巖溶區(qū)橋梁鉆孔灌注樁的施工
2016-11-21
1工程概況及地質(zhì)情況
1.1工程概況
嵩明至待補(bǔ)高速公路第十四合同段為省路橋二公司和云南省鐵路總公司聯(lián)營體中標(biāo)，本橋即在該標(biāo)段內(nèi)，橋梁中心里程為K115+426，該橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土工形組合連續(xù)梁。全橋橋跨布置為（21×30）m工形組合連續(xù)梁，全長642.45m，橋面寬12m。該橋基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁，樁徑1.5m，樁長32～55m。
1.2 地質(zhì)情況
該段區(qū)域位于小江斷裂構(gòu)造帶會澤斷層構(gòu)造東側(cè)，區(qū)內(nèi)東西向次生斷裂發(fā)育，性質(zhì)復(fù)雜。基巖頂面縱、橫向起伏較大，呈南高北低，地質(zhì)條件異常復(fù)雜。受斷裂構(gòu)造影響，巖層較破碎，溶洞和裂隙交替發(fā)育。
2溶洞發(fā)育特點(diǎn)及常見施工事故
2.1 溶洞發(fā)育特點(diǎn)
?。?）松散覆蓋層厚。松散覆蓋層厚度，一般在12～24m之間，易塌孔；溶洞、裂隙交替發(fā)育。溶洞的形成是受斷裂帶構(gòu)造的影響所至，巖石普遍破碎，溶洞、裂隙交替發(fā)育。
?。?）分布范圍廣。經(jīng)物探和逐樁鉆探揭露，該橋有20根樁位有溶洞，分布在K115+205～K115+506m范圍內(nèi)；發(fā)育規(guī)模大。洞高普遍在6m左右，最大洞高達(dá)11m，部分上下分布有2層溶洞，并有裂隙貫穿。
（3）發(fā)育無規(guī)律?；鶐r頂面縱、橫向皆不對稱，溶洞發(fā)育千奇百態(tài)，有的呈空洞狀，有的呈半充填狀，有的呈全充填狀，有的橫向貫通，有的縱向貫通，有豎洞、斜洞、橫洞。其分布范圍之廣，發(fā)育情況之復(fù)雜，施工難度之大，實(shí)屬罕見。
2.2巖溶區(qū)常見施工事故
（1）斜樁、卡鉆。因鉆孔樁樁徑范圍內(nèi)基巖縱、橫向起伏較大，部分溶蝕導(dǎo)致基巖半邊露頭，在鉆進(jìn)過程中容易出現(xiàn)斜樁和卡鉆。
?。?）塌孔、擴(kuò)孔、埋鉆。有些溶洞被填充物填充，有些溶洞沒有填充物或填充不滿，形成低壓區(qū)，當(dāng)鉆進(jìn)溶洞或裂隙處時(shí)，在壓力差的作用下，泥漿向溶洞或裂隙處滲透，形成漏漿，破壞覆蓋層孔壁，導(dǎo)致塌孔、擴(kuò)孔、埋鉆，甚至破壞整個(gè)孔位。
?。?）斷樁。通常采用片石、黃泥、水泥等材料，堵住溶洞和裂隙，在鉆錘強(qiáng)大的沖擊力作用下，易在樁徑外溶洞區(qū)形成負(fù)壓，澆混凝土?xí)r壓力釋放，部分黃泥等雜物進(jìn)入混凝土中，形成斷樁。
3 施工技術(shù)方案
各參建單位經(jīng)多次現(xiàn)場辦公，反復(fù)論證，多方案現(xiàn)場試驗(yàn)，最終形成了一套科學(xué)合理的施工方案。根據(jù)溶洞發(fā)育的特點(diǎn)，將其分為3類：輕微溶蝕、一般溶洞、復(fù)雜溶洞。根據(jù)其不同特點(diǎn)，采用相應(yīng)的施工方案。
3.1 輕微溶蝕
溶蝕發(fā)育輕微，或溶洞發(fā)育有一定的規(guī)模，但有充填物，且無裂隙發(fā)育，施工時(shí)漏漿量小。采用正常成孔方法施工，在卵石層鉆進(jìn)時(shí)，加大泥漿比重（1.3g/m3以上），用膨潤土護(hù)壁。鉆穿溶洞漏漿時(shí)，反復(fù)在此處加填片石、黃土擠密填筑溶洞，直至停止漏漿。此方法共施工溶洞樁基16根。
3.2 一般溶洞
溶洞發(fā)育明顯，埋置較深，無大裂隙穿過，施工時(shí)明顯漏漿，但施工措施適當(dāng)，可不塌孔。采用直徑為1.7m的鋼護(hù)筒埋至卵石層，防止卵石層塌孔，沖至溶洞頂板以上1～2m時(shí)，采用80cm的短進(jìn)尺，專人觀察有無漏漿，若發(fā)現(xiàn)漏漿，迅速采用片石、水泥包、黃土包等堵漏，并及時(shí)補(bǔ)漿。在溶洞內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，加大泥漿比重，采用間斷式正循環(huán)排渣，每進(jìn)尺1～2m回填一次，直至穿過溶洞。因裂隙發(fā)育狀況在施工前沒有探明，該方法有一定的風(fēng)險(xiǎn)，曾因漏漿量大而埋鉆。用該方法共施工14根溶洞樁基。
3.3 復(fù)雜溶洞
溶洞發(fā)育明顯，有的為多層溶洞，并有明顯裂隙發(fā)育，施工時(shí)漏漿量大。采用全護(hù)筒跟進(jìn)至巖層頂面，防止因漏漿量大而導(dǎo)致覆蓋層塌孔。
?。?）預(yù)埋直徑為1.9m的鋼護(hù)筒，至卵石層頂面，一般4～6m，防止鉆進(jìn)時(shí)粉細(xì)砂層塌孔。
?。?）采用1.5m直徑?jīng)_擊鉆頭鉆進(jìn)至巖層頂面。為保證鉆進(jìn)過程中不塌孔，采用膨潤土護(hù)壁.泥漿濃度不低于1.4g/cm3。
?。?）用80t沉拔樁機(jī)輔助下沉1.7m直徑的鋼護(hù)筒至巖面。在巖面與護(hù)筒交接處澆筑與樁基同標(biāo)號混凝土，封閉護(hù)筒與基巖間的間隙，混凝土澆注厚度為1～2m。
?。?）采用高壓壓漿的方式，使護(hù)筒外圍空隙密實(shí)，防止施工時(shí)擾動護(hù)筒而偏孔，漿液采用C25，注漿壓力為0.7MPa，不再進(jìn)漿時(shí)應(yīng)穩(wěn)壓10min以上。
?。?）待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用常規(guī)溶洞區(qū)域樁基礎(chǔ)施工方法進(jìn)行成孔施工，溶洞頂板的擊穿采用短進(jìn)尺，溶洞內(nèi)鉆進(jìn)采用先回填再進(jìn)尺，邊回填邊進(jìn)尺。
?。?）對無填充物溶洞，溶洞頂板的擊穿，先采用30cm的小鉆頭擊穿頂板，讓擊穿后的頂板仍有一定的受力性能，然后用低標(biāo)號混凝土對空洞進(jìn)行回填，回填密實(shí)并達(dá)到一定強(qiáng)度后，正常鉆進(jìn)施工。采用該方法共計(jì)施工12根樁基。復(fù)雜溶洞施工程序見圖1。
4 施工質(zhì)量控制
4.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)
4.1.1 鉆機(jī)的選擇及技術(shù)準(zhǔn)備要點(diǎn)
?。?）選擇沖擊鉆機(jī)作為溶洞樁基的施工機(jī)械。重力式?jīng)_擊鉆機(jī)具有移動方便靈活、提錘速度快、垂直度易保證、適應(yīng)各種地質(zhì)條件等優(yōu)點(diǎn)，給溶洞施工帶來許多便利，遇有緊急情況時(shí)，可迅速提錘，避免因塌孔而埋鉆。為保證鉆機(jī)不因塌孔、擴(kuò)孔、漏漿等因素而傾斜，鉆機(jī)縱、橫向支撐應(yīng)加長，超出預(yù)計(jì)的塌孔范圍，特別是鉆機(jī)前緣的橫向支撐不得小于10m，一般采用型鋼或鋼管（壁厚10mm以上，管徑400mm左右）作為支撐梁。
?。?）采用物探和逐樁鉆探的方法，充分揭露溶洞的發(fā)育情況，做到心中有數(shù)。開鉆前，有關(guān)技術(shù)人員和操作手都要熟悉該樁位的地質(zhì)情況及溶洞的位置、規(guī)模、發(fā)育狀況，對施工中可能出現(xiàn)的問題要掌握采取的措施和操作要領(lǐng)。
4.1.2 鉆進(jìn)過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)
（1）泥漿必須采用膨潤土，容重達(dá)1.2g/cm3以上，減少孔壁內(nèi)外的壓力差，有效護(hù)壁，防止塌孔。另外，為防止泥漿沉淀，在泥漿中摻入0.1%～0.4%的純堿。采用間斷式正循環(huán)排渣。一方面保證孔底有一定厚度的沉渣，遇小裂隙或小溶洞時(shí)，可隨時(shí)封堵；另一方面能保證泥漿濃度，防止塌孔。施工時(shí)根據(jù)泥漿的粘度、含砂率、容重等指標(biāo)確定間斷排渣的時(shí)機(jī)和頻率。溶洞頂板的擊穿采用小沖程，一般80cm以下，溶洞內(nèi)進(jìn)尺仍要采用輕壓小沖程，每進(jìn)尺2m回填2m，循環(huán)至樁底，使孔壁充分?jǐn)D壓密實(shí)，防止擴(kuò)孔，減少混凝土的灌入量。
?。?）由于溶洞樁基的施工具有不可預(yù)見性、復(fù)雜性、危險(xiǎn)性等諸多特點(diǎn)，因此，在溶洞處理過程中隨時(shí)觀察發(fā)生的異常情況。應(yīng)全天候安排多名專職技術(shù)人員觀察泥漿中的浮渣及水頭變化，并充分準(zhǔn)備泥漿、片石、黃土、水泥等應(yīng)急物資，吊車、導(dǎo)管、混凝土拌和站處于待命狀態(tài)，及時(shí)解決臨場出現(xiàn)的各類異常問題，確保工程質(zhì)量和施工安全。
4.1.3 混凝土澆注質(zhì)量控制要點(diǎn)
?。?）鋼筋籠的施工和混凝土的澆注應(yīng)盡可能迅速，防止意外情況發(fā)生。清孔最好在早上進(jìn)行，使混凝土的施工時(shí)間在白天，便于操作，并應(yīng)盡量縮短施工間隔期，鋼筋籠在1～1.5h完成，混凝土在3～4h完成。
?。?）混凝土中摻入適量的粉煤灰，使混凝土有較好的和易性，塌落度控制在18～22cm，緩凝時(shí)間要求不小于8h，可加入一定量的緩凝劑（水泥用量的0.4%左右）。
（3）混凝土澆注時(shí)，派專人觀察混凝土面的上升情況和出漿量的變化?；炷撩娴纳仙叨群统鰸{量與混凝土的灌入量成正比，若有異常，應(yīng)分析原因，并采用相應(yīng)對策。若混凝土灌入量增加，說明部分混凝土進(jìn)入了溶洞。若混凝土灌入量減少，說明有孔壁坍塌或縮徑，應(yīng)果斷重新澆注，切忌抱有僥幸心理。同理，根據(jù)出漿量的變化也可判斷孔壁或溶洞的變化情況。
4.2 質(zhì)量檢測情況
嵩待高速公路K115+426橋，2000年8月23日開始溶洞樁基的施工，2001年3月25日完成樁基施工。在參建各方的共同努力下，通過預(yù)埋聲測管進(jìn)行了100%的超聲波檢測，結(jié)果表明所有溶洞區(qū)的樁基皆為I類樁。
