岩溶发育地区人工挖孔桩施工

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qinlou
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  摘要:岩溶地区地质情况复杂,岩溶发育,溶洞构造复杂。采用人工挖孔桩可清晰了解持力层情况,桩的质量可靠,但成孔过程中安全性较差,挖孔的整个施工过程中安全工作不能放松。地质资料也不能完全准确孔桩位置的真实地质情况。岩溶发育地区的挖孔桩的安全与质量控制的关键在于溶洞区域的处理与溶洞区域的护壁施工。本文着重简绍岩溶发育地区挖孔桩溶洞处理与造护壁施工,为类似工程提供参考。
  主题词:挖孔桩溶洞处理造护壁
  中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
  
  1、工程概况
  湘桂铁路扩改工程刘家山大桥,该桥结构形式为连续墙+1-10米刚架桥+连续墙。上跨既有鐵路线,与既有线交角为19度。全桥长130米。桥梁基底为黏土,地基承载力要求≥0.15Mpa,最下层为灰岩、泥灰岩,埋深约6m,承载力0.7Mpa。紧邻既有线,施工过程中需确保既有线运营安全。
  2、地质概况
  地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水。主要受大气降水补给。地下水埋深受地形地貌、水系切割深度、地层岩性、地质构造等控制。地下水较丰富,稳定水位高。
  根据桥梁设计地质钻孔揭示,该地区地质为岩溶发育,位于岩溶极易塌陷区,上层5-7米为黏土层,含水量大,地表水丰富。下覆灰岩,7-15米岩层裂隙,溶洞发育,溶洞发育规律不同,多数为充填溶洞,少量半充填,空洞。充填物为含水量大的软塑黏土。
  3、人工挖孔初步论证
  3.1、该桥初步设计为钻孔桩,桩间距密集,位于运营便线与既有湘桂线之间,作业场地小,只能容纳2台钻机作业。经对地质情况进行探讨,该地段位于岩溶发育地区,溶洞、融槽发育,岩层带破碎。冲击钻极易出现卡锤、偏孔等问题,过程需要时间较长。
  分析地质资料,溶洞虽发育但单个溶洞不高,施工过程中做好安全防范工作,进行人工挖孔可以实行。
  人工挖孔控制难点有两点:一是溶洞涌泥出水如何能快速进行护壁施工,同时确保护壁完整与稳定。
  二是该施工地段位于铁路既有线边,不可以大量掏挖溶洞内充填物,不能过度抽取地下水。 及时通过溶洞,控制溶洞外泄物。防止出现既有线路基沉降、塌陷或失稳。确保运营安全。
  3.2、针对控制难点,制定了开挖采用遵循“短、弱、勤、快”的施工方法进行。
  3.2.1.“短”:指的是短开挖。无溶洞区,地层自身承载力满足开挖条件,可采取开挖深度达到1米施工护壁,地层承载力差或溶洞区采取施工控制,每一循环的开挖深度在0.5m内,特别是表土段和岩溶发育地段,必须严格控制循环开挖深度,及时造护壁。
  3.2.2、“弱”:指的是减弱爆破应力对基坑内岩层、护壁及周围环境的影响,本桥桩基开挖临近既有线施工,需要有效控制爆破对周边地形的影响,控制飞石。
  3.2.3、“勤”:指的是勤护壁。开挖过程中对地表黏土层和溶洞区域及时采用C30钢筋砼护壁支护,护壁厚度20cm。
  3.2.4、“快”:指的是孔桩每一节成孔后,快速组织钢筋混凝土护壁浇筑施工,尽量缩短挖孔桩成孔后孔壁的“裸露”时间。
  3.2.5、本桥地表土层为黏土层,遇水极易软化,隔离地表水,控制上层土层软化尤为重要。将挖桩区域人工填土比周边地形略高,做好防排水措施。防止地表水渗入土层,造成土层软化承载力下降,对护壁造成挤压。由于广西地区雨水多,在平整场地时,将既有黏土层碾压密室,有效的提高土层自身的承载强度,同时能起到减缓水下渗速度有效的封堵水。
  4.一般地段处理
  4.1、土层开挖与锁口护壁施工,根据桩身井口段土质情况将井口挖至1m深时,即可立模灌筑壁厚20cm的第一节钢筋混凝土护壁。此节护壁在井口0.3m高度范围内加厚至50cm,这部分称为锁口,用来防止下节井壁开挖时井口沉陷。锁口顶面要平整,并高于原地面0.3m。本桥周边环境复杂,临近既有线,为防止塌陷影响既有线安全,挖桩过程中加强支护措施,护壁砼全部采用C30钢筋砼施工。
  4.2、护壁施工一般每节挖深0.5m~1m后,沿井壁立模灌注一节钢筋混凝土护壁形成整体环形框架。确保护壁在受挤压时的稳定。
  为便于模板的安装和拆卸,模板用钢板自制成定型钢模板。拆模时做到只需将其中一块模板往桩中心方向一退,其余模板方便就地拆除。钢模的边肋按圆弧倒角设计,两块模板在边肋处用U型卡连接,为了保证模板刚度,护壁模板做成上小下大楔形的形状,即每节护壁接头处做成阶梯形,即便于浇筑砼。施工中拆上节模板、支下节模板,模板即可循环使用。
  4.3、砼护壁钢筋,具体钢筋布置如下:
  箍筋采用φ8个钢筋,间距15,主筋采用φ20钢筋,环向间距30cm,主筋下部设弯钩,伸入下节护壁均为15 cm。使上下护壁为一整体,提高护壁的整体稳定性。
  
  
  图二护壁钢筋
  为保证桩孔开挖的施工安全和护壁质量,桩孔采取边挖边护的方法施工。注意避免在土石变化和滑动面处分节。在支模灌注每节护壁混凝土前,注意清除岩壁上的浮土和松动石块,使护壁混凝土紧贴围岩。每节开挖应在上节护壁混凝土终凝后进行,而且开挖不易过深,以免上节护壁悬空过高,整修孔壁时不宜放炮,以免震动造成塌方。
  5、溶洞区域挖孔桩施工
  5.1.溶洞区域挖孔桩施工必须先仔细熟悉各桩位的地质柱状构造图,在挖进过程中要熟知溶洞的位置、结构形式。同时应特别强调必须严格遵循先超前钎探地质情况,后进行挖孔作业。在开挖接近溶洞位置前,可采用风镐在孔桩中心位置钻孔,穿透溶洞顶板后使用钢筋进行钎探。以此确定溶洞的构造形式,确定施工方案与溶洞处理方法。
  
  
  图一 钎探
  不管是何种结构形式的溶洞首先需要将溶洞顶板揭穿,如溶洞底板较薄,采取风镐挖进。一般情况采用少量炸药爆破,先中间起爆,护壁四周人工修整,确保溶洞岩层与已施工护壁稳定。顶板揭穿后先进行抽水。观测溶洞大小形状,洞壁四周岩石的稳定情况,将开裂,危岩易落浮石清理掉。查看溶洞内是否有承压水。若有,人员则应迅速撤到地面等其自然排除,水位稳定后再进行抽水,然后继续开挖。挖穿溶洞顶盖后,首先用水泵抽掉洞内的稀浆或水,然后将鸽子或活鸡放入空溶洞中,呆30分钟,若正常,作业人员下井作业。
  5.1.1、空洞内无充填物,施工时需要密切关注溶洞的四周岩层的稳定性,确保岩层稳定,无落石塌孔。迅速进行空洞四周回填,内侧采用沙袋码砌,外侧采用浆砌片石或烧结砖进行砌筑,第一可起到防止溶洞内涌泥有效虑水,第二对溶洞顶板起到支撑作用,可有效降低溶洞顶板塌方。外侧浇筑钢筋砼护壁。
  
  
  图三 空溶洞护壁施工
  5.1.2、溶洞内有填充物,为流塑状,含水量大,流速快。必须迅速处理,有效清理充填物,防止洞内物大量涌出,通常采用的沙袋浆砌不能快速有效的封堵,主要采取以下方法处理:植筋,开挖深度根据充填物外泄情况定,一般情况30-50cm必须施工停止挖进,进行植筋处理,将20钢筋间隔10-15cm斜向打入溶洞内侧,钢筋上部与溶洞顶板顶死,内侧加焊箍筋,形成钢筋篦子。第二步堵泥虑水,钢筋篦子外侧填塞稻草,稻草尽量压入洞内充填物下。钢筋篦子在外力挤压下与溶洞顶板牢固卡死,稻草有效虑水防止充填物涌出。迅速施工护壁,护壁砼必须采用早强、高强性能砼,防止护壁砼终凝时间长,洞内充填挤压破会护壁的完整性与整体稳定性。本桥在施工护壁时考虑到地质、周边环境情况复杂,在浇筑护壁时混凝土中掺入了灌浆料。灌浆料是以高强度材料作为骨料,以水泥作为结合剂,辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成。主要特点 具有自流性好,快硬、早强、高强、无收缩、微膨胀;无毒、无害、不老化、对水质及周围环境无污染,自密性好、防锈等特点。浇后1-3天强度高30-50Mpa以上,2小时可使砼达到终凝,有效提高砼强度,缩短工期。
  如果洞内充填物太稀,可采取先回填后开挖,确保洞内充填物有一定的承载力,方便作业,形成工作平台。
  
  
  图四 充填溶洞护壁施工
  5.1.3、护壁砼终凝后,可继续挖进,为了确保安全,可采取的措施是倒模进尺,上层護壁模板先不拆除,直接挖进,依靠模板确保上层护壁砼能够达到更高的强度与稳定,如果模板数量足够,可以采取倒三模再拆除上层模板。如溶洞内充填物对护壁造成的挤压力过大,为了确保安全,在溶洞区域护壁内侧加钢护筒。有效的防止塌孔,护壁开裂失稳。
  5.1.4、如果溶洞情况复杂,洞内充填物对护壁造成的挤压力较大,为了确保安全在护壁内在加设钢护筒,护筒的长度已传过溶洞区域分别进入溶洞上顶板与下底板至少50cm为宜。可有效的防止溶洞区域的护壁坍塌造成安全事故。
  5.1.5、采取上述方法处理溶洞在护壁外侧会形成一空洞,为防止充填物突然对护壁造成冲击挤压,每间隔一定距离,需要对空洞位置进行回灌,在溶洞靠上一点位置护壁上开口,回灌料主要为高强砂浆或细石子砼。将护壁后形成的空洞回灌充填。
  
  图五 回灌砂浆
  5.1.6、穿过溶洞区域开挖,需进行微爆破。当进入爆破施工阶段,应让护壁砼有一定的强度后再进行另一个孔的爆破施工。严禁用裸露药包,必须打眼放炮和严格控制装药量,以松动为主,以免护壁被炸坏造成坍孔,同时孔壁周围眼孔要加密,不装药,以保证爆破后孔壁完整。
  6、安全措施
  不管是何种地区的挖孔桩施工安全工作都是重中之重的,为了能安全、快速、有效的进行挖进在过程中要做好以下几点:
  6.1、孔内通风,桩孔深度大于8m后,为保证孔内有新鲜空气,必须使用通风机对孔底进行送风。现场需备用发电机,防止突然停电造成井下工人缺氧。
  6.2、及时排水,当孔内开挖遇到地下水时,采起随挖随用吊桶将泥石水一起吊起。若大量渗水,在孔底一侧设集水坑,用污水泵将积水排出桩孔外。
  6.3、设置安全扶梯与安全,为解决施工人员上下桩孔问题,可视井深情况设扶梯,并设置通长安全绳。
  多桩同时开挖施工,应严格按照间隔开挖顺序施工。以减少水的渗透和防止土体滑移。
  6.4、开挖过程要对孔壁进行实时观察,发现孔壁有坍塌或渗水迹象,应及时向现场管理人员报告,及时确定处理方案,防止事故的发生
  6.5、桩孔开挖及支撑护壁两道工序必须连续作业,不宜中途停顿,以防塌孔。挖孔时如有渗水,应及时支护孔壁,防止水在孔壁浸泡流淌造成塌孔。采用井点降水或集中泵排。挖孔时如遇地层地下水丰富时,涌水量较大,设备排水困难。或者溶洞太复杂,溶洞过大,存在明显的安全隐患。处理后仍不能完全消除,岩层稳定性极差等情况则不易进行人工挖孔。采用机械成孔。
  7、结语
  岩溶地区地质情况复杂,采用人工挖孔桩可清晰了解持力层情况,桩的质量可靠,但成孔过程中安全性较差,施工前及整个施工过程中安全工作不能放松。同时初堪和祥堪地质资料亦不能准确反映每个孔桩的地质情况,挖桩成孔过程中不确定的因素很多。至今为止,对岩溶地质,专家们进行了很多研究与总结,取得了大量成果。但是,在岩溶地基上进行挖孔桩处理的施工技术,仍有待于积累经验,进一步规范。
  参考文献:
  1、人工挖孔灌注桩施工及其质量控制;潘正田;山西建筑;2008年12期
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