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        鐵路橋梁鉆孔灌注樁溶洞處理措施分析

        2022-04-22 06:47:14陳建輝CHENJianhui
        價(jià)值工程 2022年13期
        關(guān)鍵詞:漏漿片石鋼護(hù)筒

        陳建輝CHEN Jian-hui

        (中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司,太原 030000)

        0 引言

        橋梁樁基溶洞地區(qū)由于地層巖性的軟硬程度及成因不同,裂隙發(fā)育程度差異,溶洞的大小、位置、深淺變化復(fù)雜,即使工程地質(zhì)勘察鉆探采取逐樁勘探,逐樁分析,仍不能把復(fù)雜的地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確把握。再加上溶洞中斜巖的存在,給樁基施工造成極大的困難,因而施工中容易發(fā)生泥漿下沉、塌孔及偏位等問題。對(duì)此應(yīng)對(duì)地質(zhì)勘探資料進(jìn)行認(rèn)真分析,選擇適宜的材料及機(jī)具,并在施工過程中,根據(jù)芯樣及鉆進(jìn)情況及時(shí)調(diào)整處理措施,才能確保樁基的快速施工及樁基質(zhì)量。

        1 工程概況

        馬巖錦江左線特大橋?yàn)榭缭藉\江而設(shè),中心里程為ZDK538+612,橋梁全長(zhǎng)為1098.67m,該橋位于既有線左側(cè)30m。受改線段I類變更影響,橋梁長(zhǎng)度由1098.67m變化為648.22m。主橋采用(40+2×64+40)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,11~13#墩樁基采用1.50m鉆孔樁形式。橋址區(qū)屬溶蝕殘丘、階地地貌,地面高程220~250m,相對(duì)高差30m。錦江河兩岸地形平坦,河谷呈“U”型,自然坡度一般0~10°,岸坡處自然坡度較陡,為15~20°岸坡。

        由于本地段溶洞強(qiáng)烈發(fā)育,故對(duì)13#墩樁基進(jìn)行了逐樁鉆探,鉆探結(jié)果揭示13#墩樁基存在1~25.2m不等大小溶洞,13#墩樁位立面展示圖如圖1所示。

        圖1 13#墩樁位立面展示圖

        現(xiàn)場(chǎng)采用沖擊鉆進(jìn)行沖擊施工,本橋13#墩13#-1、13#-2、13#-3、13#-4、13#-5、13#-6、13#-7、13#-8樁基分別鉆進(jìn)至219.8m、218.0m、218.3m、220.2m、220.3m、219.1m、219.5m、220.9m位置時(shí)均出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象,繼續(xù)鉆進(jìn)過程中,多次出現(xiàn)泥漿下沉、塌孔及偏位現(xiàn)象,施工所用泥漿甚至從臨近既有橋墩河道處溢出,推測(cè)本墩溶洞為復(fù)雜連通性,由于本墩位于河道內(nèi)且及時(shí)跟進(jìn)鋼套筒后仍不時(shí)發(fā)生泥漿下沉情況,針對(duì)此現(xiàn)象,現(xiàn)場(chǎng)采用反復(fù)拋填大量粘土、水泥夾片石后復(fù)鉆處理,但部分樁基漏漿依舊嚴(yán)重,為解決嚴(yán)重漏漿情況保障繼續(xù)施工需要,現(xiàn)場(chǎng)采用回填C30混凝土并復(fù)鉆處理。部分樁基不斷進(jìn)行各種回填復(fù)鉆處理,鉆進(jìn)過程中偏孔現(xiàn)象尤為嚴(yán)重,多次發(fā)生卡鉆情況,鉆進(jìn)過程中鉆頭打撈、更換及維修不斷發(fā)生,整體工效極低。針對(duì)因巖面傾斜度較大鉆頭糾偏困難的情況,采用回填花崗巖等硬質(zhì)材料進(jìn)行復(fù)鉆糾偏,鋼護(hù)筒跟進(jìn),才確保了施工進(jìn)度。

        2 鉆孔灌注樁溶洞處理措施

        2.1 溶洞處理原則

        溶洞處理應(yīng)根據(jù)泥漿池水頭流失速度初步判斷所遇溶洞規(guī)模,對(duì)于小規(guī)模溶洞采用拋填黃泥夾片石的常規(guī)方式進(jìn)行處理,中等以上規(guī)模溶洞在孔樁側(cè)壁造漿困難的情況下,可在拋填粘土、片石的基礎(chǔ)上適當(dāng)加入一定量的水泥處理。當(dāng)溶洞規(guī)模巨大時(shí),常規(guī)手段處理失效時(shí),可采用回填混凝土處理。為防止已成孔區(qū)域溶洞裂隙處再次漏漿,施工過程中應(yīng)及時(shí)采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)。針對(duì)因巖面傾斜度較大鉆頭糾偏困難時(shí),應(yīng)合理調(diào)配回填料比例關(guān)系,條件困難時(shí)可適當(dāng)提高回填混凝土比例或回填花崗巖等硬質(zhì)材料糾偏。鉆進(jìn)過程中樁基在遇到及穿越溶洞時(shí),應(yīng)減少鉆進(jìn)沖程,緩慢鉆進(jìn)通過,時(shí)刻觀察泥漿高度變化情況,發(fā)生異常情況時(shí),通過實(shí)際情況判斷,采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行處理。

        2.2 小規(guī)模及中等規(guī)模溶洞處理

        溶洞高度小于4m且連通性較差的溶洞可按小規(guī)模溶洞進(jìn)行處理。根據(jù)地質(zhì)勘探資料,有此類溶洞的樁基施工時(shí),要配置有樁基溶洞處理施工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)員密切注意沖擊鉆頭水平、巖樣和護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化,并熟記圖紙及資料中標(biāo)注的溶洞位置。鉆孔前在附近儲(chǔ)備一定數(shù)量的粘土、片石及袋裝水泥,鉆進(jìn)過程中,配備水泵和足夠的水源,確保一旦漏漿,可以及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水補(bǔ)漿。

        對(duì)于半充填的溶洞或空溶洞,特別是地質(zhì)勘探資料顯示可能漏漿的溶洞,在擊穿洞頂之前,采用小沖程,逐漸將洞頂擊穿,防止卡鉆,要安排專人密切注意巖樣和護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化,一旦發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面下降,首先應(yīng)迅速用泥漿泵補(bǔ)漿補(bǔ)水,同時(shí)及時(shí)提鉆,防止埋鉆,然后將準(zhǔn)備好的片石、粘土按適當(dāng)?shù)谋壤龗伻?、必要時(shí)投入袋裝水泥,仍采用小沖程輕砸,用樁錘擊碎后讓粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)壁發(fā)揮護(hù)壁作用。直至孔中的泥漿不再下降,并開始慢慢上升,然后再用沖錘進(jìn)行適當(dāng)擠壓,直至把樁基周圍的溶洞都填滿或堵死為止,只有當(dāng)泥漿不再漏失后才可轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

        2.3 大規(guī)模溶洞處理

        2.3.1 回填封堵漏漿

        遇到大規(guī)模的溶洞,尤其是有漏漿源的半充填溶洞,在沖孔過程中充填物被揭開,造成重新漏漿。為了堵住漏漿源,發(fā)現(xiàn)漏漿后,立即向孔中拋袋裝水泥,然后向孔中投入一定厚度的粘土、片石混合物,同時(shí)向孔中補(bǔ)水以保持水頭,待漏漿停止后重新沖孔,需在水泥終凝時(shí)間之前沖孔到漏漿部位,然后停止6~10h。如此重復(fù)操作,直至凝固結(jié)后的水泥粘土漿把漏漿源堵死為止。

        2.3.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)法

        遇到大規(guī)??杖芏椿虬氤涮钊芏磿r(shí),為防止漏漿造成孔壁坍塌,可及時(shí)跟進(jìn)鋼護(hù)筒隔離上部松軟覆蓋層的方法進(jìn)行處理可達(dá)到較好的效果。沖擊過程中,易發(fā)生偏斜時(shí),需先采用較大直徑的鉆頭沖擊至溶洞頂,沖擊穿過至溶洞1m以上再下內(nèi)護(hù)筒至孔底,再換小鉆頭繼續(xù)沖砸,直至擊穿溶洞,然后回填粘土、片石混合物,繼續(xù)采用反復(fù)沖擊的辦法將洞內(nèi)沖砸密實(shí),再轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。根據(jù)樁基勘探資料,遇到該類型溶洞時(shí),需提前采用較大直徑的鋼護(hù)筒,以確保內(nèi)鋼護(hù)筒直徑大于樁基直徑,才能保證鉆進(jìn)的順利進(jìn)行。鋼護(hù)筒跟進(jìn)法一般情況下須同時(shí)結(jié)合采用溶洞內(nèi)回填片石沖進(jìn),以及溶洞底部與護(hù)筒腳之間采取封堵處理,否則處治效果不佳。

        2.4 溶洞及斜巖地層處理

        遇到較大的溶洞,特別是溶洞存在巖質(zhì)極堅(jiān)硬傾斜巖層,沖擊鉆過程明顯偏斜,成樁困難,牽引鋼絲繩明顯偏移,沖擊錘上下活動(dòng)時(shí)拖掛樁基孔口鋼護(hù)筒,導(dǎo)致鋼護(hù)筒孔口偏位,局部發(fā)生塌陷等問題時(shí)?;靥顝?qiáng)度較高的花崗巖穿過斜巖效果顯著。13#墩樁基在沖擊穿過溶洞及斜巖過程中,每次回填片石加黏土或水泥2~3m高,平均每次進(jìn)尺6cm,偏斜仍然存在,基本無(wú)進(jìn)尺;每次回填C30混凝土4~5m高,需等待6~7天等混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再?zèng)_擊,平均進(jìn)尺20cm,偏斜??;每次回填花崗巖加少量黏土或水泥2~3m高,平均進(jìn)尺57cm,基本無(wú)偏斜。現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)情況見表1。

        表1 13#墩樁基穿越溶洞及斜巖處理措施對(duì)比表

        根據(jù)統(tǒng)計(jì),遇到溶洞且有斜巖存在時(shí),在回填片石及混凝土效果不佳的情況下,可采取回填花崗巖的措施,加快施工進(jìn)度。

        2.5 溶洞間持力層較厚處理

        當(dāng)樁基穿過溶洞進(jìn)入下一個(gè)溶洞前有較厚的持力層時(shí),且滿足其性能要求,該樁基可在到達(dá)下一個(gè)溶洞一定距離前成孔。馬巖錦江左線特大橋13#墩樁基礎(chǔ)持力層均為灰?guī)r,樁端嵌入W2完整巖內(nèi)不小于4m。13-2#、13-4#、13-5#、13-6#、13-8#樁基礎(chǔ)施工時(shí),基巖情況良好,沖擊鉆鉆進(jìn)難度較大,且2017年雨季錦江洪水對(duì)馬巖錦江左線特大橋棧橋的沖毀,導(dǎo)致該橋施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后。為了保證連續(xù)梁的施工和鋪架工期,針對(duì)鉆孔樁沖孔困難的現(xiàn)象,設(shè)計(jì)單位對(duì)原設(shè)計(jì)6組巖石試驗(yàn)成果進(jìn)行了重新分析:顯示該橋址范圍內(nèi)巖石普遍堅(jiān)硬:15節(jié)巖樣天然抗壓強(qiáng)度中有10個(gè)試驗(yàn)值大于60MPa,最大值可達(dá)186MPa;13節(jié)巖樣飽和抗壓強(qiáng)度中有5個(gè)試驗(yàn)值大于60MPa,最大值可達(dá)102MPa。針對(duì)可能存在的斜巖面情況進(jìn)行了核實(shí),由于橋址區(qū)全部為第四系覆蓋,對(duì)兩側(cè)的構(gòu)造及產(chǎn)狀進(jìn)行了核實(shí),小里程不到1km范圍存在3支斷層,導(dǎo)致產(chǎn)狀變化較大,在5~18°之間變化。經(jīng)過多次論證,可對(duì)剩余樁基樁長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化情況見表2。

        表2 13墩樁基樁長(zhǎng)優(yōu)化尺寸表

        3 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,在實(shí)際的鐵路橋梁鉆孔灌注樁施工過程中,需根據(jù)溶洞大小、巖層情況及鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的漏漿、造漿困難、塌孔、偏位等問題,采用回填片石、粘土、混凝土、水泥、花崗巖及跟進(jìn)鋼護(hù)筒等方法,通過溶洞及斜巖層。采用不同的方法需要詳細(xì)記錄施工情況,分析原因,采取針對(duì)性措施,才能確保施工進(jìn)度。地質(zhì)條件較好,經(jīng)設(shè)計(jì)單位驗(yàn)算論證,也可通過變更適當(dāng)優(yōu)化樁長(zhǎng)。

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