且強度達到后方可進行樁基施工。
洞內(nèi)填充加固預(yù)處理法又可分為灌漿法、灌砂注漿法等等。以灌漿法居多。對于無填充物的較大溶洞，可考慮采用灌砂注漿法(或灌砂漿法)。
施工方法：根據(jù)溶洞大小及充填情況，在有溶洞的樁位中間和四周均布1~4個灌漿孔。其中孔徑80mm，孔深要求達到最深溶洞的底部。采用單液或雙液灌漿系統(tǒng)進行溶洞指定位置的全孔灌漿，要求少量多次，反復(fù)灌漿。為防止?jié){液流失太遠造成浪費，采用間歇注漿方式，使得先注入漿液與沙子（或碎石）初步達到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達到規(guī)定的注漿量和注漿壓力控制值為止。注完一個孔后，繼續(xù)對其余孔進行注漿，后注漿壓力必須調(diào)高，最后封孔。
主要適用范圍：多適用于無充填物的小溶洞或多層溶洞（多層串珠狀小溶洞），也可用于各種有充填物的溶洞擠密加固。
5、鋼護筒保護法
鋼護筒保護法分為：鋼護筒預(yù)先保護法和鋼護筒跟進保護法。對于鋼護筒跟進保護法，又可分為單層鋼護筒跟進保護、雙層或多層鋼護筒跟進保護。
施工方法：鋼護筒分為開孔護筒（或叫普通護筒）和跟進護筒，有時開孔護筒就作為第1級的跟進護筒。開孔護筒在最外層（內(nèi)徑最大），僅跟著是第1級跟進護筒（第2層），依次類推，最后一級護筒在最內(nèi)層（內(nèi)徑最小，比設(shè)計樁徑D大10cm）。鋼護筒采用優(yōu)質(zhì)鋼板制成，厚度為12~14mm，鉆進時每鉆進2m焊接一節(jié)外護筒，至溶洞后再焊接4m長護洞，鋼護筒頂固定槽鋼，用振動錘打人，打入時嚴格控制中心位置及垂直度。內(nèi)護筒分節(jié)焊接，自由下落至孔底。兩層護筒之間填砂狀物使兩層護筒同時受力。
主要適用范圍：
（1）適用于特大溶洞(溶洞高度大于8米)
?。?）適用于大溶洞(溶洞高度3~8米)的無充填（或半充填）溶洞，并且溶洞上方的覆蓋層為易塌孔的中粗砂層。
（3）采用其它方案處理溶洞不成功，經(jīng)常漏漿塌孔，成孔異常困難時，可改采用本方法。
四、鉆孔施工注意事項
1．根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》資料隨時檢查孔內(nèi)水頭高度和泥漿稠度、鉆頭負荷是否正常，排碴時及時往孔內(nèi)補水并認真分析渣樣，看渣樣是否與地質(zhì)資料相符，昕鉆頭沖擊巖層的響聲，判斷是否接近巖溶地層。準確測量數(shù)據(jù)，做好詳細的鉆孔記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。
2．在松軟地層采用中小沖程鉆進；在較硬巖層部分采用大沖程鉆進，但要注意巖縫裂隙的存在防止卡鉆。當鉆到溶洞頂板上lm時減小沖程，采用小沖程鉆進，由于頂板地層軟硬不均，防止出現(xiàn)斜孔，或由于泥漿流失塌孔埋鉆；在溶洞內(nèi)鉆進時小沖程造漿固壁，加大泥漿稠度，確保固壁良好。
3．基巖面的裂隙、溶槽往往與溶洞串通，地下水通過溶洞內(nèi)的透水充填物形成暗流。在鉆孔過程中，孔內(nèi)泥漿比重較大，當其壓力大于暗流水壓時就會發(fā)生漏漿。當鉆頭穿透溶洞頂板時，孔內(nèi)泥漿就會下瀉造成孔內(nèi)壓力驟然下降，孔內(nèi)外壓力差驟然加大，或溶洞頂層地層薄弱，由于孔內(nèi)泥漿驟然下降，壓力差加大均會引起護壁坍塌。
4．要求施鉆人員隨時量測鉆孔深度，一旦到達溶洞位置，立即向孔洞內(nèi)加入黃泥、片石或水泥，并采用小沖程鉆進。通過溶洞，同時注意孔內(nèi)水位的變化，一旦發(fā)現(xiàn)漏水或有坍陷的前兆，應(yīng)立即采取措施向孔內(nèi)加黃泥、水泥和片石，必要時提前向商品砼站預(yù)訂水泥砂漿灌入溶洞內(nèi)。
5．若回填粘土、片石無法糾偏時，采用在溶洞內(nèi)灌注水下砼，待砼達到設(shè)計強度后，再沖擊鉆進至設(shè)計深度。
五、結(jié)論
在實際施工中由于地質(zhì)條件復(fù)雜導(dǎo)致無法采用統(tǒng)一的溶洞處理方法，需要根據(jù)溶洞大小及周邊地質(zhì)條件選擇及經(jīng)濟又合理的施工方案。在廣樂高速樁基施工中，針對溶洞處理采取了多種有效施工方法，通過聲測及抽芯對已完樁基進行檢測，一類樁比例達到了85%以上。
參考文獻
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