巖溶地區(qū)橋梁樁基處置技術
2016-09-26
1、項目概況
湖南省寧道高速公路第二合同段橋位地質情況復雜，樁基溶洞數(shù)量多，溶洞最高達21.2m，最多溶洞層數(shù)達8層，尤其是無充填的溶洞、高大溶洞、多層溶洞、深埋溶洞數(shù)量較多。根據(jù)溶洞的類型可分為四類，即空溶洞、多層溶洞、大型溶洞、有填充物溶洞。
橋位處的地質情況由上至下分別為粘土、亞粘土、含砂亞粘土、卵石土、淤泥質亞粘土、圓礫、弱風化灰?guī)r。
2、溶洞處理的主要方案
2.1 修改設計，避開溶洞
2.1.1 對于多層、高大半填充、無填充溶洞（例如泠江大橋20#墩）本項目采取改變設計，改單樁為群樁，增加樁數(shù)量減少樁長的施工方法。
圖1 20#-1鉆孔柱狀圖
2.1.2 對于覆蓋層較淺，溶洞頂板較厚的情況，可將樁基礎改為擴大基礎；對于溶洞頂板厚度較薄，且溶洞相對小而埋置深度淺時，可采取局部加強的辦法，人為地加厚頂板厚度，為做擴大基礎創(chuàng)造條件。
2.1.3 對于覆蓋層較深時，溶洞埋置深度也很深，由柱樁改為摩擦樁，擴大樁徑，縮短樁長；或者做成兩樁抬一柱，避開溶洞處。
2.1.4 加大跨徑，增大樁徑，減少樁數(shù)，減少溶洞處理。
2.1.5 橋梁在巖溶區(qū)，橋梁高度較小，而且在滿足排洪和修筑路堤所有設計要求的前提下，可將橋改為路堤。
2.1.6 根據(jù)橋梁用途，在滿足使用要求的情況下可以變更結構類型，（將橋改為通道等）。
2.2 設計變截面樁，采用鋼護筒護壁
此類樁適用于高大溶洞、多層溶洞，例如泠江大橋19#-3。
圖2 19#-3鉆孔柱狀圖
2.3 溶洞樁基礎施工處理方法
2.3.1 挖孔樁施工
對于埋置深度較淺（10m左右）洞高小于2m的單層溶洞，地層中無較厚砂礫層或砂層，且在無水或地下水小的情況下可以采用人工挖孔。有填充的用現(xiàn)澆砼護壁，根據(jù)具體情況適當加大護壁厚度或用鋼筋砼護壁；沒有填充的采用砌片石堵塞溶洞和現(xiàn)澆砼護壁。
施工方法如下。
?、偻诳追椒ǎ和谕劣扇斯纳系较轮饘佑面€、鍬進行，挖土次序為先挖中間部分后挖周邊，按設計樁徑加2倍護壁厚度控制截面，允許尺寸誤差3cm。
②測量控制：樁位軸線采取在地面設十字控制網，基準點，將樁控制軸線高程測到第一節(jié)護壁上，每節(jié)以十字線對中，大線錘作中心控制，用尺桿找圓周，以基準點測量孔深，以保證樁位、孔深和截面尺寸的正確。
③在地面按襯砌處理挖深1m，安放模板，澆筑C15（或C20）砼形成井圈，井圈上口即井臺座比周圍地面高出20～30cm以避免井口進水，開挖采用人工十字鎬，用人力絞車提升出渣，每開挖一段襯砌一段，當開挖中遇到巖石可采用風鉆或鑿巖機鉆炮眼小藥量電引爆的淺眼爆炸法施工，要在炮眼附近加強支護，防止震坍孔壁，爆破后再采用人工清鑿繼續(xù)開挖，以這種方式循環(huán)進行施工，直至樁底設計標高。注意每次砼襯砌澆筑前都要將內模定位一次，以保證樁的垂直度和水平位置。
?、茏o壁施工：挖孔樁采用鋼筋混凝土護壁。
護壁厚度t=D/10+50mm（D為樁徑），護壁內等距離放置8根Φ6-8mm、長度約1m的直鋼筋，插入下層護壁內，使上下層護壁有鋼筋拉結，以防當某段護壁因出現(xiàn)流砂、淤泥，使摩擦力降低時，也不會遭成護壁因自重而沉裂的現(xiàn)象發(fā)生。
2.3.2 鉆孔樁施工（粘土片石筑壁法）
當?shù)貙又杏休^厚的中粗砂層、風化嚴重的礫石、碎石，地下涌水量較大且溶洞高度較小，溶洞有填充物或無填充物的樁基礎，擬采用黃土加小片石回填，用沖擊鉆小沖程沖擊成孔，根據(jù)實際情況可多次反復回填，加固護壁密度和厚度，穿過溶洞后采用正常的沖擊工藝沖擊成孔。施工方法如下。
?、佼斻@至溶洞頂1m左右時，首先準備足夠的小片石或狗頭石和粘土，粘土要做成泥球，對于半填充和無填充的溶洞要組織足夠的水源。其次在1～1.5m范圍內改用小沖程緩慢鉆進，逐漸將洞頂擊穿，防止突然打穿溶洞頂板，造成卡鉆，漏漿時，馬上回填，以小沖程反復沖砸，形成泥壁，堵塞洞內的通道，防止孔壁坍塌和泥漿流失。必要時提前對溶洞進行注漿處理。
?、诟鶕?jù)鉆孔的進尺情況，在擊穿洞頂之前，要有專人觀測護筒內泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應迅速補水。擊穿洞頂后，在溶洞內鉆進時，根據(jù)填充物的不同，要采取不同的鉆進方法。溶洞內無充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3m以內，但存在嚴重漏水，護筒內水頭高度不能保持時，可采有片石加粘土（按1：1體積比）回填沖擊，使其形成泥石護壁。反復多次回填片石粘土，反復沖擊直至形成泥石護壁不再漏漿為止。如此反復使鉆孔順利穿過溶洞。
③對于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有較厚的沙礫層時，為防止泥漿突然流失，造成孔壁坍塌，采取護筒跟進法施工。
?、軐π⌒突蚨鄬尤芏?，為防止其不與相鄰孔竄孔或成孔后孔型有葫蘆狀，必要時可灌注低標號砼進行填充，等強后再鉆進。
?、葶@孔達到設計標高并清孔后，對孔徑、孔深、豎直度和孔底地質是否與設計相符合，孔底泥漿沉淀厚度等進行檢查，經監(jiān)理工程師檢查合格后，進行清孔。
另外，溶洞樁基礎施工處理方法還可以采取護筒跟進法、挖鉆結合法等。
3、施工中出現(xiàn)的問題的預防和處理
3.1 坍孔 鋼護筒只有1～2m高，座落在砂礫和卵石層上。當沖擊到溶洞后，突然漏漿造成水頭高度急劇下降，砂礫和卵石層失去穩(wěn)定，形成漏斗狀的坍孔。
3.1.1 預防坍孔的方法 采用沖擊鉆沖孔施工時，可將鋼護筒座落在亞粘土層上，再繼續(xù)沖擊成孔，也可避免坍孔；發(fā)現(xiàn)漏漿及時補水。
3.1.2 坍孔的處理方法 ①當成孔深度不大時，可全孔回填粘土，并暫停一段時間后，再深埋鋼護筒不透水層方可重新鉆孔。②當成孔深度較大時，可將鋼護筒一直座落在坍孔的嗽叭口下緣的亞粘土層上，護筒周圍回填粘土，擠實，再重新鉆孔。
3.2卡鉆原因和處理方法：①沖擊鉆刃腳磨鈍、孔徑變小，造成卡鉆。應經常對沖擊鉆進行補刃。②孔不圓，形成梅花孔。最好用6刃和4刃鉆頭打圓孔，不用一字鉆。③鉆頭在沖擊填充的片石時，進起的石塊將鉆頭和孔壁的空隙擠住，鉆頭不能上下?？煞判∨谡鸹钽@頭，也可用小沖擊鉆沖動，或用沖吸的方法將卡在鉆頭的石碴松動再提出。④鉆頭沖破溶洞頂板，掉入溶洞，鉆頭傾斜，提不出來，應放小炮炸頂板巖。⑤卡鉆時不宜強提，免得拉壞機械，拉斷鋼絲繩，掉鉆頭，應仔細分析原因，不可妄動。
3.3 斜孔
斜孔是由于巖石表面傾斜或出現(xiàn)探頭石，致使鉆頭沿軟的低的部位下滑造成的。解決的方法是回填片石，也可以灌注水下砼，待強度形成后用小沖程打緊繩反復沖擊，直至調正過來為止。過大的沖程會成孔不圓，造成斜孔，一般應采用1～4m為宜。
3.4 漏漿
在沖擊成孔中，由于有的溶洞與地下暗河或其他溶洞相通，泥漿迅速流走，水頭高度急劇下降，造成漏漿。在溶洞樁基施工中，要在孔邊備足一定數(shù)量的片石和粘土，一旦出現(xiàn)漏漿，要及時回填片石粘土沖擊造壁，并且馬上補水，防止水頭高度繼續(xù)下降。
3.5 坍孔埋鉆
埋鉆的原因是坍孔造成的。施工中發(fā)現(xiàn)漏漿應立即將鉆頭提到孔外，如果未及時提鉆，漏漿后坍孔，鉆頭便被埋在孔中。
4、結語
通過對巖溶地區(qū)樁基溶洞處置方案的研究，對今后在巖溶地區(qū)橋梁樁基施工，特別是存在有無充填溶洞、半填充溶洞、高大溶洞、多層溶洞、深埋溶洞的樁基施工有著非常重要參考價值。
