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摘要:在裂隙水丰富、流砂、淤泥、块石土等复杂地质条件下,抗滑桩施工异常困难,对西部山区雅泸高速采取的多种施工措施进行总结,并对结合现场条件进行的成本定额控制提出有益建议。
关键词: 复杂;地质;抗滑桩;施工;成本
一、工程概况
四川雅泸高速公路C20合同段起点段有一排抗滑桩,位于孟获河左岸,栗子坪4#大桥右侧陡坡上,滑坡体长约150米,滑体前沿宽约200米。滑体内共有三级滑坡,滑坡后缘呈三角形。从地质资料及滑坡体揭示来看,滑坡主要为密实或半胶结粗砂夹砾石、卵石、漂石层,局部夹厚约0.5~1米的昔格达地层中半成岩的粉砂质泥岩,局部还夹薄层泥岩层或泥质分砂岩。滑体后部厚约22米,中部约10米,滑体前沿残余厚度不大。在上覆层与基岩接触带处,含较丰富风化裂隙水。设计抗滑桩22 根,桩长20 m,桩身截面为2.5 m×3.5 m。设计要求桩的锚固段不得小于桩长的1/3。
二、多种特殊施工措施选定
一般块石土地层,用传统的人工开挖卷扬机提升,较大块石辅以小爆破的施工方案即可解决。但是,遇到地下裂隙水丰富、流砂、淤泥等复杂地质条件时,如果采用传统的人工开挖卷扬机提升施工方案则无法解决,当采用短进尺快支护多循环、随挖随护、井内抽水、孔底注浆止水、孔外降水井降水、钢板沉井护壁等特殊施工方案,才解决了抗滑桩施工难题。
1、短进尺快支护施工方案
11#~19#抗滑桩在锁口以下3米左右,地质为粉质砂土,地下水极为丰富,砂土在渗水作用下,稳定性极差,坍塌严重。针对这种地质情况,将开挖一米改为0.5米(模板随之改变),甚至个别桩每节只开挖0.3米高。在开挖的同时,根据坍塌情况,从上一节护壁砼底部倾斜向外竖向打插Φ16钢筋,再在钢筋外侧水平放置木板等物,对坍塌土进行临时挡护。开挖完成后,立即进行护壁钢筋焊接帮扎、模板安装、护壁砼浇筑。从开挖到护壁砼连续作业完成。
2、随挖随护
20#、21#、22#三个桩开挖到地面下5~7米时,渗水很大,坍塌严重,采用前一种施工方法难以进行。经过认真分析,结合前一种方法及实际地质情况,采用开挖出一边护壁净空后(在开挖过程中同样进行临时支护),立即浇筑护壁砼,缩短临空面滞空时间。然后再陆续开挖、支护其他边的护壁。待四边护壁开挖浇筑完成后,再集中开挖、提升桩孔渣土。
3、井内抽水施工方案
地下水涌水量小于20t/h 时,采用在抗滑桩井内用潜水泵抽水的施工方案。桩井开挖施工时,先在抗滑桩井底对称的两个角开挖两个集水坑,随着抗滑桩开挖深度的增加,集水坑也要相应下挖,两个集水坑交替抽水,交替下挖,确保开挖过程中井内抽水不间断。桩身钢筋绑扎时,井底要保留一个集水坑不间断地抽水,以确保钢筋施工的质量及安全。桩身混凝土施工时,无法进行基坑抽水,采用3~4 根导管同时灌注水下混凝土,顺利地完成了桩身混凝土的施工。
4、孔底注浆止水施工方案
(1)适用条件
适用孔底注浆止水施工方案的有以下两种情况:
①地质条件为基岩,地下裂隙水丰富,涌水量为20~50t/h时,在桩井内用潜水泵无法解决排水问题;
②地质条件为流砂,涌水量为20~50t/h时,桩井临时支护困难,坍塌严重,在桩井内用潜水泵无法解决排水问题。
(2)注浆施工
在每根需要注浆的抗滑桩四周分别布置10~14个注浆孔(注浆孔底标高比抗滑桩桩底标高低1m)。孔底注浆采用的是间隙多次注浆,根据实地情况用水玻璃—水泥双液浆封闭成孔套管底部,然后下注浆花管,最后下高压注浆管并用橡胶球塞封堵。连接好管路后,即可注浆。注浆从孔底往上施工,每段注2m左右。为了确保止水及固结流砂层,确定合适的扩散半径及压力,还需进行注浆试验。根据水压试验和注浆试验结果,综合确定注浆压力为0.2~0.4MPa,最后封孔压力不大于0.5MPa,注浆扩散半径为2 m。
(3)注浆施工要点
①注浆设备采用100/15B 型砂浆泵。
②注浆开始前,在注浆桶内试配浆液,测定凝结时间,直止符合设计要求,这是控制注浆时间的主要依据。
③浆体必须经过制浆机充分搅拌均匀后才能开始注浆,并应在注浆过程中不停和缓慢地搅拌,浆体在泵送前,应经过筛网过滤。
④注浆开始时,应控制注浆流量≤20L/min。
⑤根据初凝时间,采用间隙注浆法,即让一定数量的浆液注入岩石孔缝内,暂停注浆,讓浆液凝固,经几次反复,即可封堵孔缝。由于岩溶裂隙发育,吸浆量大,一般还会产生负压情况,此时先采用水灰比为1:1 的纯水泥浆开注,然后再采用水泥——水玻璃浆液注入,逐步提高浆液浓度,减小水灰比及缩短浆液凝结时间,以提高注浆压力。一般持续一定时间后,注浆压力就会自行上升,如长时间不见压力上升,说明已遇到较大溶洞或与外界有通道连通,或有较大的裂隙存在等。该工程每个注浆孔采用约4次间隙注浆,并逐次提高浆液浓度。第1次注浆1小时,无压力,第2次与第1次间隙0.5小时,一般也无压力,第3次与第2次间隙6小时,注浆0.5 小时,压力很小并不稳定,第4次要间隙24 小时后,再注0.5 小时,这样在第4次注浆后压力基本能稳定在0.3~0.5MPa,便可封孔,即用浓浆灌注至钻孔底部,直至孔口流出浓浆液并不吸浆为止。如浆液压力小于0.3 MPa,仍需按第4次方法注浆。
⑥当注浆正常时,待凝结后,要重新进行钻孔至原孔底,经过清水洗孔后进行水压试验,以检查注浆效果,若进水量大于10L/ min,则需进行复灌。
⑦注浆完毕应立即拔管,否则浆液会把管子凝住而增加拔管难度。拔管时宜使用拔管机,管拔出后,应及时刷洗,以便保持通畅洁净。
(4)地表跑浆处理措施 ①用粘土夯填地表裂隙;
②适当降低注浆压力;
③先适当降低双液浆浓度,后再逐步提高水泥浆浓度。
(5)孔内大裂隙跑浆处理措施
若注浆压力长时间不见上升,说明有较大裂隙存在,可能产生孔内大裂隙跑浆,这时,可以采用浆液跃级加浓、适当增加水玻璃含量及多次间隙注浆的方法来解决。
(6)串浆处理措施
对于注浆过程中出现的串浆现象可以采用以下处理措施:
①对串浆孔用木塞或橡胶塞封孔;
②7 个小时后,再进行扫孔压浆;
③间隔3~5 个孔进行压浆,防止串浆。
5、孔外降水井施工方案
该工程在1~10 #抗滑桩施工时,基岩涌水量达100~150 t/ h,经计算基岩渗透系数为K = 21.6 m/d,影响半径R = 811.4 m,采用井内用潜水泵无法排除水流影响,经反复计算,最后采用孔外降水井方案施工。
降水井施工工艺流程主要为:测放井位→挖泥浆池→疏通排水沟→钻机就位→钻进成孔清孔抽渣→焊接定装井管→填砾→洗井、抽水试验。
根据降水设计方案,结合场地岩(土)性特征,采用SH 川丰60 - 1 型冲击钻机揭穿了上覆残坡积粘土夹块、碎石层及强风化带白云质灰岩夹泥岩层,并进入中等风化带3~5 m,以XU600 -3 型回转钻机换径钻至40m 终孔,开孔口径<600mm,终孔口径<400mm,下<360mm水泥制井管成井。钻井时严格按照《供水水质地质钻探及凿井安全技术规程》的有关规定测斜,保证井身顶角倾斜不超过2°。根据钻井设备及钻进工艺,分别采用泥浆、清水两种冲洗液护壁。其中泥浆的性能根据地层稳定情况,含水层的富水程度、水头高低、井深及施工周期等因素确定,以确保泥浆质量,防止井壁坍塌。填砾应用均匀的砾石(砾石的不均匀系数小于2),粒径0.5~1cm,磨圆度好,不合格的砾石不得超过15%,滤料填至含水层顶板以上不小于5 m,并用粘土回填封闭。采用活塞、空压机联合洗井至砂清水净后作抽水试验,其试验类型包括单井和干扰井抽水试验两种。
该工程在抗滑桩上下侧各布置5口<600 mm 降水井,井底安装<360 mm水泥滤水管(降水井井底标高比抗滑桩桩底标高低2 m),上部安装<360 mm 水泥套管,采用200 QJ80/ 44 潜水电机抽水。在抗滑桩桩井开挖及混凝土浇灌过程中,降水井不间断抽水,施工效果比较理想,桩井内不需再抽水,顺利完成了抗滑桩施工。
6、钢板沉井护壁施工方案
该工程在变更设计增加的2 根抗滑桩施工中,开挖至地表以下8 m 時,发现地质状况为流砂夹淤泥,抗滑桩中心距河边仅10 m,无法采用降水井排水;若直接采用井内抽水,无法进行护壁的施工。经反复比较,最后采用钢板沉井护壁施工方案。钢板沉井护壁与混凝土沉井的施工方法类似,主要施工要点如下:
(1)做好电气绝缘,防止钢板沉井护壁带电;
(2)均匀开挖,每30 cm 为一开挖循环,防止钢板沉井护壁倾斜、偏位;
(3)钢板沉井护壁下沉有困难时,要辅以机械冲击下沉,也可以用卷扬机带冲击锥冲击。冲击时,在钢板护壁的顶部搭好支垫,防止偏击。
参考文献:
[1]二阶段施工图设计文件(C20合同段). 湖南省交通规划勘察设计院,2007
关键词: 复杂;地质;抗滑桩;施工;成本
一、工程概况
四川雅泸高速公路C20合同段起点段有一排抗滑桩,位于孟获河左岸,栗子坪4#大桥右侧陡坡上,滑坡体长约150米,滑体前沿宽约200米。滑体内共有三级滑坡,滑坡后缘呈三角形。从地质资料及滑坡体揭示来看,滑坡主要为密实或半胶结粗砂夹砾石、卵石、漂石层,局部夹厚约0.5~1米的昔格达地层中半成岩的粉砂质泥岩,局部还夹薄层泥岩层或泥质分砂岩。滑体后部厚约22米,中部约10米,滑体前沿残余厚度不大。在上覆层与基岩接触带处,含较丰富风化裂隙水。设计抗滑桩22 根,桩长20 m,桩身截面为2.5 m×3.5 m。设计要求桩的锚固段不得小于桩长的1/3。
二、多种特殊施工措施选定
一般块石土地层,用传统的人工开挖卷扬机提升,较大块石辅以小爆破的施工方案即可解决。但是,遇到地下裂隙水丰富、流砂、淤泥等复杂地质条件时,如果采用传统的人工开挖卷扬机提升施工方案则无法解决,当采用短进尺快支护多循环、随挖随护、井内抽水、孔底注浆止水、孔外降水井降水、钢板沉井护壁等特殊施工方案,才解决了抗滑桩施工难题。
1、短进尺快支护施工方案
11#~19#抗滑桩在锁口以下3米左右,地质为粉质砂土,地下水极为丰富,砂土在渗水作用下,稳定性极差,坍塌严重。针对这种地质情况,将开挖一米改为0.5米(模板随之改变),甚至个别桩每节只开挖0.3米高。在开挖的同时,根据坍塌情况,从上一节护壁砼底部倾斜向外竖向打插Φ16钢筋,再在钢筋外侧水平放置木板等物,对坍塌土进行临时挡护。开挖完成后,立即进行护壁钢筋焊接帮扎、模板安装、护壁砼浇筑。从开挖到护壁砼连续作业完成。
2、随挖随护
20#、21#、22#三个桩开挖到地面下5~7米时,渗水很大,坍塌严重,采用前一种施工方法难以进行。经过认真分析,结合前一种方法及实际地质情况,采用开挖出一边护壁净空后(在开挖过程中同样进行临时支护),立即浇筑护壁砼,缩短临空面滞空时间。然后再陆续开挖、支护其他边的护壁。待四边护壁开挖浇筑完成后,再集中开挖、提升桩孔渣土。
3、井内抽水施工方案
地下水涌水量小于20t/h 时,采用在抗滑桩井内用潜水泵抽水的施工方案。桩井开挖施工时,先在抗滑桩井底对称的两个角开挖两个集水坑,随着抗滑桩开挖深度的增加,集水坑也要相应下挖,两个集水坑交替抽水,交替下挖,确保开挖过程中井内抽水不间断。桩身钢筋绑扎时,井底要保留一个集水坑不间断地抽水,以确保钢筋施工的质量及安全。桩身混凝土施工时,无法进行基坑抽水,采用3~4 根导管同时灌注水下混凝土,顺利地完成了桩身混凝土的施工。
4、孔底注浆止水施工方案
(1)适用条件
适用孔底注浆止水施工方案的有以下两种情况:
①地质条件为基岩,地下裂隙水丰富,涌水量为20~50t/h时,在桩井内用潜水泵无法解决排水问题;
②地质条件为流砂,涌水量为20~50t/h时,桩井临时支护困难,坍塌严重,在桩井内用潜水泵无法解决排水问题。
(2)注浆施工
在每根需要注浆的抗滑桩四周分别布置10~14个注浆孔(注浆孔底标高比抗滑桩桩底标高低1m)。孔底注浆采用的是间隙多次注浆,根据实地情况用水玻璃—水泥双液浆封闭成孔套管底部,然后下注浆花管,最后下高压注浆管并用橡胶球塞封堵。连接好管路后,即可注浆。注浆从孔底往上施工,每段注2m左右。为了确保止水及固结流砂层,确定合适的扩散半径及压力,还需进行注浆试验。根据水压试验和注浆试验结果,综合确定注浆压力为0.2~0.4MPa,最后封孔压力不大于0.5MPa,注浆扩散半径为2 m。
(3)注浆施工要点
①注浆设备采用100/15B 型砂浆泵。
②注浆开始前,在注浆桶内试配浆液,测定凝结时间,直止符合设计要求,这是控制注浆时间的主要依据。
③浆体必须经过制浆机充分搅拌均匀后才能开始注浆,并应在注浆过程中不停和缓慢地搅拌,浆体在泵送前,应经过筛网过滤。
④注浆开始时,应控制注浆流量≤20L/min。
⑤根据初凝时间,采用间隙注浆法,即让一定数量的浆液注入岩石孔缝内,暂停注浆,讓浆液凝固,经几次反复,即可封堵孔缝。由于岩溶裂隙发育,吸浆量大,一般还会产生负压情况,此时先采用水灰比为1:1 的纯水泥浆开注,然后再采用水泥——水玻璃浆液注入,逐步提高浆液浓度,减小水灰比及缩短浆液凝结时间,以提高注浆压力。一般持续一定时间后,注浆压力就会自行上升,如长时间不见压力上升,说明已遇到较大溶洞或与外界有通道连通,或有较大的裂隙存在等。该工程每个注浆孔采用约4次间隙注浆,并逐次提高浆液浓度。第1次注浆1小时,无压力,第2次与第1次间隙0.5小时,一般也无压力,第3次与第2次间隙6小时,注浆0.5 小时,压力很小并不稳定,第4次要间隙24 小时后,再注0.5 小时,这样在第4次注浆后压力基本能稳定在0.3~0.5MPa,便可封孔,即用浓浆灌注至钻孔底部,直至孔口流出浓浆液并不吸浆为止。如浆液压力小于0.3 MPa,仍需按第4次方法注浆。
⑥当注浆正常时,待凝结后,要重新进行钻孔至原孔底,经过清水洗孔后进行水压试验,以检查注浆效果,若进水量大于10L/ min,则需进行复灌。
⑦注浆完毕应立即拔管,否则浆液会把管子凝住而增加拔管难度。拔管时宜使用拔管机,管拔出后,应及时刷洗,以便保持通畅洁净。
(4)地表跑浆处理措施 ①用粘土夯填地表裂隙;
②适当降低注浆压力;
③先适当降低双液浆浓度,后再逐步提高水泥浆浓度。
(5)孔内大裂隙跑浆处理措施
若注浆压力长时间不见上升,说明有较大裂隙存在,可能产生孔内大裂隙跑浆,这时,可以采用浆液跃级加浓、适当增加水玻璃含量及多次间隙注浆的方法来解决。
(6)串浆处理措施
对于注浆过程中出现的串浆现象可以采用以下处理措施:
①对串浆孔用木塞或橡胶塞封孔;
②7 个小时后,再进行扫孔压浆;
③间隔3~5 个孔进行压浆,防止串浆。
5、孔外降水井施工方案
该工程在1~10 #抗滑桩施工时,基岩涌水量达100~150 t/ h,经计算基岩渗透系数为K = 21.6 m/d,影响半径R = 811.4 m,采用井内用潜水泵无法排除水流影响,经反复计算,最后采用孔外降水井方案施工。
降水井施工工艺流程主要为:测放井位→挖泥浆池→疏通排水沟→钻机就位→钻进成孔清孔抽渣→焊接定装井管→填砾→洗井、抽水试验。
根据降水设计方案,结合场地岩(土)性特征,采用SH 川丰60 - 1 型冲击钻机揭穿了上覆残坡积粘土夹块、碎石层及强风化带白云质灰岩夹泥岩层,并进入中等风化带3~5 m,以XU600 -3 型回转钻机换径钻至40m 终孔,开孔口径<600mm,终孔口径<400mm,下<360mm水泥制井管成井。钻井时严格按照《供水水质地质钻探及凿井安全技术规程》的有关规定测斜,保证井身顶角倾斜不超过2°。根据钻井设备及钻进工艺,分别采用泥浆、清水两种冲洗液护壁。其中泥浆的性能根据地层稳定情况,含水层的富水程度、水头高低、井深及施工周期等因素确定,以确保泥浆质量,防止井壁坍塌。填砾应用均匀的砾石(砾石的不均匀系数小于2),粒径0.5~1cm,磨圆度好,不合格的砾石不得超过15%,滤料填至含水层顶板以上不小于5 m,并用粘土回填封闭。采用活塞、空压机联合洗井至砂清水净后作抽水试验,其试验类型包括单井和干扰井抽水试验两种。
该工程在抗滑桩上下侧各布置5口<600 mm 降水井,井底安装<360 mm水泥滤水管(降水井井底标高比抗滑桩桩底标高低2 m),上部安装<360 mm 水泥套管,采用200 QJ80/ 44 潜水电机抽水。在抗滑桩桩井开挖及混凝土浇灌过程中,降水井不间断抽水,施工效果比较理想,桩井内不需再抽水,顺利完成了抗滑桩施工。
6、钢板沉井护壁施工方案
该工程在变更设计增加的2 根抗滑桩施工中,开挖至地表以下8 m 時,发现地质状况为流砂夹淤泥,抗滑桩中心距河边仅10 m,无法采用降水井排水;若直接采用井内抽水,无法进行护壁的施工。经反复比较,最后采用钢板沉井护壁施工方案。钢板沉井护壁与混凝土沉井的施工方法类似,主要施工要点如下:
(1)做好电气绝缘,防止钢板沉井护壁带电;
(2)均匀开挖,每30 cm 为一开挖循环,防止钢板沉井护壁倾斜、偏位;
(3)钢板沉井护壁下沉有困难时,要辅以机械冲击下沉,也可以用卷扬机带冲击锥冲击。冲击时,在钢板护壁的顶部搭好支垫,防止偏击。
参考文献:
[1]二阶段施工图设计文件(C20合同段). 湖南省交通规划勘察设计院,2007