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摘 要结合工作经验,对铁路桥梁施工桩基础经常遇见溶洞处理相关问题进行探讨,并提出一些的看法,供同行参考。
关键词桩基础;溶洞处理
中图分类号U445.55文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0090-01
修建铁路桥梁时施工桩基础经常遇见溶洞,对溶洞大小不同地质情况不同处理方法不同,如果处理不好会带来巨大损失,常用的处理方案主要有如下几种:①采用片石、粘土、水泥回填法(用于小溶洞),②全程钢护筒跟进法,③钢护筒与回填片石相结合法,④超前注浆(或静压化学灌浆)法。
1以上方案具体施工方法
1.1第一种方案:采用片石、粘土、水泥回填法(用于小溶洞)
1)冲孔至接近洞顶约Im左右,应根据地质勘探资料显示溶洞的大小,充填情况,准备足够的片石、粘土、和袋装水泥,片石直径约为10-20cm,同时具有足够的供水设备和水源或泥浆。
2)在此时,减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿,防止因冲程过大而卡锤。
3)在击穿溶洞前派专人负责观察孔内泥浆面变化,一旦发现泥浆突然下降,就马上补充水源和泥浆并提上冲锤防止埋锤。然后根据溶洞大小按1:1的片石和粘土(必要时投放整包的水泥),进行冲砸堵漏,只有当泥浆面稳定后方可按正常冲孔,如此反复穿越溶洞。
1.2第二种方案:全程钢护筒跟进法
1)根据地质超前钻探结果,确定护筒埋人深度,护筒应埋至风化岩面,以防止击穿溶洞时泥浆面下降严重造成孔内压力不足而坍孔。
2)先用较大直径冲锤冲至溶洞顶约Im,然后下内护筒至孔底,内护简要有足够的刚度,壁厚约为12mm,然后改用直径比原较大直径冲锤少一级的冲锤,减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿。
3)击穿溶洞后,补充泥浆并再下放外径与击穿时冲锤直径一样的钢护筒壁厚约为12mm,下放至溶洞底,然后回填片石粘土来填充最内层护筒底的空隙。然后改用直径与桩径相同的冲锤按正常方法向下冲进。
1.3第三种方案:钢护筒与回填片石相结合法
1)根据地质超前钻探结果,确定护筒埋入深度,护筒应埋至风化岩面,以防止击穿溶洞时泥浆面下降严重造成孔内压力不足而坍孔。
2)冲至溶洞顶约1m减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿。
3)在击穿溶洞前派专人负责观察孔内泥浆面变化,一旦发现泥浆突然下降,就马上补充水源和泥浆并提上冲锤防止埋锤。然后根据溶洞大小按1:1的片石和粘土同时投放整包的水泥,进行冲砸堵漏,反复冲击方法将洞内冲砸密实,在冲砸过程中适当加大泥浆比重使护壁牢固,当泥浆面稳定后方可按正常冲孔,如此反复穿越溶洞。
1.4第四种方案:超前注浆(或静压化学灌浆)法
1)在冲孔桩施工前先进行预处理,采用静压化学灌浆法固结填充物和流砂,或用此法填满溶洞,在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。
2)静压化学灌浆的加固特点浆材可在几秒或几十秒内瞬间凝固,可控制浆液灌注在一定范围内且不流失,材料的利用率高,比较经济。
浆材的结石率为100%,即1m3体积浆材可得1m3结石体。
对溶洞中的砂、砾等土体,浆液是通过渗透作用板结砂和砾的;对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体,浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的;对于无填充物和半填充溶洞的空间,浆液是通过充填作用填满溶洞的。
浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向,浆液固化后,小主应力面得到加固,而原次小主应力面变成小主应力面。这样,通过对小主应力面反复不断的加固,一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙,充填溶洞的空间,在桩体周围形成防水帷幕,防止流砂和保证护壁泥浆不流失;另一方面,提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙,防止坍孔。
静压化学灌浆的关键在于浆材的配方和工艺。
钻孔:孔径80mm,孔深要求达到最深溶洞的底部。
材料:普硅425#水泥(新标准为普硅325MPa水泥)与化学浆。
工艺:采用双液灌浆系统进行全孔灌浆,要求少量多次、反复灌浆。
主要施工机械设备:BW250泥浆泵,BW150泥浆泵,100型钻机,泥浆搅拌机和贮浆槽,高压灌浆管及其配件。
3)静压化学灌浆完成,视具体情况而定是否还要下护筒,一般情况下只要溶洞被填充就可以不下护筒,按常规方法成孔。
1.5第五种方案
以上四种方案的二种或二种以上的方案结合运用。
2以某大桥溶洞处理为例及具体方案
2.1工程概况
某大桥为一座跨江大桥(包括234米桥头引道)桥长约366米,桥梁下部结构采用桩基础,柱式桥墩,上部结构采用40米箱梁。其中1-L号桩桩径1500mm,原桩底标高为一35.162m,根据地质超前钻孔资料,桩底标高必需调整为穿过溶洞嵌入微风化1.5m,1-L号桩施工范围内存在形态复杂的大型溶洞,处理较困难,必需采取有效措施进行处理。
2.2地质情况
根据超前钻勘察资料反映,1-L号桩位中从上到下的地层情况:人工回填土层一亚粘土层一弱风化泥灰岩层一微风化石灰岩。存在两一三层溶洞,地面标高为5.0m,第一层位于现状地面下22.5米,洞高约1米;第二层溶洞位于现状地面下28.5—31.8米,洞高为0.9,6.6米,第三层溶洞位于现状地面下位于36.5,41.3米,洞高2.4。10.5米。根据正三角形超前钻地质资料分析,二、三层溶洞存在贯穿可能,可以认为在现状地面下28.5-41.3米范围内存在大型溶洞。
2.3施工方法(采用钢护筒与回填片石相结合法)
根据1-L号桩基四个超前钻孔的资料可知,溶洞以上的微风化石灰岩层厚度较厚。由此可以判断,只要在施工过程中将钢护筒穿透土层部分,在桩基冲孔的过程中就能够具有足够的安全性,正常情况下在1-L桩基的施工过程中就不会发生坍塌事故。同时,为防止塌孔,在桩基施工时需要使用钢护筒来进行防护,钢护筒筒壁的厚度为12mm,护筒内径为1700mm,总长度约为17m,护筒应打入至强风化石灰岩层的顶面。冲至溶洞顶约1m减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率冲7L,当击穿溶洞发现泥浆面突然下降较多时,马上补泥浆并抛填片石和粘土(比例约1:1),然后进行冲砸堵漏,反复冲击方法将洞内冲砸密实,在冲砸过程中适当加大泥浆比重使护壁牢固,冲击过程中发现漏浆时,继续回填1:l的片石和粘土,然后冲击,如此反复穿过溶洞,直至终孔。其它工序按常规施工。经统计桩长41m,回填片石和粘土约580m3,灌注砼122m3,验桩后为I类桩,处理后果良好。
参考文献
[1]戴雨,李亚楠.下河坝岩溶公路隧道施工技术分析.廊坊师范学院学报(自然科学版),2010,(01):86-87,90.
[2]段浩.高速铁路路基管桩地基处理施工技术.石家庄铁路职业技术学院学报,2010,(02):13-15.
[3]黄跃翔,雷建华.跨越既有铁路的高速公路高架桥施工技术.石家庄铁路职业技术学院学报,2010,(02):24-27.
作者简介
于树录(1962—),男,辽宁调兵山人。本科,工程师。主要从事铁路桥梁工程施工及相关工作。
关键词桩基础;溶洞处理
中图分类号U445.55文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0090-01
修建铁路桥梁时施工桩基础经常遇见溶洞,对溶洞大小不同地质情况不同处理方法不同,如果处理不好会带来巨大损失,常用的处理方案主要有如下几种:①采用片石、粘土、水泥回填法(用于小溶洞),②全程钢护筒跟进法,③钢护筒与回填片石相结合法,④超前注浆(或静压化学灌浆)法。
1以上方案具体施工方法
1.1第一种方案:采用片石、粘土、水泥回填法(用于小溶洞)
1)冲孔至接近洞顶约Im左右,应根据地质勘探资料显示溶洞的大小,充填情况,准备足够的片石、粘土、和袋装水泥,片石直径约为10-20cm,同时具有足够的供水设备和水源或泥浆。
2)在此时,减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿,防止因冲程过大而卡锤。
3)在击穿溶洞前派专人负责观察孔内泥浆面变化,一旦发现泥浆突然下降,就马上补充水源和泥浆并提上冲锤防止埋锤。然后根据溶洞大小按1:1的片石和粘土(必要时投放整包的水泥),进行冲砸堵漏,只有当泥浆面稳定后方可按正常冲孔,如此反复穿越溶洞。
1.2第二种方案:全程钢护筒跟进法
1)根据地质超前钻探结果,确定护筒埋人深度,护筒应埋至风化岩面,以防止击穿溶洞时泥浆面下降严重造成孔内压力不足而坍孔。
2)先用较大直径冲锤冲至溶洞顶约Im,然后下内护筒至孔底,内护简要有足够的刚度,壁厚约为12mm,然后改用直径比原较大直径冲锤少一级的冲锤,减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿。
3)击穿溶洞后,补充泥浆并再下放外径与击穿时冲锤直径一样的钢护筒壁厚约为12mm,下放至溶洞底,然后回填片石粘土来填充最内层护筒底的空隙。然后改用直径与桩径相同的冲锤按正常方法向下冲进。
1.3第三种方案:钢护筒与回填片石相结合法
1)根据地质超前钻探结果,确定护筒埋入深度,护筒应埋至风化岩面,以防止击穿溶洞时泥浆面下降严重造成孔内压力不足而坍孔。
2)冲至溶洞顶约1m减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿。
3)在击穿溶洞前派专人负责观察孔内泥浆面变化,一旦发现泥浆突然下降,就马上补充水源和泥浆并提上冲锤防止埋锤。然后根据溶洞大小按1:1的片石和粘土同时投放整包的水泥,进行冲砸堵漏,反复冲击方法将洞内冲砸密实,在冲砸过程中适当加大泥浆比重使护壁牢固,当泥浆面稳定后方可按正常冲孔,如此反复穿越溶洞。
1.4第四种方案:超前注浆(或静压化学灌浆)法
1)在冲孔桩施工前先进行预处理,采用静压化学灌浆法固结填充物和流砂,或用此法填满溶洞,在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。
2)静压化学灌浆的加固特点浆材可在几秒或几十秒内瞬间凝固,可控制浆液灌注在一定范围内且不流失,材料的利用率高,比较经济。
浆材的结石率为100%,即1m3体积浆材可得1m3结石体。
对溶洞中的砂、砾等土体,浆液是通过渗透作用板结砂和砾的;对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体,浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的;对于无填充物和半填充溶洞的空间,浆液是通过充填作用填满溶洞的。
浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向,浆液固化后,小主应力面得到加固,而原次小主应力面变成小主应力面。这样,通过对小主应力面反复不断的加固,一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙,充填溶洞的空间,在桩体周围形成防水帷幕,防止流砂和保证护壁泥浆不流失;另一方面,提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙,防止坍孔。
静压化学灌浆的关键在于浆材的配方和工艺。
钻孔:孔径80mm,孔深要求达到最深溶洞的底部。
材料:普硅425#水泥(新标准为普硅325MPa水泥)与化学浆。
工艺:采用双液灌浆系统进行全孔灌浆,要求少量多次、反复灌浆。
主要施工机械设备:BW250泥浆泵,BW150泥浆泵,100型钻机,泥浆搅拌机和贮浆槽,高压灌浆管及其配件。
3)静压化学灌浆完成,视具体情况而定是否还要下护筒,一般情况下只要溶洞被填充就可以不下护筒,按常规方法成孔。
1.5第五种方案
以上四种方案的二种或二种以上的方案结合运用。
2以某大桥溶洞处理为例及具体方案
2.1工程概况
某大桥为一座跨江大桥(包括234米桥头引道)桥长约366米,桥梁下部结构采用桩基础,柱式桥墩,上部结构采用40米箱梁。其中1-L号桩桩径1500mm,原桩底标高为一35.162m,根据地质超前钻孔资料,桩底标高必需调整为穿过溶洞嵌入微风化1.5m,1-L号桩施工范围内存在形态复杂的大型溶洞,处理较困难,必需采取有效措施进行处理。
2.2地质情况
根据超前钻勘察资料反映,1-L号桩位中从上到下的地层情况:人工回填土层一亚粘土层一弱风化泥灰岩层一微风化石灰岩。存在两一三层溶洞,地面标高为5.0m,第一层位于现状地面下22.5米,洞高约1米;第二层溶洞位于现状地面下28.5—31.8米,洞高为0.9,6.6米,第三层溶洞位于现状地面下位于36.5,41.3米,洞高2.4。10.5米。根据正三角形超前钻地质资料分析,二、三层溶洞存在贯穿可能,可以认为在现状地面下28.5-41.3米范围内存在大型溶洞。
2.3施工方法(采用钢护筒与回填片石相结合法)
根据1-L号桩基四个超前钻孔的资料可知,溶洞以上的微风化石灰岩层厚度较厚。由此可以判断,只要在施工过程中将钢护筒穿透土层部分,在桩基冲孔的过程中就能够具有足够的安全性,正常情况下在1-L桩基的施工过程中就不会发生坍塌事故。同时,为防止塌孔,在桩基施工时需要使用钢护筒来进行防护,钢护筒筒壁的厚度为12mm,护筒内径为1700mm,总长度约为17m,护筒应打入至强风化石灰岩层的顶面。冲至溶洞顶约1m减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率冲7L,当击穿溶洞发现泥浆面突然下降较多时,马上补泥浆并抛填片石和粘土(比例约1:1),然后进行冲砸堵漏,反复冲击方法将洞内冲砸密实,在冲砸过程中适当加大泥浆比重使护壁牢固,冲击过程中发现漏浆时,继续回填1:l的片石和粘土,然后冲击,如此反复穿过溶洞,直至终孔。其它工序按常规施工。经统计桩长41m,回填片石和粘土约580m3,灌注砼122m3,验桩后为I类桩,处理后果良好。
参考文献
[1]戴雨,李亚楠.下河坝岩溶公路隧道施工技术分析.廊坊师范学院学报(自然科学版),2010,(01):86-87,90.
[2]段浩.高速铁路路基管桩地基处理施工技术.石家庄铁路职业技术学院学报,2010,(02):13-15.
[3]黄跃翔,雷建华.跨越既有铁路的高速公路高架桥施工技术.石家庄铁路职业技术学院学报,2010,(02):24-27.
作者简介
于树录(1962—),男,辽宁调兵山人。本科,工程师。主要从事铁路桥梁工程施工及相关工作。