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        巖溶地質(zhì)環(huán)境下橋梁樁基施工技術(shù)分析

        2021-06-20 07:25:52張劍
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2021年32期
        關(guān)鍵詞:片石護(hù)壁溶洞

        張劍

        (湖南省益陽(yáng)公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司,湖南益陽(yáng)413000)

        0 引言

        橋梁基礎(chǔ)作為重要的承重構(gòu)件,承載著橋梁自重荷載及橋梁運(yùn)營(yíng)期的車(chē)輛荷載,并將上述荷載向地基傳遞。因此,必須重視其建設(shè)質(zhì)量。中國(guó)幅員遼闊,區(qū)域不同,其地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌也存在顯著不同。我國(guó)東部、南部區(qū)域廣布熔巖地貌,在該地質(zhì)條件下建設(shè)橋梁,需重點(diǎn)關(guān)注橋梁的基礎(chǔ)施工質(zhì)量。鑒于此,為高效建設(shè)橋梁基礎(chǔ),提升施工質(zhì)量,優(yōu)化橋梁承載力,本文選擇了某大型橋梁項(xiàng)目為研究對(duì)象,根據(jù)其施工情況,分析了不同類(lèi)型的溶洞處理技術(shù),探究?jī)?yōu)化熔巖地質(zhì)的方法及提升橋梁基礎(chǔ)建設(shè)質(zhì)量的具體措施。

        1 工程概況

        該大橋項(xiàng)目全長(zhǎng)2761m,基礎(chǔ)共兩種:鉆孔灌注樁、柱形實(shí)體墩。樁長(zhǎng)介于6~47m 之間,樁徑共有1m 和1.25m 兩種。地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn),該項(xiàng)目所處場(chǎng)地廣布巖溶,其中溶洞約占47%,溶洞中70%為空洞,屬于典型的巖溶地質(zhì)。

        2 巖溶處理工藝

        根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告,結(jié)合施工設(shè)備的投入及實(shí)際工況,該項(xiàng)目選定了集中治理溶洞的方案,具體工藝如下:

        2.1 拋填筑壁法

        實(shí)施鉆孔作業(yè)時(shí),鉆孔至溶洞臨界點(diǎn),必須保持鉆速均勻。貫穿溶洞臨界點(diǎn)后,馬上停止鉆孔作業(yè),將黏土片石填充至溶洞內(nèi),并及時(shí)進(jìn)行沖孔作業(yè),確保溶洞密實(shí)填充,多次進(jìn)行填充、沖孔作業(yè),直至溶洞內(nèi)全部填充黏土片石且壓緊密實(shí),使孔道內(nèi)液面趨于穩(wěn)定。圖1所示為該施工措施的具體情況[1]。

        圖1 拋填筑壁法處理示意圖

        2.2 鋼制護(hù)壁筒處治法

        實(shí)施鉆孔作業(yè)時(shí),鉆孔至溶洞臨界點(diǎn),必須保持鉆速均勻。貫穿溶洞至底部時(shí),制作鋼制護(hù)壁筒的同時(shí),振動(dòng)施加荷載,確保護(hù)壁筒至溶洞底部,有效規(guī)避洞內(nèi)滲水。圖2所示為該施工措施的具體情況[2]。

        圖2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法處理示意圖

        3 小型空洞、中型填充型溶洞的處理方法

        根據(jù)不同類(lèi)型的溶洞,有針對(duì)性地采取處理措施:其一,小型空洞、中型填充型溶洞,若水流滲透動(dòng)力較小,建議使用黏土片石拋填法予以治理。其二,結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告,了解施工場(chǎng)地的溶洞情況,科學(xué)明確循環(huán)拋填治理次數(shù),確保溶洞的治理效果,提升填充度、密實(shí)性的同時(shí),合理降低施工的資金投入。

        4 較大型、串珠狀、水聯(lián)通通道型溶洞的處理方法

        若溶洞規(guī)模較大,分布區(qū)域較廣且連片成群,處理時(shí)需慎重。若僅使用黏土片石填筑法治理,施工過(guò)程中的沖孔、填充作業(yè)容易對(duì)溶洞洞壁造成溶洞,有潛在的塌方威脅,存在安全隱患,較易引發(fā)安全事故。若通過(guò)鋼制護(hù)壁筒措施予以治理,施工資金投入較大,方案性價(jià)比較低,且施工振動(dòng)易導(dǎo)致溶洞洞壁開(kāi)裂。根據(jù)以往的研究成果,結(jié)合工程實(shí)踐,建議采取聯(lián)合治理措施,即同步使用上述兩種治理技術(shù),實(shí)施治理作業(yè)[4]。

        4.1 拋填筑壁法的特點(diǎn)

        第一,黏土片石拋填治理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為施工便捷、簡(jiǎn)單,資金投入較小,性價(jià)比較高;缺點(diǎn)是作業(yè)的連續(xù)性不足,難以把握治理效果,存在塌孔威脅。為了科學(xué)地治理溶洞,提升溶洞的密實(shí)性,建議應(yīng)結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告,了解施工場(chǎng)地的溶洞情況,科學(xué)明確循環(huán)拋填治理次數(shù)。

        第二,該治理措施使用硬塑性材料,流動(dòng)性不足,滲透性較差,即使通過(guò)多次循環(huán)施工作業(yè),也難以取得較好的密實(shí)效果,溶洞難以完全密實(shí),且溶洞作業(yè)部位遺留的通道也無(wú)法得到治理?;炷翝仓┕み^(guò)程中,在進(jìn)行混凝土灌注、填充通道,無(wú)法控制混凝土的用量,存在超量問(wèn)題,同時(shí)增加了填筑結(jié)構(gòu)的荷載。圖3 為超方示意圖[5]。

        圖3 混凝土灌注超方示意圖

        4.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法特點(diǎn)

        第一,項(xiàng)目地質(zhì)勘查報(bào)告顯示,施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜,溶洞廣布且部分溶洞聯(lián)通成片,溶洞壁凹凸不平,下推護(hù)壁筒作業(yè)時(shí),鉆頭易遭遇石塊,二者相撞會(huì)導(dǎo)致護(hù)壁筒變形,對(duì)成樁質(zhì)量造成嚴(yán)重影響,嚴(yán)重降低灌注樁的承載力。

        第二,該項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)溶洞較多,且多為空洞溶洞,如果上部施工荷載過(guò)大,就會(huì)存在溶洞大范圍塌方的風(fēng)險(xiǎn),破壞護(hù)壁筒[6]。

        4.3 鋼護(hù)筒跟進(jìn)和拋填結(jié)合法

        根據(jù)工程實(shí)踐,結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際,建議采取聯(lián)合治理措施,即同步使用黏土片石拋填和鋼制護(hù)壁筒兩種治理技術(shù),開(kāi)展治理作業(yè)。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),該方案性價(jià)比高、資金投入低,治理效果優(yōu)越,聯(lián)合治理措施要點(diǎn)如下:第一,鋼護(hù)筒下推前,應(yīng)先采取黏土片石法,進(jìn)行2~3 次循環(huán)拋填,密實(shí)填充溶洞,有效規(guī)避溶洞塌方風(fēng)險(xiǎn)。第二,提前使用機(jī)械設(shè)備沖擊巖體,清理溶洞壁,旨在保護(hù)護(hù)壁筒,確保其下推過(guò)程中免遭破壞,不被彎折。第三,上述兩種治理措施相結(jié)合,還需適度加入水泥,同時(shí)進(jìn)行鋼護(hù)筒下沉施工,及時(shí)切斷滲水通道[7]。

        5 繞避法

        目前治理熔巖地質(zhì)較為可靠、優(yōu)質(zhì)的方法為繞避法,治理核心需根據(jù)地質(zhì)勘查情況,提前了解溶洞分布及其狀態(tài),有針對(duì)性地制定施工計(jì)劃。施工中應(yīng)繞過(guò)大、中型溶洞及聯(lián)通成片的溶洞群。該大橋項(xiàng)目11#橋墩處熔巖較為成熟,根據(jù)地質(zhì)勘查情況可知,原定跨徑為32m,后變更為48m,避免了在該區(qū)域內(nèi)施工[8]。

        6 巖溶處理措施選定原則及施工要點(diǎn)

        本文根據(jù)溶洞分布、規(guī)模、聯(lián)通情況等,分析了不同的治理措施,明確了選擇治理措施的原則,并對(duì)應(yīng)概括了治理方案的要點(diǎn)。

        6.1 巖溶處理措施選定原則

        表1 為選取巖溶地質(zhì)治理方案的原則。

        表1 巖溶地質(zhì)處治方案選取原則

        6.2 施工控制要點(diǎn)

        第一,為了提升孔壁周?chē)目箶D壓能力,以免鉆孔作業(yè)時(shí),范圍內(nèi)的堅(jiān)硬巖石對(duì)鉆進(jìn)作業(yè)造成影響,出現(xiàn)損壞鉆頭等問(wèn)題,建議嚴(yán)格控制鉆孔施作動(dòng)能,將其控制在2.5~5.0t/m2之間。

        第二,巖溶地質(zhì)不同,發(fā)育情況也不同,巖溶分布、容積也存在變化。為了順利推進(jìn)沖孔施工作業(yè),有效規(guī)避塌方、塌孔等風(fēng)險(xiǎn),必須嚴(yán)格進(jìn)行地質(zhì)勘查。根據(jù)勘查報(bào)告,了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況,明晰的分布,有針對(duì)性地制定鉆孔施工組織設(shè)計(jì),科學(xué)謀劃鉆孔流程。

        第三,科學(xué)地進(jìn)行地質(zhì)勘查作業(yè),對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)溶洞的分布、大小、洞內(nèi)填充等情況進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的掌握和了解。根據(jù)勘查報(bào)告,科學(xué)制定施工方案,做好各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的處置預(yù)案,有效規(guī)避各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí),還能在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)按章救治,迅速處理。

        第四,為了避免塌方事故,提高作業(yè)質(zhì)量,鉆孔作業(yè)至距離溶洞約1m 時(shí),需對(duì)沖孔參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整,相應(yīng)地改變作業(yè)方式,使用高頻小沖程的施工形式,過(guò)洞應(yīng)緩慢、勻速[9]。

        第五,為降低塌方風(fēng)險(xiǎn),經(jīng)了解,溶洞內(nèi)無(wú)填充物,則需馬上進(jìn)行注漿施工,穩(wěn)定水頭。注漿作業(yè)時(shí)要注意泥漿的黏稠度,合理提升黏土比,緩慢增加重指標(biāo)。實(shí)踐表明,最佳注漿稠度為25~30s[10]。

        第六,施工過(guò)程中使用的黏土片石較多,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備足物料,確保正常開(kāi)展填筑作業(yè),嚴(yán)禁中斷作業(yè)。使用高頻小沖程施工措施,應(yīng)多次循環(huán)沖擊,于溶洞周壁形成適度的泥漿予以護(hù)壁,實(shí)現(xiàn)堵塞通道及封閉效果,增強(qiáng)壁周的荷載力,降低塌方的發(fā)生率,規(guī)避塌方風(fēng)險(xiǎn)。

        第七,提出鉆頭后,應(yīng)向溶洞內(nèi)及時(shí)填筑黏土片石,馬上開(kāi)展填筑作業(yè),全面提升溶洞的密實(shí)性。相較溶洞頂面,溶洞內(nèi)填充面應(yīng)略高。穩(wěn)定洞內(nèi)水頭后,應(yīng)持續(xù)開(kāi)展沖孔作業(yè),將填筑料壓實(shí),提高其填充率。

        第八,使用黏土片石填筑料進(jìn)行填筑后,溶洞漏點(diǎn)難以全部密封,因此,建議增加水泥用量,水泥混合原填筑料可以取得更好的封閉、填充效果。

        7 結(jié)論

        本文選擇了某大型橋梁項(xiàng)目為研究對(duì)象,結(jié)合該工程施工現(xiàn)場(chǎng)的溶洞分布情況,探析了巖溶地質(zhì)環(huán)境下兩種樁基施工技術(shù)的選擇原則及其技術(shù)要點(diǎn),并得出如下結(jié)論:

        其一,小型空洞、中型填充型溶洞,若水流滲透動(dòng)力較小,建議使用黏土片石拋填法予以治理,但需要詳細(xì)了解溶洞的分布情況,合理確定循環(huán)拋填次數(shù);若溶洞規(guī)模較大,分布區(qū)域較廣且連片成群,則建議采取聯(lián)合治理措施,即同步使用上述兩種治理技術(shù),實(shí)施治理作業(yè)。

        其二,科學(xué)地開(kāi)展地質(zhì)勘查,了解施工場(chǎng)地的溶洞現(xiàn)狀,明晰其大小、填充及聯(lián)通情況,并有針對(duì)性地制定施工組織、設(shè)計(jì),以免出現(xiàn)坍塌、塌方事故,降低塌孔的風(fēng)險(xiǎn)率。

        其三,該大橋項(xiàng)目施工后,經(jīng)抽樣檢測(cè),樁基良好,達(dá)到I類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),滿足規(guī)范要求,表示該治理技術(shù)及方案切實(shí)可行,能夠在同類(lèi)型項(xiàng)目施工中推廣、應(yīng)用。

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