巖溶地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)應(yīng)用探討
2016-10-08
1前言
我國幅員遼闊，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，在西南、中南地區(qū)，巖溶現(xiàn)象普遍存在，給橋梁基礎(chǔ)施工帶來了較大的困難。巖溶根據(jù)其發(fā)育強度，可分為強烈發(fā)育，中等發(fā)育，弱發(fā)育，微弱發(fā)育4種，在巖溶強烈發(fā)育區(qū)，主要表現(xiàn)為大型暗河，廊道及較大規(guī)模的溶洞。對于這種巖溶地質(zhì)，在地質(zhì)勘探時容易發(fā)現(xiàn)，并會引起勘探人員及設(shè)計人員的高度重視，工程中將盡可能避免或采取其它特殊措施處理。其他三種發(fā)育強度的巖溶區(qū)存在更為普遍，多表現(xiàn)為溶蝕、溶溝、溶槽、中小型串球狀洞穴或單個小型洞穴，裂隙較為發(fā)育等形態(tài)，而對于這種發(fā)育程度的巖溶區(qū)域，由于巖溶表現(xiàn)形式的多樣性及規(guī)律性不強的特點，在目前的勘探手段及有限資金情況下，給勘探設(shè)計與施工帶來很大的不確定因素。
筆者2002年10月至2003年3月參加了湘潭至邵陽高速公路十九A標(biāo)秋田中橋的施工，現(xiàn)結(jié)合該橋樁基施工出現(xiàn)的問題，分析總結(jié)巖溶地區(qū)樁基施工應(yīng)注意的幾個問題。
2工程簡介
2.1工程概況
潭邵十九A標(biāo)K203+165中橋為3*13m鋼筋砼空心板橋，樁基礎(chǔ)，樁柱式橋臺，基礎(chǔ)為φ1.5m樁基。
2.2地質(zhì)勘探資料
覆蓋層10-20m深，由上而下分為：①填土1.0-1.5m厚，②亞粘土，黃褐色，5-10m厚③亞粘土，黃褐色，厚6-8m，下伏為石灰?guī)r，灰白色，樁基嵌巖深度要求1m。
2.3工程進(jìn)展情況
潭邵十九A于2000年6 月開工建設(shè)，計劃2003年12月竣工通車，至2002年9月該標(biāo)段路基工程已完成90%，路面底基層完成60%，基層依次開工，進(jìn)展正常，但K203+165秋田中橋從2000年8月開工后，由于該橋地質(zhì)情況異常復(fù)雜，除0#臺地質(zhì)情況較為穩(wěn)定，1#墩、2#墩、3#臺樁基均位于舊河道上，覆蓋層厚，地下溶溝、溶槽、縱橫交錯，溶洞多達(dá)5-6層，有的相互連通，地下水量大，因此，工程進(jìn)展緩慢，到2002年9月只完成樁基11根，占工程進(jìn)度計劃的20%，盡管項目部先后采取了多種措施，但均未奏效，處于無法進(jìn)展下去的困境，已成為制約十九A標(biāo)乃至整個潭邵高速公路總體進(jìn)度的關(guān)鍵工程，鑒于這一嚴(yán)竣局面，十九A標(biāo)項目部決定充實力量，加大投入，抽調(diào)筆者和十九A一工區(qū)區(qū)長陽樹龍同志負(fù)責(zé)該橋的施工。
3施工技術(shù)處理措施
3.1前期已采取的措施
3.1.1前期項目部采用人工挖孔，方法：3-5人一組，采用人工開挖，手搖卷揚機吊裝，該方法成本低，施工機具少，簡便靈活，但只適合地下水量小的樁基成孔，在0#臺和1#墩、2#墩中共11根完成的樁基既采用該方法完成。
3.1.2當(dāng)開挖3#-6、3#-5樁基時，挖至16m后，就發(fā)生涌水，淤泥上漲，再次開挖，再次上漲，多次反復(fù)，始終無法向下進(jìn)展，由于不斷掏空淤泥、流沙，附近100-200m處的農(nóng)田多處發(fā)生垮塌，說明該橋址處地下溶洞可能相互連通，在無法進(jìn)展下去后，項目部采取了以下一些措施。
①砼護(hù)壁
每向下挖0.5-1m，即澆砼護(hù)壁，標(biāo)號C20，厚0.15m，配φ16鋼筋，間距20cm，但護(hù)壁遭到推擠破壞，未能奏效。
?、诓捎谜h(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機鉆進(jìn)，鋼護(hù)筒護(hù)壁
由于巖層傾斜，鉆機就位不正，造成偏孔，無法進(jìn)行。
?、鄄捎冕∧蛔{
沿3#-6樁基外圍設(shè)孔注漿，間距30-50cm，孔徑100mm，水泥漿采用425#普通砼硅酸鹽水泥，配合比：水:水泥=0.8:1.0
7d后，再采用人工開挖，也沒有成功。
在此期間,業(yè)主安排有關(guān)方面對地質(zhì)情況重新進(jìn)行了勘探,共布設(shè)鉆孔6個,基本摸清了橋位處的地質(zhì)情況,考慮到前期樁位已定,未對跨徑再作調(diào)整,但確定樁長依據(jù)地質(zhì)實際情況進(jìn)行調(diào)整。
3.2合理選擇鉆孔設(shè)備
樁基成孔目前常用方法有人工挖孔，旋轉(zhuǎn)鉆機成孔，沖擊鉆進(jìn)成孔，沖抓鉆進(jìn)成孔。人工挖孔，無需鉆孔設(shè)備，造價低，靈活方便，但局限性大，只適合于無水或地下水量不大，孔深較淺，巖溶發(fā)育強度較弱的情況下采用；旋轉(zhuǎn)鉆機成孔（又可分為正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機成孔和反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機成孔）適用于黏性土，砂類土，含少量砂礫石的土（砂礫石含量少于20%，粒徑小于鉆桿直徑的2/3），孔徑為80-250cm，孔深30-100m；沖擊鉆成孔適用于黏性土、砂類土、礫石、卵石、漂石、較軟巖石，孔徑80-200cm，孔深小于50m；沖抓鉆適用于淤泥、腐殖土、密實黏性土、砂類土、砂礫石，孔徑100-200cm，孔深適宜20m以下。
總結(jié)前期施工的經(jīng)驗教訓(xùn)，綜合分析本橋地質(zhì)情況，認(rèn)為，本橋位溶巖情況復(fù)雜，流砂強，巖石強度較高，應(yīng)采用大型沖擊鉆。
在確定方案后，項目部立即采取果斷措施，從衡陽調(diào)進(jìn)兩臺大型沖擊鉆，晝夜施工，3#-6，3#-5，順利下鉆成孔，采用沖擊鉆后，施工頓時變得順利，進(jìn)度迅速趕了上來。
3.3 巖溶地區(qū)泥漿的制備和使用
泥漿一方面起到護(hù)壁，防止鉆孔垮塌的作用，另一方面，起到浮渣作用，一般應(yīng)選用塑性指數(shù)Ip＞10，黏性土或膨潤土，不同的土層泥漿相對密度可按表1數(shù)據(jù)選用：
對于巖溶地區(qū)鉆孔，泥漿相對密度應(yīng)取較大值，本橋施工中采用1.2-1.4，在鉆進(jìn)過程中，由于存在溶溝、溶洞、泥漿極易損失，應(yīng)及時補充，并采取必要的措施。
3.4 漏漿及溶洞的處理
在溶蝕帶的巖溶地質(zhì)，往往裂隙發(fā)育，溶溝、溶槽、溶洞錯縱復(fù)雜，本橋在3#-5鉆進(jìn)至20m時，突然發(fā)生漏漿，在15min內(nèi)，孔內(nèi)水位下降了1.8m，由于孔內(nèi)水位驟降，鉆孔周圍約2m范圍內(nèi)地面出現(xiàn)了裂縫，有可能造成大的塌孔。在這種情況下，筆者根據(jù)以往經(jīng)驗，立即組織民工向孔內(nèi)投放水泥，這一措施效果顯著，30min后，水位下降得以控制，水位完全穩(wěn)定后再加大泥漿濃度，在控制鉆進(jìn)速度的措施下，繼續(xù)緩慢鉆進(jìn)。
如果存在較大的溶洞可按如下方法處理：
1）在孔口附近準(zhǔn)備足夠的小片石和粘土，最好配備一臺ZL50型裝載機，當(dāng)遇到溶洞漏漿時，迅速鏟起片石和粘土填孔，同時大量補水。
2）當(dāng)鉆至離溶洞頂部附近時，采用小沖程，逐漸將洞頂擊穿，比例回填粘土和片石，仍采用小沖程輕砸，讓粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)壁。待粘土和片石充分?jǐn)D入溶洞內(nèi)形成穩(wěn)定護(hù)壁后，并且泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后正常鉆進(jìn)。
3）當(dāng)漏漿嚴(yán)重，回填粘土和片石沒有作用時，可采用直接灌注水下混凝土的措施。方法如下：按照灌注水下混凝土的施工方法下導(dǎo)管至已鉆孔底0.3m-0.5m，灌注水下混凝土，至溶洞填充完畢，判斷標(biāo)準(zhǔn)以灌注混凝土面超過溶洞洞頂1m左右且混凝土不再下降為準(zhǔn)，待混凝土強度達(dá)到30%-50%左右后，重新鉆進(jìn)。
也可采用鋼護(hù)筒穿過溶洞或采用帷幕防滲技術(shù)，以保證鉆進(jìn)的順利進(jìn)行，防止漏漿、塌孔。
2.5 終孔的判別
本橋設(shè)計時依據(jù)的地質(zhì)勘測資料粗陋，不完善，設(shè)計樁長15m-21m，且均為柱樁，由于地質(zhì)情況發(fā)生了變化，樁長相應(yīng)作了調(diào)整，3#-6樁長29m，柱樁；3#-5樁長23.9m，柱樁；3#-1改為摩擦樁，樁長30.6m。
如果為柱樁，應(yīng)盡量探明樁底以下有無溶洞，使樁承載于整體巖層并嵌入巖內(nèi)0.5m-1.0m，摩擦樁則應(yīng)達(dá)到設(shè)計樁長，實際施工中可從以下幾方面綜合判斷：
1）以設(shè)計鉆孔柱狀圖提示巖面高程作為參考。
2）查閱鉆機施工記錄，可將基巖進(jìn)尺速度，0.1m-0.2m/h 為進(jìn)入全巖面的控制速度。
3）采用釬錘觸探, 錘頭觸巖時,會出現(xiàn)輕微反彈。
4）撈取鉆渣,巖屑含量50%-70%,且含泥、含砂量小于4%時，認(rèn)為入巖。
2.6 水下混凝土灌注過程中流失的處理
巖溶地區(qū)水下混凝土的灌注量一般超過設(shè)計數(shù)量較多，其中本橋3#-6超過28%，3#-5超過37%，3#-1超過23%。
對此，一般應(yīng)采取如下措施：
1）加大首盤混凝土數(shù)量，通常首盤混凝土數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度（≥1.0m）和填充導(dǎo)管底部的需要，計算公式為：
V≥πD2(H1+H2)/4+ πd2 h1/4
式中:V-灌注首批混凝土所需數(shù)量（M3）；
D-樁孔直徑；
H1-樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.4m；
H2-導(dǎo)管初次埋置深度(m);
d-導(dǎo)管內(nèi)徑;
h1-樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外(或泥漿)壓力所需的高度(m);
一般在公式計算的基礎(chǔ)上增加20%-30%。
2）灌注過程中加大導(dǎo)管埋深，我們將導(dǎo)管埋深由通常的2m-4m提高至3m-6m，灌注時應(yīng)勤于測量混凝土面的高程，對灌注過程中出現(xiàn)的緩慢下降要有準(zhǔn)確的判斷。
3）對漏漿嚴(yán)重或多次漏漿的個別孔，應(yīng)做到心中有數(shù)，在灌注時就加大混凝土灌注高度，一般考慮要超過設(shè)計高程1.5m-2.0m，避免在灌注完成拔出導(dǎo)管后混凝土面下降造成短樁。
4加強檢測，確保質(zhì)量
樁基檢測主要有鉆芯取樣法，超聲波法，機械阻抗法，水電效應(yīng)法等無破損法。無破損法檢測樁基砼的質(zhì)量，效率高、操作簡便、成本低，樁基質(zhì)量檢測中，比較普遍使用，但不能檢測樁基底基巖的狀況。在巖溶區(qū)施工的樁，宜加大鉆芯檢測的頻率，對于未在地質(zhì)鉆孔位置的樁，特別是在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)了如漏漿等異常情況的樁，宜作鉆芯檢測，且宜鉆至樁底4-5m以下，以探明樁底巖基情況。
4結(jié)論
潭邵秋田中橋后期，由于加強了地質(zhì)勘探，施工方法得當(dāng)，處理措施及時，只用了短短兩個月時間就完成了全部樁基施工，扭轉(zhuǎn)了進(jìn)度落后的不利局面，收到了較好效果。因此，在巖溶地區(qū)建橋，應(yīng)根據(jù)巖溶發(fā)育和分布的規(guī)律，認(rèn)真勘測、綜合分析、全面比較、避重就輕、精心組織設(shè)計與施工，并加強檢測，確保橋梁安全。
參考文獻(xiàn):
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