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        高速鐵路復(fù)雜巖溶環(huán)境下超長鉆孔樁施工技術(shù)

        2019-03-13 13:00:16王廣群姜曉杰
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年5期
        關(guān)鍵詞:鉆孔灌注樁

        王廣群 姜曉杰

        摘? 要:新建濰坊至萊西鐵路大白村特大橋大理巖一般呈層狀分布或以夾層、透鏡體產(chǎn)于呂梁期侵入巖斜長角閃巖中,地質(zhì)特征較為復(fù)雜。受構(gòu)造作用、地層結(jié)構(gòu)及地下水等影響,大理巖巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,呈現(xiàn)出豎向串珠狀、橫向強(qiáng)連通性的特征,尤以59#墩最為顯著。該墩鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)為75.5m,屬超長巖溶樁,成孔困難,綜合比較后采取沖擊鉆成孔,長鋼護(hù)筒、溶洞反復(fù)回填沖擊、泥漿護(hù)壁等綜合施工方法,保證了成孔質(zhì)量及施工進(jìn)度。

        關(guān)鍵詞:高速鐵路;巖溶;鉆孔灌注樁;沖擊鉆

        中圖分類號(hào):U445? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ?文章編號(hào):2095-2945(2019)05-0135-02

        我國高速鐵路建設(shè)快速發(fā)展,但是巖溶地區(qū)樁基尤其是超長樁基施工,質(zhì)量控制較為困難,前人研究采用注漿、鋼護(hù)筒跟進(jìn)等方法,但該類方法經(jīng)濟(jì)成本高、工期較長,本文通過對復(fù)雜巖溶環(huán)境下超長樁基施工過程中卡鉆、埋鉆、漏漿、偏斜等難點(diǎn)進(jìn)行分析,結(jié)合本研究區(qū)現(xiàn)場實(shí)際施工情況,采用長鋼護(hù)筒、片石及黏土反復(fù)回填等綜合施工方法,有效控制了施工質(zhì)量。

        1 工程地質(zhì)概況

        新建濰坊至萊西鐵路平度市云山鎮(zhèn)區(qū)段為剝蝕丘陵、剝蝕斜坡地貌,地層屬華北地層區(qū)。研究區(qū)主要分布元古界中深變質(zhì)巖,以工程性質(zhì)較為穩(wěn)定的硬質(zhì)巖為主,巖性主要為大理巖;元古界上覆中生界泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖,以軟質(zhì)巖為主;地表第四系廣泛發(fā)育,主要為黏土、砂類土等松散堆積物。研究區(qū)風(fēng)化程度界線起伏大,地層軟硬不均顯著,呂梁期斜長角閃巖侵入顯著,大理巖及斜長角閃巖互層,地層產(chǎn)狀變化大,加劇了地層的不均勻性,地質(zhì)特征較為復(fù)雜[1,2]。

        大白村特大橋大理巖一般呈層狀分布或以夾層、透鏡體產(chǎn)于斜長角閃巖中。受構(gòu)造作用、地層結(jié)構(gòu)及地下水等影響,巖性交界面大理巖巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,溶洞見洞率及層數(shù)多,大多數(shù)泥漿漏失嚴(yán)重,尤以59#墩為最。該處溶洞以豎向串珠狀、橫向強(qiáng)連通性為主要特征,地勘取芯揭露洞高2m居多,最大達(dá)6.3m,溶洞底板最深達(dá)75.7m,充填、半充填及無充填均有分布,充填物以大理巖全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化碎屑為主,夾少量黏性土、砂類土。

        該墩基礎(chǔ)采用摩擦樁基礎(chǔ),設(shè)計(jì)單樁承載力3719.8kN,容許單樁承載力5167.3kN。設(shè)計(jì)為8根φ1.0m鉆孔灌注樁,單根樁長75.5m,下部基巖為強(qiáng)風(fēng)化斜長角閃巖(W3,σ0=500kPa),基巖面起伏較大。樁長范圍內(nèi)弱風(fēng)化大理巖(W2,σ0=1500kPa)、溶洞及強(qiáng)風(fēng)化斜長角閃巖(W3,σ0=500kPa)交替出現(xiàn),極易出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、塌孔埋鉆及泥漿嚴(yán)重漏失等異常情況,樁基成孔難度大。通過對該區(qū)復(fù)雜巖溶環(huán)境下樁基成孔技術(shù)研究,采取適宜施工方法,對樁基質(zhì)量控制具有重要意義。

        2 難點(diǎn)分析及設(shè)備選型

        鉆孔灌注樁成孔主要是旋挖鉆及沖擊鉆,基于以下幾種原因,綜合比較后采取沖擊鉆成孔、泥漿護(hù)壁施工方式:(1)該墩位樁基過長,大理巖硬度大(σ0=1500kPa),需單獨(dú)引進(jìn)較大功率旋挖鉆機(jī),時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本過高。(2)充填~半充填溶洞充填物松散且洞高較大,采用旋挖鉆無法形成有效護(hù)壁,填充物坍塌易造成埋鉆、洞頂卡鉆等安全事故。(3)無填充強(qiáng)連通性溶洞,擊穿溶洞后嚴(yán)重漏漿,即使及時(shí)補(bǔ)水或補(bǔ)漿效果也較差,不能保持漿面高度,樁基上部黏土層及砂層受地下水作用,導(dǎo)致塌孔;旋挖鉆機(jī)無法在溶洞處形成護(hù)壁,混凝土灌注過程中會(huì)大量超方,孔內(nèi)混凝土面及漿面易迅速下降,導(dǎo)管埋深不易確定,極易造成斷樁、夾泥等質(zhì)量事故[3]。(4)巖溶樁基地質(zhì)情況復(fù)雜多變,受限于勘探孔較小,樁身范圍內(nèi)極有可能存在勘探期間未發(fā)現(xiàn)的溶洞,導(dǎo)致意外漏漿、卡鉆等,根據(jù)詳細(xì)地勘剖面圖逐樁制定處理方案的同時(shí)注意及時(shí)處理突發(fā)情況,保證成孔質(zhì)量。

        3 施工方法

        地勘資料揭示樁基上部存在砂層且粉質(zhì)黏土層較厚,溶洞層數(shù)多、單層高度大,且多為無充填、半充填型,綜合比較后采取長鋼護(hù)筒、沖擊鉆反復(fù)回填沖擊、泥漿護(hù)壁等施工方法。

        3.1 長鋼護(hù)筒法

        巖溶樁基為逐樁鉆孔取芯,地勘資料較為準(zhǔn)確,揭示孔口流變性砂層頂部深度3.3m~3.9m,底部深度4.9m~6.1m,鉆至該部位時(shí)易發(fā)生塌孔埋鉆等事故,為確??妆诜€(wěn)定及施工安全,綜合考慮施工成本、工期等因素,采取長鋼護(hù)筒法施工。鋼護(hù)筒采用厚度10mm鋼板卷制而成,直徑1.3m,長7m,護(hù)筒穿過砂層進(jìn)入下部巖層1m,有效保證了該段成孔質(zhì)量及施工進(jìn)度。

        3.2 回填筑壁法

        以59-2#樁基為例,地勘及實(shí)際鉆孔資料揭示該樁基上部較松散粉質(zhì)黏土及砂層厚度為21.4m,厚度較大;溶洞共9層,洞高1.1~3.3m,除一處為半填充~全填充外,其余均為無填充溶洞,鉆探時(shí)發(fā)生掉鉆,鉆至溶洞時(shí)泥漿通常嚴(yán)重漏失甚至完全漏失。溶洞回填數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表見表1。

        (1)該根樁基多為無填充大溶洞,為防止鉆頭擊穿洞頂?shù)羧氪笕芏窗l(fā)生卡鉆事故,沖擊鉆鉆至洞頂1m處改用小沖程緩慢擊穿洞頂,可有效防止事故發(fā)生[4,5]。擊穿洞頂發(fā)生泥漿漏失時(shí)應(yīng)立即將鉆頭提出樁孔,防止塌孔引起埋鉆事故。(2)因孔內(nèi)漿面下降,泥漿靜水壓力不再有效緩解孔邊的剪切應(yīng)力,易造成上部松散層塌孔[6],立即提鉆后應(yīng)及時(shí)回填片石及黏土,同時(shí)注水或泥漿保持孔內(nèi)水頭高度,采用小沖程繼續(xù)沖擊筑壁[7]。(3)半填充~全填充及樁間連通性差小溶洞,緩慢漏漿,采用片石及黏土單次回填,小沖程緩慢沖擊,基本能形成有效的護(hù)壁,使孔內(nèi)水頭高度穩(wěn)定保持,孔壁穩(wěn)定后穿過巖溶區(qū)再采用大沖程繼續(xù)進(jìn)尺。(4)對于無填充、樁間甚至墩間連通性好且洞高較大的溶洞,采用片石及黏土回填時(shí)需經(jīng)過多次回填,反復(fù)沖擊才能有效形成護(hù)壁,使孔內(nèi)漿面穩(wěn)定保持,待漿面完全穩(wěn)定后方可進(jìn)行向下鉆孔,否則鉆孔時(shí)由于振動(dòng)等原因易引起溶洞處護(hù)壁坍塌,同時(shí)灌注混凝土?xí)r極可能因側(cè)壓力過大導(dǎo)致形成的護(hù)壁被沖開,混凝土面下降導(dǎo)致導(dǎo)管埋深不夠產(chǎn)生斷樁、夾泥等質(zhì)量事故。(5)實(shí)際鉆孔中發(fā)現(xiàn)片石及黏土采用體積比1:2回填,同時(shí)將泥漿比重控制在1.3左右,可保證樁基上部孔壁穩(wěn)定及溶洞護(hù)壁有效形成。(6)受侵入及構(gòu)造作用影響,大理巖及斜長角閃巖產(chǎn)狀及硬度差別大,地層非均質(zhì)性強(qiáng),地質(zhì)特征較為復(fù)雜。鉆孔時(shí)易在巖性交界面、溶洞側(cè)壁等強(qiáng)非均質(zhì)性地層產(chǎn)生偏斜現(xiàn)象,應(yīng)注意鋼絲繩擺動(dòng)及與中心偏差情況,發(fā)生偏斜后及時(shí)反復(fù)回填片石及黏土,直至修復(fù)。

        4 結(jié)束語

        高速鐵路對地基處理具有較高要求,而巖溶樁基施工及質(zhì)量控制又較為困難,因此復(fù)雜巖溶環(huán)境下超長樁基施工技術(shù)研究具有重要意義。通過對研究區(qū)樁基施工難點(diǎn)及施工過程進(jìn)行分析,討論了施工中采取的處理措施,及時(shí)有效保證了施工進(jìn)度及成樁質(zhì)量。(1)地表土質(zhì)松散且含有流變性砂層樁基采用長鋼護(hù)筒,有效預(yù)防樁基上部砂層及孔口坍塌。(2)無填充、橫向強(qiáng)連通性大溶洞,采取片石黏土反復(fù)回填沖擊,確保孔壁穩(wěn)定及抵抗混凝土灌注時(shí)側(cè)壓力的能力。(3)進(jìn)尺到溶洞時(shí),注意鋼絲繩擺動(dòng)及與中心偏差情況,謹(jǐn)防鉆孔偏斜,異常情況及時(shí)處理。(4)灌注混凝土?xí)r在溶洞處加大導(dǎo)管埋深,同時(shí)稍作停留再繼續(xù)灌注,防止孔壁被擠穿,導(dǎo)致導(dǎo)管埋深不夠造成斷樁、夾泥等質(zhì)量事故。

        參考文獻(xiàn):

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