關(guān)于水中巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工的再探討
2016-10-08
1 工程概況
中國(guó)論文網(wǎng) http://www.xzbu.com/6/view-4004363.htm
紅巖潭大橋位于江西省九江市武寧縣巾口鄉(xiāng)北櫟村山下坪村小組西北約900米處，為整個(gè)永武高速公路路線跨越柘林湖尾部?jī)涸O(shè)置的大橋，全長(zhǎng)809米，地處巖溶、裂隙發(fā)育地區(qū)，因整體90%位于湖面之上，湖床地質(zhì)十分復(fù)雜，變化較大，原地質(zhì)地貌變化也較大，造成施工難度加大。
紅巖潭大橋樁基設(shè)計(jì)為φ2.0m、φ2.2m及φ2.5m的鉆孔灌注樁，其中φ2.0m為14根，樁長(zhǎng)從19m到50m不等，位于岸上，φ2.2m為38根，樁長(zhǎng)從38m到51m不等，位于水中，φ2.5m為34根，樁長(zhǎng)從38m到54m不等，位于水中，所有樁基均為嵌巖樁。嵌巖要求嵌入中風(fēng)化巖不小于設(shè)計(jì)樁徑的2.5倍，并且要求樁底完整。
2 巖溶地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)
2.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)中水系發(fā)育發(fā)達(dá)
地質(zhì)勘探資料顯示，本橋址位于九江-靖安及武寧-銅陵活動(dòng)較頻繁的活動(dòng)斷裂帶附近，武寧向斜北側(cè)，巖石傾向東南，傾角10～15°，節(jié)理裂隙較發(fā)育，且本區(qū)為低丘陵地貌，橋區(qū)內(nèi)以壟崗地貌類(lèi)型為主，兩橋臺(tái)位于庫(kù)岸的崗坡地，地形起伏較大，地勢(shì)較陡，自然坡角約40～50°，地面標(biāo)高為70m左右，相對(duì)高差小，植被發(fā)育。橋址區(qū)地下水類(lèi)型有上層滯水、第四系松散層孔隙水、基巖裂隙水合巖溶水。上層滯水為柘林湖水庫(kù)蓄水，受季節(jié)及生產(chǎn)影響，其水位升降為2～4m；第四系松散巖類(lèi)孔隙水主要賦存于第四季殘坡積覆蓋層中，地下水連通性較好，與地表水有較密切的水力聯(lián)系，屬橋區(qū)主要含水層，但隨季節(jié)變化較大；基巖裂隙水主要賦存于礫巖裂隙中，連通性差，富水性相對(duì)貧乏；巖溶水賦存于可溶礫巖中的溶洞及溶蝕溝槽中，本橋位溶蝕發(fā)育，溶蝕溝槽連通性較好，富水性相對(duì)豐富。
2.2 裂隙和溶洞發(fā)育
由于溶蝕的作用，加上地下水豐富，本橋位場(chǎng)地內(nèi)巖溶較發(fā)育，溶洞數(shù)量較多，多分布于7#～19#橋樁基之位，空間分布較規(guī)則。根據(jù)地質(zhì)勘察，整個(gè)大橋約有60%的樁位下有溶洞，溶洞頂板最淺埋深5.1米，最深埋深30米，溶洞高度從0.6米到17.1米不等，存在為數(shù)不少的條帶狀和直立串珠狀的多層溶洞，溶洞邊界很不規(guī)則。溶洞中大多數(shù)是半填充物，造成漏水和漏漿，甚至有的在鉆探過(guò)程中出現(xiàn)了塌孔現(xiàn)象。
2.3 覆蓋層
覆蓋層中的淤泥、粉質(zhì)粘土、卵石土層厚度比較大，普遍在3～11.8米之間。淤泥、粉質(zhì)粘土、卵石土層屬透水層，其內(nèi)聚力很小，顆粒松散，圓礫個(gè)別粒徑較大，硬度較高，在沖孔施工時(shí)其進(jìn)尺慢，當(dāng)護(hù)壁較差時(shí)，極易發(fā)生孔壁坍塌。
3 巖溶地區(qū)成孔工藝的選擇
在巖溶地區(qū)如采用鉆孔方式成孔，則存在著3個(gè)方面不利因素：（1）樁端必須進(jìn)入中風(fēng)化巖不小于設(shè)計(jì)樁徑的2.5倍，且要求其下7米范圍內(nèi)無(wú)溶洞，對(duì)頂板厚度小于6米的溶洞必須穿越，使得樁基入巖量大增，因巖石強(qiáng)度大，要求成孔機(jī)械必須有很強(qiáng)的破巖能力，但鉆孔鉆頭難以鉆透頂板，嵌巖難度大；（2）鉆孔時(shí)不能擠土堵塞溶洞和裂隙，來(lái)防止泥漿的流失，且會(huì)造成孔內(nèi)外的水頭差過(guò)大，導(dǎo)致塌孔，清孔無(wú)法徹底，即使清孔完成，在灌注混凝土的時(shí)候也會(huì)導(dǎo)致大量的混凝土的擴(kuò)散，對(duì)樁基質(zhì)量產(chǎn)生影響；（3）鉆桿拆除相當(dāng)緩慢，遇到溶洞開(kāi)始漏漿時(shí)，不能及時(shí)提起鉆頭，導(dǎo)致塌孔埋鉆，而且絕大多數(shù)鉆頭無(wú)法提出，造成質(zhì)量事故。
如果采用沖孔方式成孔，因沖錘沖擊能力大，穿透力強(qiáng)，較易穿透巖溶頂板，不受地下水影響，一旦出現(xiàn)漏漿、塌孔等異常情況，可以馬上以30米/分鐘的提錘速度提上沖錘，避免發(fā)生埋錘事故。而且成孔質(zhì)量上能夠得到滿(mǎn)足，雖然對(duì)于砂礫層、巖面陡斜及遇溶洞、裂隙等問(wèn)題的處理有一定的難度，但通過(guò)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施能夠處理解決。
4 巖溶地區(qū)成孔施工特點(diǎn)及技術(shù)措施
4.1 沖孔施工
沖孔施工時(shí)，因溶洞的存在，最需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題就是如何讓保證成孔過(guò)程中不漏漿，或者產(chǎn)生漏漿但不發(fā)生塌孔，保護(hù)樁孔，保障施工人員及沖擊鉆機(jī)的安全，保證樁孔順利成孔。沖孔施工時(shí)有效的方法是做好預(yù)防工作，防止坍塌事故的發(fā)生。在成孔過(guò)程中，采取了下列處理溶洞的技術(shù)措施：
?。?）因紅巖潭大橋樁基除0#臺(tái)5根樁基、1#墩3根樁基、19#墩3根樁基及20#臺(tái)5根樁基，其余70根樁基均位于柘林湖湖區(qū)之中，在樁基施工之前要進(jìn)行臨時(shí)鋼棧橋以及樁基施工平臺(tái)的搭設(shè)，由于巖溶地區(qū)地質(zhì)情況異常復(fù)雜，雖進(jìn)行了物探和逐樁加密鉆探工作，亦難以保證全面摸清地質(zhì)情況，因此每個(gè)樁位鉆機(jī)就位前，對(duì)鉆機(jī)底座進(jìn)行支墊加固，把鉆機(jī)與施工平臺(tái)焊接加固，以防止塌孔時(shí)鉆機(jī)下沉和傾斜。
?。?）因紅巖潭大橋施工平臺(tái)搭設(shè)在湖面之上，水深在16米～21米之間，顧采用不小于27米的鋼護(hù)筒，埋設(shè)于樁位之處，并與搭設(shè)施工平臺(tái)的鋼管樁焊接聯(lián)結(jié)，以保證鋼護(hù)筒的穩(wěn)定性。
?。?）溶洞處理以做好準(zhǔn)備工作為主，鉆孔前在指定場(chǎng)地內(nèi)準(zhǔn)備大量的片石、粘土及適當(dāng)數(shù)量的袋裝水泥，每個(gè)樁基設(shè)置一個(gè)大容積的泥漿循環(huán)池，以及安排2個(gè)大型泥漿船作為泥漿池，同時(shí)配備不少于6臺(tái)D220型泥漿泵作為備用，保證一旦樁孔出現(xiàn)漏漿，可以馬上經(jīng)行補(bǔ)漿，這樣既滿(mǎn)足了施工的需要，又滿(mǎn)足了環(huán)保的要求。
?。?）進(jìn)行超前地質(zhì)鉆，對(duì)于地質(zhì)資料顯示存在溶洞的樁位以及經(jīng)分析調(diào)查可能存在溶洞的樁孔，特別是半填充及無(wú)填充物的溶洞，采用小鉆頭進(jìn)行超前鉆，鉆穿溶洞頂板直至終孔標(biāo)高下10米，補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)泥漿以及粘塑土加水拌成軟塑狀的混合物，使其填滿(mǎn)溶洞，觀察24小時(shí)后，如情況正常，再正式開(kāi)始沖孔。
?。?）沖孔至離溶洞頂板1米左右時(shí)，加大泥漿比重，相對(duì)密度達(dá)到1.2～1.4，粘度不小于20秒，膠體率不小于95%，PH值大于6.5，先選用小沖程進(jìn)尺，逐漸將頂板擊穿，防止卡鉆。同時(shí)在擊穿頂板之前，安排專(zhuān)人密切觀察孔內(nèi)泥漿面的變化，認(rèn)真檢查孔內(nèi)水頭高度、泥漿稠度和孔外水位變化，經(jīng)常取渣分析，發(fā)現(xiàn)漏漿時(shí)應(yīng)馬上提錘、補(bǔ)泥漿、拋填片石、填粘土，等泥漿水位面不再下降并穩(wěn)定后，采用小沖錘輕打擠壓形成泥石孔壁成孔。若仍繼續(xù)漏漿，則拋填片石、袋裝粘土、袋裝水泥，混合在一起采用小沖程沖錘捶打，慢慢將片石、袋裝粘土以及袋裝水泥擠壓到溶洞中，如此反復(fù)操作，直到不再漏漿為止，轉(zhuǎn)入小沖程沖孔固壁成孔，順利穿越溶洞。 （6）在沖錘沖破溶洞時(shí)，如溶洞比較大，無(wú)填充物，沖孔至溶洞頂板巖層時(shí)，泥漿突然下降，補(bǔ)給泥漿不能回升，也不能保持循環(huán)流動(dòng)，此時(shí)，必須往孔內(nèi)回填片石、粘土和水泥混合物，使溶洞空洞形成一個(gè)自然圓錐體，然后，在圓錐體內(nèi)實(shí)施沖孔，使孔周?chē)纬梢欢ê穸群鸵欢◤?qiáng)度的護(hù)壁，保證泥漿回升到口形成流動(dòng)循環(huán)，同時(shí)沖錘有可能會(huì)滑入溶洞中提錘時(shí)易被溶洞頂板巖石卡住而造成埋錘。施工時(shí)嚴(yán)禁在溶洞范圍內(nèi)松錘，應(yīng)繃緊鋼絲繩，采用小沖程進(jìn)行低打緊擊。一旦發(fā)現(xiàn)漏漿或異常情況，馬上提錘到孔口，然后采取其他措施。穿越溶洞時(shí)，同時(shí)要注意鋼絲繩的情況，以便判斷是否斜孔，出現(xiàn)斜孔必須及時(shí)進(jìn)行修孔處理，填充片石及粘土至彎處，校正孔位，再用修正后的沖錘進(jìn)行修孔，直到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求為止。
4.2 終孔的確定
由于巖溶發(fā)育的無(wú)規(guī)律性，給嵌巖樁是否嵌巖，以及嵌巖的深度、位置帶來(lái)了一定的不確定性，也因此對(duì)樁基的嵌巖狀況的判斷帶來(lái)了相當(dāng)大的難度。施工時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)地質(zhì)勘察資料，結(jié)合對(duì)當(dāng)?shù)氐恼{(diào)查情況，作出綜合的判斷：（1）實(shí)際地層是否與勘察資料相符，若不相符應(yīng)與施工情況反映為主，必要時(shí)加補(bǔ)地質(zhì)鉆探；（2）有無(wú)漏漿的出現(xiàn)，依次判斷有無(wú)可能存在溶洞，終孔前后泥漿必須穩(wěn)定；（3）沖孔進(jìn)尺的快慢以及是否斜孔，一般在溶洞內(nèi)部或其他軟弱層，沖孔進(jìn)尺較快；（4）是否有溶蝕面的存在。
灌注水下混凝土之前，必須嚴(yán)格控制二次清孔，這對(duì)保證樁身質(zhì)量及混凝土的強(qiáng)度與均勻性將起到良好的效果，在灌注水下混凝土?xí)r，由于溶洞的存在，使樁基混凝土體積增加，應(yīng)根據(jù)拌合混凝土的次數(shù)計(jì)算灌注到孔內(nèi)混凝土的體積，并測(cè)量灌注混凝土上升的高度，根據(jù)混凝土上升部位和灌注混凝土數(shù)量可估算樁直徑大小情況，以此來(lái)保證樁基礎(chǔ)成樁質(zhì)量。
5 結(jié)語(yǔ)
紅巖潭大橋樁基成孔施工中采取的溶洞處理方法，是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的不斷摸索和對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)的具體實(shí)踐形成的。采取了以沖孔為主的成孔工藝，而且在正式?jīng)_孔之前，采用“超前地質(zhì)鉆”的技術(shù)，鉆穿溶洞頂板，讓泥漿現(xiàn)在正式?jīng)_孔之前充滿(mǎn)溶洞空間，消除壓力差，大大地減少了沖穿溶洞頂板時(shí)產(chǎn)生的漏漿，保證了成孔率100%，經(jīng)檢測(cè)，樁基的合格率100%。證明了所采取的工藝方法是成功的，而且處理溶洞時(shí)，沒(méi)有施工全護(hù)筒代替泥漿護(hù)壁，而是采取拋填片石及粘土的方式填堵溶洞至密實(shí)狀態(tài)，大大節(jié)省了混凝土的使用，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)自然環(huán)境的破環(huán)也減到了最小，收到了良好的社會(huì)效益，為我們今后的施工提供了一個(gè)不可多的的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
