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        談巖溶地區(qū)鉆孔樁施工技術(shù)

        2012-11-06 05:05:24康宗明
        山西建筑 2012年12期
        關(guān)鍵詞:片石溶洞鉆機(jī)

        康宗明

        (中鐵一局天津建設(shè)工程有限公司,天津 300250)

        巖溶區(qū)域的橋梁基礎(chǔ)施工一直是困擾工程施工的一個(gè)技術(shù)難題。本次研究結(jié)合焦柳鐵路洛陽(yáng)至張家界段電氣化改造工程LGSZ-1標(biāo)段K783+482梅溪河特大橋的施工,了解和掌握其施工工藝。

        1 工程概況

        梅溪河特大橋位于湖北省松滋市,是洛陽(yáng)至張家界電氣化改造工程中的重點(diǎn)控制工程。橋梁全長(zhǎng)730.25 m,孔跨為:1×24 m+21×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。橋梁基礎(chǔ)均為鉆孔樁基礎(chǔ),鉆孔樁樁長(zhǎng)在8 m~67 m之間,共計(jì)112根。根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料,場(chǎng)地地層上部為粉質(zhì)粘土~卵石~圓礫,稍密的圓礫混粘土和硬塑亞粘土;下部為白云質(zhì)灰?guī)r,巖面多呈傾斜狀,巖溶異常發(fā)育,填充、半填充溶洞及空溶洞異常密集,洞高1 m~23.4 m,洞頂距地面4.2 m~51.3 m,溶洞已被黃色流塑~軟塑粘性土和灰?guī)r碎塊、角礫、礫砂充填,呈松散或極松散狀,個(gè)別溶洞上部為空洞。

        2 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工

        2.1 鉆孔前溶洞預(yù)處理方法

        為了防止巖溶地區(qū)鉆孔樁施工過(guò)程中保證成孔并順利澆筑水下混凝土至成樁,所以要對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)處理,預(yù)處理的主要目的是對(duì)溶洞填充物進(jìn)行固結(jié)和填充,并使之達(dá)到一定的強(qiáng)度(20 MPa以上),以保證鉆孔樁施工過(guò)程中不出現(xiàn)泥漿流失、坍塌、孔偏斜等現(xiàn)象的發(fā)生,防止地表塌陷或產(chǎn)生沉降,并滿足樁基結(jié)構(gòu)安全要求。

        1)樁基施工前,使用地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)樁位進(jìn)行探孔,初步探明巖溶的分布、溶洞孔壁特性、溶洞內(nèi)充填類型以及是否漏水等情況,并根據(jù)掌握的地質(zhì)資料合理選擇鉆孔樁施工所需鉆機(jī)類型。

        2)對(duì)于封閉較小且洞內(nèi)無(wú)填充物或半填充的溶洞,采取先填充碎石或干砂,然后注漿的方法;對(duì)于空洞較大,可采用填充粘土、片石;對(duì)于空間較大且無(wú)填充物的溶洞時(shí),可采取直接灌砂、填土或者填碎石后再進(jìn)行注漿固結(jié),若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時(shí),直接注漿固結(jié)即可;若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時(shí),則可以直接沖孔,但需加強(qiáng)泥漿護(hù)壁。

        3)注漿時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用擠壓注漿機(jī)、雙液注漿泵或高壓注漿泵,漿液一般選用純水泥漿、水泥砂漿和雙液漿,注漿壓力控制在1.0 MPa左右,具體壓力值和注漿速度應(yīng)根據(jù)漿液濃度、管道長(zhǎng)度和孔洞空間大小進(jìn)行試驗(yàn)后確定。

        壓漿施工時(shí),壓漿設(shè)備應(yīng)放置平穩(wěn),注漿管道的設(shè)置要盡量短、直并少拐彎,所有管道接頭要連接良好不漏氣,注漿管應(yīng)盡量插入到注漿部位的底部,注漿時(shí)根據(jù)注漿量和壓力表反饋數(shù)據(jù)控制好提管速度,保證漿液滲透半徑。注漿暫?;蚪Y(jié)束后,應(yīng)對(duì)注漿機(jī)械和管道進(jìn)行必要的清洗。巖溶地段壓漿工藝流程圖見(jiàn)圖1。

        圖1 巖溶地段壓漿工藝流程圖

        壓漿孔根據(jù)墩臺(tái)、樁基和溶洞的位置合理進(jìn)行布置,注漿用水泥一般采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥,純水泥的單液漿水灰比為0.8∶1~1∶1,為保證漿液不大量流失而使用雙液漿時(shí),可根據(jù)水玻璃實(shí)際濃度和模數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定體積比,并根據(jù)管道長(zhǎng)度和擴(kuò)散半徑確定是否需要摻加緩凝劑。遇漏水嚴(yán)重或有暗河的溶洞,采取上述方法無(wú)效后,應(yīng)使用鋼護(hù)筒直接跟進(jìn)法施工。

        4)注漿時(shí),如遇單液漿或雙液漿進(jìn)漿量很大,但壓力值不升高時(shí),則可能是注入的漿液在大量流失,出現(xiàn)此種現(xiàn)象時(shí),應(yīng)首先對(duì)漿液的濃度和配合比進(jìn)行調(diào)整,盡量縮短凝結(jié)時(shí)間,采取間歇式注漿或低壓力小泵量注漿方法,使?jié){液在孔洞裂隙中有一定的相對(duì)凝結(jié)時(shí)間,如此循環(huán)多次,直到滿足最小注漿量或注漿壓力時(shí)停止。

        5)根據(jù)溶洞的類型和洞內(nèi)充填物的不同,注漿產(chǎn)生的作用也不同,漿液對(duì)溶洞的加固是通過(guò)滲透板結(jié)、劈裂擠密、充填等方式完成固結(jié)的。漿液根據(jù)滲透擴(kuò)散方向,通過(guò)對(duì)小主應(yīng)力面反復(fù)不斷的滲透、擠密、充填固結(jié),使樁基周圍逐步形成了一道堅(jiān)實(shí)的屏障,提高了溶洞充填物的承載力和抗剪力,保證了鉆孔施工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生漏水、流砂、漏漿、坍塌等現(xiàn)象發(fā)生。

        2.2 鉆孔中溶洞的處理方法

        由于基巖內(nèi)均有單層和多層溶洞發(fā)育,根據(jù)多孔位的地質(zhì)資料分析,溶洞的頂?shù)装宥喑蕛A斜狀,實(shí)際施工中也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。因此,在施工中應(yīng)解決傾斜巖面的鉆進(jìn)、溶洞頂板的突破、溶洞內(nèi)空洞的填充和流塑狀填充物的固壁等幾個(gè)方面的問(wèn)題。具體做法如下:

        1)在孔位附近備有大量粘土、片石和適當(dāng)數(shù)量的袋裝水泥,設(shè)置兩個(gè)容量較大的泥漿池,保證樁孔一旦出現(xiàn)漏漿,能及時(shí)補(bǔ)漿和回填樁孔。

        2)鉆孔至距離溶洞頂1 m左右時(shí),減小沖程,控制在1 m~1.5 m范圍內(nèi)變化,通過(guò)短沖程快頻率沖擊的方法逐步將洞頂擊穿,防止因沖程過(guò)大而導(dǎo)致卡鉆。

        3)在洞頂被擊穿時(shí)應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)觀察測(cè)量護(hù)筒內(nèi)泥漿的變化,如果護(hù)筒內(nèi)泥漿有減少現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)提鉆并迅速補(bǔ)充泥漿,防止塌孔埋鉆。然后根據(jù)溶洞的大小回填粘土和片石混合料(比例按1∶1),利用鉆機(jī)沖擊力量進(jìn)行沖擠堵漏,當(dāng)泥漿面穩(wěn)定后方可正常施工。如此反復(fù)多次耐心操作,確保鉆機(jī)順利地穿越溶洞。

        4)若已探明溶洞內(nèi)填充物為軟弱粘性土或淤泥,可向孔內(nèi)投入粘土和片石混合填充物,并用鉆機(jī)沖擠固壁。

        5)鉆孔時(shí)遇到傾斜巖面時(shí),應(yīng)先用片石對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行回填,回填高度為0.5 m~1 m,再重新施工,反復(fù)進(jìn)行此操作,直至傾斜面水平。

        6)在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔樁施工中發(fā)現(xiàn),大部分樁基塌孔均發(fā)生在覆蓋層,覆蓋層地質(zhì)為卵石土或圓礫土,厚度大約6 m~10 m。為防止此類情況的發(fā)生,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況,在有些墩位上的樁基采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)的方法進(jìn)行施工:先采用直徑1.5 m的鉆頭鉆孔至基巖,然后下沉1.5 m的鋼護(hù)筒至巖面上,再換回直徑1.25 m的鉆頭繼續(xù)鉆孔。

        3 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工常見(jiàn)問(wèn)題處理和預(yù)防

        3.1 偏、斜孔

        由于地表回填不均勻,支撐不牢固等原因會(huì)造成鉆機(jī)整體偏斜,此時(shí)如果不及時(shí)糾偏,就會(huì)導(dǎo)致成孔后孔位偏斜不垂直,影響樁基受力效果。出現(xiàn)此種情況時(shí),應(yīng)先對(duì)孔壁進(jìn)行詳細(xì)檢查,確保孔壁穩(wěn)定后,再采取對(duì)地表承載物進(jìn)行挖除換填或加大鉆機(jī)支撐面積等方法處理;如測(cè)量發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)(孔樁)傾斜嚴(yán)重,孔壁支撐松散且隨時(shí)有可能坍塌時(shí),應(yīng)立即撤離人員和鉆機(jī),并對(duì)孔樁進(jìn)行片石或片石粘土混合物回填至原地面標(biāo)高,放置一段時(shí)間后,重新測(cè)量定位進(jìn)行鉆孔作業(yè)。偏、斜孔的預(yù)防措施:鉆機(jī)就位之前對(duì)松軟的地表土進(jìn)行換填,加大地基承載力,并在鉆機(jī)就位時(shí)對(duì)支撐點(diǎn)進(jìn)行加固加大處理,前期鉆進(jìn)時(shí)采取套小鉆、短沖程方法,并加大孔樁檢查頻率,及時(shí)準(zhǔn)確的做好檢查記錄,并在施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)護(hù)樁位置準(zhǔn)確性的測(cè)量工作。

        3.2 卡鉆

        卡鉆的形成主要原因是孔樁入巖后,鉆頭在通過(guò)上下巖層分、交界面時(shí)(特別是遇到溶洞時(shí)),由于兩種巖層的風(fēng)化程度和軟硬度不同,鉆機(jī)操作手沒(méi)能及時(shí)察覺(jué)地質(zhì)變化,采取相應(yīng)措施,從而造成了鉆頭卡巖。根據(jù)卡鉆的原因采取不同的處理方法。如果卡鉆是發(fā)生在鉆頭通過(guò)巖層交界處時(shí),一般利用水下爆破的方法進(jìn)行處理,利用爆破時(shí)產(chǎn)生的沖擊力,以達(dá)到對(duì)鉆頭和巖石進(jìn)行松動(dòng)的目的,直至鉆頭提出。由于提鉆操作不當(dāng)導(dǎo)致鋼絲繩斷開(kāi)造成的卡鉆,進(jìn)行多次水下爆破后鉆頭仍舊不能提出時(shí),只好采取回填片石粘土混合物至計(jì)算的高度后,換用大一號(hào)的鉆頭,重新定位鉆進(jìn),鉆進(jìn)至原卡鉆高度時(shí),再利用掛鉤進(jìn)行撈鉆、提鉆。由于特殊原因鉆頭長(zhǎng)時(shí)間不鉆進(jìn),泥漿不循環(huán),孔內(nèi)出現(xiàn)沉淀,從而導(dǎo)致鉆頭無(wú)法提升,這種現(xiàn)象應(yīng)采取在孔樁內(nèi)插入高壓水管進(jìn)行泥漿置換的方法處理。

        卡鉆的預(yù)防措施:鉆機(jī)就位鉆進(jìn)前,做好充分的準(zhǔn)備工作,鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)根據(jù)記錄實(shí)際地質(zhì)情況并和已知地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比,并根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)方法、沖程和提鉆高度,遇設(shè)備故障或其他特殊情況不能繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí),及時(shí)將鉆頭提升至安全高度。

        3.3 塌孔

        在施工過(guò)程中孔壁失衡坍塌的現(xiàn)象統(tǒng)稱為塌孔,一般是由于施工中泥漿比重不合適,沒(méi)有控制好。塌孔預(yù)防措施:沖孔之前熟練掌握孔樁的地質(zhì)資料及相關(guān)情況,施工過(guò)程中控制好泥漿比重,根據(jù)需要,在外力干擾比較嚴(yán)重的地方埋設(shè)加長(zhǎng)鋼籠、鋼護(hù)筒。

        4 結(jié)語(yǔ)

        巖溶地區(qū)的鉆孔樁樁基施工的難點(diǎn)就是地質(zhì)條件復(fù)雜,所以要事先掌握詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)資料,最好每樁位有探孔的地質(zhì)資料,做好充分的準(zhǔn)備工作,正確選擇鉆機(jī)類型和施工工藝,做好預(yù)防措施。本橋樁基礎(chǔ)施工中,采用文中所述方法,根據(jù)不同的地質(zhì)條件,采用合適的施工參數(shù),通過(guò)嚴(yán)密的組織設(shè)計(jì)和管理,克服了卡鉆、掉鉆、埋鉆、偏孔、斜孔、塌孔、漏漿等現(xiàn)象,完善了施工工藝,保證了安全、優(yōu)質(zhì)、高效目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

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