浅谈桥梁超长桩基穿越深覆盖层空洞处理技术

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  摘 要:针对重庆巫溪地区多为丘陵、山岭堆积体、孤石形成的洞室地区,其地形、地貌和水文地质条件都比较复杂,以巫镇高速公路项目西溪河特大桥11#、12#、13#墩超长桩基施工为实例,解决工程施工中遇到的堆积体、孤石形成的洞室地质条件下,桩基础施工空洞处理技术问题。
  关键词:超长桩基;深覆盖层;空洞;处理技术
  1 工程概况
   巫镇高速公路项目西溪河特大桥单幅桥面净宽12.5 m,设计荷载为公路-Ⅰ级,桥轴线方向18°。左幅起讫点桩号为ZK17+651~ZK18+713,桥长1 062 m,设计中心里程桩号ZK18+180。右幅起讫点桩号为YK17+633~YK18+727.5,桥长1 094.5 m,设计中心里程桩号YK18+184.5。
   11#、12#、13#下部结构为柱式墩、桩基础。左线桩基础长度分别为76 m、92 m、72 m,左线桩基础长度分别为52 m、92 m、80 m。
  2 地质条件
   桥址区左侧存在一处特大型滑坡,除此之外桥址区存在堆积体、孤石形成的洞室、地下洞室等不良地质现象。
  3 不同洞室的处理方案
  3.1 小型洞室的处理
   钻机钻进过程中,遇到小型洞室时,常采用传统的回填粘土冲孔固壁法。
   (1)冲击钻进时,要注意桩孔内泥浆水平位置发生的变化。当泥浆水平位置下降明显时,需及时补充泥浆。(2)将提前准备好的黄粘土放在钻机旁,当发现泥浆面下降时,立即用施工机械向桩孔内放入备好的粘土,回填高度应超过2 m。然后采取低提慢进、控制好节奏的操作,再次冲孔并重新造浆,通过冲孔将洞室堵住。(3)若再次漏浆,重复之前的方法,不断回填和冲孔,直至达到满足填塞孔洞和固壁的要求,然后一直钻进至桩底设计标高。(4)在钻进过程中,如果出现大面积塌孔或泥浆快速流失,并且出现原泥浆面超过2 m的下降,则说明钻孔施工中击破了原超前探测未发现的洞室,其已形成中型或者大、特大型洞室,应按以下方法处理。
  3.2 中型洞室的处理
   中型洞室的处理:片石加粘土堵洞筑壁法。
   (1)提前熟悉超前钻探和工程地质资料,在预知有中型洞室时,需注意钻机作业场地是否水平,碴样、孔内泥浆水平面是否正常等情况,需要配置专人来密切观察其变化。
   (2)从开始钻孔到击穿洞顶前,如果使用较大冲程会导致冲击锤卡住,建议整个过程使用较小的冲程施工,逐步击穿洞顶。
   (3)一旦察觉泥浆表面降低,并且孔中的泥浆水平位置、泥浆粘度和颜色同时发生变化,钻孔速度不断增大,同时没发生偏孔现象,说明已经通过了洞顶进到了洞室。
   (4)在施工时,为防止出现冲击锤被填充物埋住等情况,此时应提升冲击锤,并使用大型泥浆泵采用大功率输出快速为孔内补充泥浆。
   (5)在泥浆中适当增加粘土含量使泥浆粘度应保持在19 s~28 s范围内。
   (6)用施工机械将之前按3:7的比例备好的片石和粘土投入钻孔内。根据洞室的垂直高度来增加,按照多次少量的方法,总的增加量应超过洞室高度2 m以上。
   (7)钻进时,采用较小冲程钻进,使用钻锤破碎粘土和片石,并将其挤入洞室。
   (8)待孔内泥浆液面下降停止,并缓慢上升时,再增加钻进冲程,冲击并挤压注入的填料,保证洞室全部堵塞。在洞室内钻进过程中,根据进尺快慢来选择与之成正比的碎石和粘土投入量,尽量每次投放超过5 m3以上,重复多次投放。
   (9)如果洞室存在很多较大缝隙,虽经过多次封堵,但大多还会再次出现孔洞坍塌,证明原来的粘土、片石填充物仍没有彻底并且有效地将洞室封堵。为提高洞室封堵的固结强度,降低塌孔风险,应再分批加投袋装水泥,在回填深度范围内,每米投放至少3袋水泥。
   (10)当泥浆不在产生流失现象后,即可正常钻进。
   (11)洞室顶板和底板被贯通后,洞室顶板和底板的桩孔应用钻锤修圆,防止卡钻和卡钢筋笼。
  3.3 大型洞室的处理
  3.3.1 片石水泥土造浆法
   对于由多层小型洞室组成的大型洞室、单层填充式洞室采取此预案进行施工。
   (1)若遇施工此类洞室时,不仅要保证上述中型洞室处理的第一条办法有效实施,还应该加大重视力度,配备足够的专业人员,更好的保证施工顺利进行。(2)鉆至洞顶前,用小冲程将洞顶逐渐击穿,以防冲击锤被卡住。若察觉泥浆泄漏,说明洞顶已击穿。迅速使用泥浆泵补充孔内泥浆,以免孔壁坍塌。同时立刻向孔内抛投5 t左右袋装水泥。(3)然后,将厚度约3 m~5 m的粘土和片石混合物填入孔中,土石比为1:1,桩径为1.8 m,则每个孔的单次输入量约为8 m3
  ~12 m3,以填充至洞室顶以上不少于3 m为准。(4)漏浆停止后重新开始钻进。仍采用小冲程钻进,使钻锤能将水泥、粘性土、片石混合体等破碎后挤入洞壁,起到加固保护内壁的效果。(5) 在水泥终凝时间之前,冲孔至漏浆位置,然后停钻约4 h,直至凝固后的混合浆液将漏浆位置封堵。
  3.3.2 混凝土灌注护壁二次成孔钻进法
   其中某些大型洞室内为流塑状充填物或洞内存在涌水迹象。将产生较大侧压力且自稳性较差。采用混凝土灌注护壁二次成孔钻进法来处理。
   (1)按照大型洞室类型施工后,击穿洞顶过后,为防止泥浆被稀释,降低泥浆护壁效能,造成孔壁坍塌,应加大泥浆比重,并随时准备补充浆液。(2)钻孔至洞底后,在不清孔的情况下,将水下混凝土灌注至洞顶以上1.0 m处。(3)等混凝土强度超过70%后,再重新开始钻进。
  3.4 特大型洞室处理
  3.4.1 粘土水泥片石造浆法    对于填充式特大型洞室及多层中小型洞室组成的特大型洞室,仍可以采用前述粘土水泥片石造浆法。
  3.4.2 钢护筒跟进法
   为避免大型塌孔事故,降低成桩风险,对空孔且孔顶基岩厚度小于3 m或顶地高差小于10 m的大型洞室,建議采取护筒跟进施工法。
   (1)钢护筒加工:孔深15 m和15 m~30 m时,分别用12 mm和14 mm厚钢板加工钢护筒。护筒每节长度为4 m,要求护筒内径大于桩径10 cm。护筒总长度L≥(h+H)m(h为洞室高度,H为洞顶到超过地面1.5 m的距离)。为满足钢护筒整体垂直度要求,必须严格控制单节护筒的加工尺寸,使焊缝与护筒竖直方向垂直,且焊缝处加焊5 cm宽的钢带,施工中必须精确控制每节下沉护筒的垂直度。(2)护筒的下沉:护筒放置完成后其高程、顶面水平和垂直度满足要求,当冲击通过洞顶时,必须在洞顶厚度范围内缓慢、反复提升冲锤,使洞顶部成孔圆滑、竖直。此时将钢护筒下沉到孔底。在遇到其他情况时,可以考虑利用振动锤来下沉钢护筒。(3)钢护筒跟进至空洞底以下至少2 m,然后按常规方案钻进至桩底标高。
  3.5 穿越洞高很大且为流塑状填充物洞室
   这种类型洞室如果就单独回填粘土、片石或砾石后,钢护筒跟进的施工方法,可能会导致流塑状填充物夹杂着回填物涌入桩孔内,使清孔困难,并且在灌桩过程中容易发生断桩的风险,产生巨大的质量隐患。
   因此,通过大型流塑状充填物洞室时,到达洞底后不必清孔,即向洞内灌注水下混凝土到达洞顶约0.5 m,待混凝土凝固达到7d标准强度后再重新钻孔,所灌入的混凝土将在桩孔周围形成一个圆型的围护结构,以防止流塑状填充物涌入桩孔或大量混凝土流失造成断桩。
  4 结束语
   针对该项目的超长桩基穿越深覆盖层空洞处理技术总结非常有意义,同时也为将来同环境下桩基施工奠定了坚实基础,积累了相关施工经验。
  参考文献:
  [1]高军,胡携,林晓.高速铁路堆积体、孤石形成的洞室地质桥梁桩基施工检测技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2018.
  [2]王中文,汪华斌,刘志峰,等.堆积体、孤石形成的洞室地区公路桥梁桩基设计与施工[M].北京:科学出版社,2015.6.
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