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摘要:本文从杭州至长沙铁路客运专线荷莲塘特大桥桩基施工实例出发,结合岩溶地质发育形态,分析了桩基施工中应当注意的问题,确保桥梁施工质量和进度。
关键词:岩溶;基础;冲击灌注;技术控制
一、工程概况
荷莲塘特大桥位于江西省萍乡市芦溪县宣风镇境内。起迄里程DK785+593.105～DK786+130.015,全长536.91米。采用双线圆端形实体桥墩,桥台采用矩形空心台。孔跨布置为:16-32m无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁。桥体所在区域岩溶复杂,岩溶对桥梁基础施工造成的危害,常常出现具有集中突水和承压性,且伴随涌泥、涌沙的岩溶地下水,致使基坑排水困难或坑壁坍塌,影响施工的正常进行;岩溶洞穴会直接造成基础悬空,另外由于洞穴顶板过薄不能承受过重负荷而发生突然坍塌,引起桥墩破坏;洞穴堆积物(粘土质松散堆积物)的松软和坍塌下沉,可造成基礎偏沉,桥墩倾斜等。
二、岩溶桥梁基础施工的主要方法
在成孔过程中,采取了下列处理溶洞、土洞的技术措施:
1、由于岩溶地区地质情况异常复杂,虽逐桩钻探,亦难以保证全面摸清地质情况,因此每个桩位钻机就位前,铺设2对共4根(必要时3对6根)各14m长的钢板桩(也可以采取其它钢结构),对钻机底座进行支垫加固,以有效防止坍孔时钻机下沉和倾斜。
2、埋设适当深度的护筒,并与上述的钢板桩进行焊接联结。
3、溶洞处理以做好准备工作为主,钻孔前在场地内准备大量的片石、袋装粘土及适当数量的袋装水泥,设置了2个大容量泥浆池,同时配备不少于4台D220型泥浆泵作为备用,保证一旦桩孔出现漏浆,可以马上进行补浆。
4、进行超前钻。对于地质资料显示存在溶洞或土洞的桩位以及经分析可能存在溶洞的桩孔,特别是半填充或无填充物的溶洞,采用小钻头进行正循环超前钻,钻穿溶洞、土洞顶板直至终孔标高,补充优质泥浆以及用锯末和粘塑土加水拌成软塑状的混合物,使其填满溶洞,观察24h后,如情况正常,再正式开始钻孔或冲孔。
5、冲孔至离溶洞顶板1m左右时,加大泥浆比重,选用小冲程进尺,逐渐将顶板击穿,防止卡钻。若桩孔仍继续漏浆,则改抛片石、袋装粘土、袋装水泥混合料,采用小冲程冲锤轻打,漫慢将片石、袋装粘土、水泥挤压到溶洞中,堵塞溶洞通道,如此反复操作,直到不再漏浆为止,转入小冲程冲孔固壁成孔,顺利穿越溶洞。
6、冲锤击穿溶洞顶板后,不论是否漏浆,不论溶洞原来是否空溶洞或半填充或溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥,进入溶洞后均应向孔内投入片石、袋装粘土,填超过溶洞顶面2.5～3.0m,然后用小冲程冲锤方法冲击投下的混合物,不取渣,使其挤入裂隙、溶洞内,如此反复操作,多次堵塞溶洞通道固壁,大大减少灌桩时混凝土扩散流失量,取代填灌低标号C15素混凝土传统处理方法。
三、技术措施
1、加强型泥浆造壁法。在一般地层进行钻孔桩施工,泥浆护壁的效果好坏是成孔的关键。这是因为溶洞内填充物种类多且性质复杂,多为塑性或流塑性。因此,在配制优质泥浆护壁的基础上,对不同溶洞内土的不同性质,按一定的比例分别加入烧碱、水泥、木屑、草袋、片(碎)石等混合材料。这些加入的材料经钻头的冲击捣动作用,将挤入溶洞周边和岩溶裂缝中,这就既可以达到溶洞孔壁封闭环的形成,又能增强泥浆护壁的效果。
2、不分散混凝土水下封闭法。在施钻过程中遇到洞隙洞槽或深度3～4m空洞的溶洞时,采用其他方法不能奏效可改用不分散混凝上水下封闭。此方法虽然成本较高,但操作简单。掺用VWB—2型絮凝剂配制的不分散混凝上有较好的流动性、粘稠性、水下耐冲刷而不分散的性能。
3、传递能量法。主要用于解决岩溶钻孔桩施工中的斜面开孔的难题。由于岩面倾斜,岩质软硬不均,造成钻头刃脚受力偏心,以致产生偏孔、斜孔、弯孔故障。岩面倾斜判断:一是根据设计提供的地质钻探剖面图;二是在施钻过程中通过观察钻绳的摆动和听冲击声音的变化来判断。通过上述判断钻进接近顶板进入斜面时,应采用传递能量法作业。
4、缓冲法。这个方法是当接近于穿越顶板进入有填充物的溶洞前使用。在施钻过程中由于施工不当,在穿越顶板厚度时经常发生卡钻头,或者由于严重失浆,孔内失去压力平衡,引起塌孔埋钻头等现象。当钻进接近穿越顶板进入溶洞前,在顶板已成孔段内回填混合材料Im左右。同时变为小冲程,先放小钻头冲击,然后再用标准钻头扩孔成桩。这个办法效果明显,能起到缓冲作用,大大地减少了因一锤击穿顶板,造成卡钻和因失浆过急造成埋钻的现象发生,有利于施钻的顺利进行。
5、填充压实法。当钻进进入空洞溶洞且空洞范围不大(从失浆多少和快慢的情况判断)采用填充压实的方法。
填充压实法是沿袭在软土地段或在土洞、岩孔地层中进行地基处理的一种常用办法。其原理是利用土体自重压实。可采用两种方法:1)、沙石土填料填至空洞口以上Im左右高度时,用钻具下落慢冲程冲砸,这个工艺过程往返重复,直至钻具下落冲砸声音由弱变强,或进尺很小时为止。2)、接高钢护筒在护筒内加满泥浆,增加泥水压力。同时在护筒顶加上振动锤振沉护筒,于护筒侧顶边开孔处边振动边加泥浆,边投放混合材料。振动直至保持护筒内水头为止。待其沉压3～5天后,再恢复继续施钻。
6、钢护筒跟进法。在正常钻孔桩施工中,护筒起着定位、导向、保护孔口和维持孔内水头压力的重要作用。如果岩溶地层的地质情况极为复杂,溶沟、溶洞、溶槽相互连接串通,填充物多为软塑、流塑和无填充的空洞。钻孔桩施工中会出现泥浆急剧流失造成塌孔埋钻事故。在灌注水下混凝土过程中,会出现混凝土流失造成拔球后埋管深度不足,造成断桩或灌注水下混凝土过程中流塑物质挤入孔内造成混凝土夹层。因此,要保证深水岩溶地基钻孔桩施工正常进行,采用钢护筒跟进法是一种行之有效的可靠施工方法。但护筒跟进施工工序多,配合设备多,进度慢成本高。因此这种方法适合于深水桩从穿越串珠状溶洞或溶洞大而空的情况使用。
关键词:岩溶;基础;冲击灌注;技术控制
一、工程概况
荷莲塘特大桥位于江西省萍乡市芦溪县宣风镇境内。起迄里程DK785+593.105～DK786+130.015,全长536.91米。采用双线圆端形实体桥墩,桥台采用矩形空心台。孔跨布置为:16-32m无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁。桥体所在区域岩溶复杂,岩溶对桥梁基础施工造成的危害,常常出现具有集中突水和承压性,且伴随涌泥、涌沙的岩溶地下水,致使基坑排水困难或坑壁坍塌,影响施工的正常进行;岩溶洞穴会直接造成基础悬空,另外由于洞穴顶板过薄不能承受过重负荷而发生突然坍塌,引起桥墩破坏;洞穴堆积物(粘土质松散堆积物)的松软和坍塌下沉,可造成基礎偏沉,桥墩倾斜等。
二、岩溶桥梁基础施工的主要方法
在成孔过程中,采取了下列处理溶洞、土洞的技术措施:
1、由于岩溶地区地质情况异常复杂,虽逐桩钻探,亦难以保证全面摸清地质情况,因此每个桩位钻机就位前,铺设2对共4根(必要时3对6根)各14m长的钢板桩(也可以采取其它钢结构),对钻机底座进行支垫加固,以有效防止坍孔时钻机下沉和倾斜。
2、埋设适当深度的护筒,并与上述的钢板桩进行焊接联结。
3、溶洞处理以做好准备工作为主,钻孔前在场地内准备大量的片石、袋装粘土及适当数量的袋装水泥,设置了2个大容量泥浆池,同时配备不少于4台D220型泥浆泵作为备用,保证一旦桩孔出现漏浆,可以马上进行补浆。
4、进行超前钻。对于地质资料显示存在溶洞或土洞的桩位以及经分析可能存在溶洞的桩孔,特别是半填充或无填充物的溶洞,采用小钻头进行正循环超前钻,钻穿溶洞、土洞顶板直至终孔标高,补充优质泥浆以及用锯末和粘塑土加水拌成软塑状的混合物,使其填满溶洞,观察24h后,如情况正常,再正式开始钻孔或冲孔。
5、冲孔至离溶洞顶板1m左右时,加大泥浆比重,选用小冲程进尺,逐渐将顶板击穿,防止卡钻。若桩孔仍继续漏浆,则改抛片石、袋装粘土、袋装水泥混合料,采用小冲程冲锤轻打,漫慢将片石、袋装粘土、水泥挤压到溶洞中,堵塞溶洞通道,如此反复操作,直到不再漏浆为止,转入小冲程冲孔固壁成孔,顺利穿越溶洞。
6、冲锤击穿溶洞顶板后,不论是否漏浆,不论溶洞原来是否空溶洞或半填充或溶洞内填充物为软弱粘性土或淤泥,进入溶洞后均应向孔内投入片石、袋装粘土,填超过溶洞顶面2.5～3.0m,然后用小冲程冲锤方法冲击投下的混合物,不取渣,使其挤入裂隙、溶洞内,如此反复操作,多次堵塞溶洞通道固壁,大大减少灌桩时混凝土扩散流失量,取代填灌低标号C15素混凝土传统处理方法。
三、技术措施
1、加强型泥浆造壁法。在一般地层进行钻孔桩施工,泥浆护壁的效果好坏是成孔的关键。这是因为溶洞内填充物种类多且性质复杂,多为塑性或流塑性。因此,在配制优质泥浆护壁的基础上,对不同溶洞内土的不同性质,按一定的比例分别加入烧碱、水泥、木屑、草袋、片(碎)石等混合材料。这些加入的材料经钻头的冲击捣动作用,将挤入溶洞周边和岩溶裂缝中,这就既可以达到溶洞孔壁封闭环的形成,又能增强泥浆护壁的效果。
2、不分散混凝土水下封闭法。在施钻过程中遇到洞隙洞槽或深度3～4m空洞的溶洞时,采用其他方法不能奏效可改用不分散混凝上水下封闭。此方法虽然成本较高,但操作简单。掺用VWB—2型絮凝剂配制的不分散混凝上有较好的流动性、粘稠性、水下耐冲刷而不分散的性能。
3、传递能量法。主要用于解决岩溶钻孔桩施工中的斜面开孔的难题。由于岩面倾斜,岩质软硬不均,造成钻头刃脚受力偏心,以致产生偏孔、斜孔、弯孔故障。岩面倾斜判断:一是根据设计提供的地质钻探剖面图;二是在施钻过程中通过观察钻绳的摆动和听冲击声音的变化来判断。通过上述判断钻进接近顶板进入斜面时,应采用传递能量法作业。
4、缓冲法。这个方法是当接近于穿越顶板进入有填充物的溶洞前使用。在施钻过程中由于施工不当,在穿越顶板厚度时经常发生卡钻头,或者由于严重失浆,孔内失去压力平衡,引起塌孔埋钻头等现象。当钻进接近穿越顶板进入溶洞前,在顶板已成孔段内回填混合材料Im左右。同时变为小冲程,先放小钻头冲击,然后再用标准钻头扩孔成桩。这个办法效果明显,能起到缓冲作用,大大地减少了因一锤击穿顶板,造成卡钻和因失浆过急造成埋钻的现象发生,有利于施钻的顺利进行。
5、填充压实法。当钻进进入空洞溶洞且空洞范围不大(从失浆多少和快慢的情况判断)采用填充压实的方法。
填充压实法是沿袭在软土地段或在土洞、岩孔地层中进行地基处理的一种常用办法。其原理是利用土体自重压实。可采用两种方法:1)、沙石土填料填至空洞口以上Im左右高度时,用钻具下落慢冲程冲砸,这个工艺过程往返重复,直至钻具下落冲砸声音由弱变强,或进尺很小时为止。2)、接高钢护筒在护筒内加满泥浆,增加泥水压力。同时在护筒顶加上振动锤振沉护筒,于护筒侧顶边开孔处边振动边加泥浆,边投放混合材料。振动直至保持护筒内水头为止。待其沉压3～5天后,再恢复继续施钻。
6、钢护筒跟进法。在正常钻孔桩施工中,护筒起着定位、导向、保护孔口和维持孔内水头压力的重要作用。如果岩溶地层的地质情况极为复杂,溶沟、溶洞、溶槽相互连接串通,填充物多为软塑、流塑和无填充的空洞。钻孔桩施工中会出现泥浆急剧流失造成塌孔埋钻事故。在灌注水下混凝土过程中,会出现混凝土流失造成拔球后埋管深度不足,造成断桩或灌注水下混凝土过程中流塑物质挤入孔内造成混凝土夹层。因此,要保证深水岩溶地基钻孔桩施工正常进行,采用钢护筒跟进法是一种行之有效的可靠施工方法。但护筒跟进施工工序多,配合设备多,进度慢成本高。因此这种方法适合于深水桩从穿越串珠状溶洞或溶洞大而空的情况使用。