橋梁樁基施工中溶洞處理方法

橋梁樁基礎施工中,遇到溶洞的情況并不少見,作為地下隱蔽工程,給施工帶來很大困難, 如處理方法不當,往往會造成掉鉆、卡錘、埋錘、梅花孔、漏漿、塌孔等事故發生,甚至威脅橋梁運營安全。因而充分了解橋區樁位所遇溶洞的發育規律、基本形態、規模大小、溶穴頂板巖層厚度、完整性、洞內充填物形狀等,采取穩妥的措施,保證施工的順利進行,十分重要。京珠高速公路粵境南段大鎮至廣州太和段全長122. 34km ,路基寬3315m ,許多橋梁均通過巖溶區。其中第19 標段處于南嶺中南段,地質構造上屬于華南褶皺帶的一部分,區域地質構造輪廓主要有NE 向及EW向構造帶。3 座立交橋樁基設計為嵌巖樁,均處于石灰巖地區。設計地質資料顯示有少量小溶洞,但在施工中發現地質資料不準確。通過地質補鉆揭示溶洞發育,洞內漏水,分布復雜,最大洞高約5m ,溶洞層數多達5 層。鉆孔施工過程中發生過漏漿、地面塌陷等事故,增加難度且影響進度。 工程勘察對溶洞區樁基施工前一般采用物探或其它如電磁波層析CT 探測等方法探明溶洞的具體情況。因此,在施工首根樁時發現地質情況與設計資料出入較大后,選擇逐樁超前鉆探,并按設計樁尖標高在完整基巖內加深5m ,確保橋梁的安全可靠性。

以對廣和大橋主橋基礎溶洞處理為例:

廣和大橋位于廣州市白云區石井鎮鴉崗村的白坭河水道上,大橋全長791m,橋寬36m,最大跨徑120m。其基礎采用鉆孔灌注樁,其中:φ150cm64根,φ200cm44根,共108根。施工總工期22個月。本橋位地質屬于第四紀沉積層覆蓋之下,基巖主要為石灰統壺天灰巖。這些石灰紀地層沉積成巖以后,經歷了漫長的地質年代和多次構造運動,形成北東向褶皺,并有大致平行于褶皺軸向的縱斷層和大致與之垂直的橫斷面層。后來經歷了侵蝕和剝蝕作用,并在地下水的化學和機械作用下形成一系列巖溶地貌,最后在第四紀全新世珠江三角洲最后一次海侵中,形成以沖積相為主的第四紀松軟沉積層。從地質資料分析,溶洞分布較廣。主橋位溶洞分布廣而多。在橋位方案論證中,第一方案,28個鉆孔,有12個發現了溶洞;第二方案,28個鉆孔,有17個發現溶洞;第三方案,28個鉆孔,有11個發現溶洞,最大的溶洞約16m。溶洞按其填充狀態可分為空的、半填充的和完全填充的三類:按其填充物的性質可分為粘性土、砂礫和稀土三類;按其漏水情況可分為漏水和不漏水兩類。溶洞的走向與河流的流向相同。根據上述地質條件,從技術、經濟等方面經過比較,選擇了靜壓化學灌漿法、套內護筒法等施工技術配合使用處理溶洞,取得預期的效果,推介如下。

1主橋樁基對溶洞的處理:主橋樁基精確放樣后,在樁基施工平臺上用地質鉆于樁中心進行超前鉆,必要時增加鉆位。根據超前鉆的結果,確定護筒的打入深度。有溶洞的樁位,護筒沉至風化巖層,置于強風化巖面上,這樣可穿過土洞。護筒的底部即為巖層或溶洞的頂部。沒有溶洞的樁,護筒沉放要穿過淤泥質亞粘土、砂礫層,置于砂礫質亞粘土層至少2m深。根據溶洞的不同類型,最后決定兼用兩種不同的施工方案。圖1布孔平面及剖面示意方案a當溶洞內有填充物填滿或有流砂的,或當溶洞為空洞或填充物不滿(水洞)且深度在3m以內的,在鉆孔樁施工前先進行預處理,采用靜壓化學灌漿法固填充物和流砂,或用此法填滿溶洞,在固結體達到一定強度以后再鉆孔施工。方案b當溶洞為空洞,且深度在3m以上的,擬用套內護筒法施工,即用內護筒穿過溶洞的施工方案。

2方案:a方案,b施工方法

2.1方案a(靜壓化學灌漿法)施工方法

2.1.1技術要求

溶洞預處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達到一定的強度(20mpa以上),防止鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔等情況的發生,保障成孔及水下混凝土澆注等一系列施工工序的順利完成。溶洞預處理施工,在鉆孔樁施工之前進行,相當于在樁基礎施工過程中,于鉆孔樁施工工序之前加入一道預處理工序,與樁基施工的各工序一起形成流水作業。

2.1.2施工方案

(1)處理方法選擇由于溶洞埋藏較深,不能用爆破或填充混凝土等一般方法處理,有效的處理方法是灌漿法。而在眾多的灌漿法中,因溶洞的不規則性,決定了其處理的最有效和比較經濟的方法是靜壓化學灌漿法。因此,采用靜壓化學灌漿法,同時也可兼用噴射灌漿法,促進填充物強度的加強。

(2)靜壓化學灌漿的加固特點漿材可在幾秒或在幾十秒內瞬間凝固,可控制漿液灌注在一定范圍內且不流失,材料的利用率高,比較經濟。漿材的結石率為100%,即1m3體積漿材可得1m3結石體。對溶洞中的砂、礫等土體,漿液是通過滲透作用板結砂和礫的;對于溶洞中的稀土、亞粘土等土體,漿液是通過劈裂、擠密作用加固土體的;對于無填充物和半填充溶洞的空間,漿液是通過充填作用填滿溶洞的。漿液在土體中的滲透擴散方向是往小主應力面方向,漿液固化后,小主應力面得到加固,而原次小主應力面變成小主應力面。這樣,通過對小主應力面反復不斷的加固,一方面滲透、擠密溶洞中的土體的空隙,充填溶洞的空間,在樁體周圍形成防水帷幕,防止流砂和保證護壁泥漿不流失;另一方面,提高溶洞中土體的承載力和抗剪力形成擋土墻,防止坍孔。靜壓化學灌漿的關鍵在于漿材的配方和工藝。

2.1.3主要施工機械設備

主要機械設備有:bw250泥漿泵,bw150泥漿泵,100型鉆機,泥漿攪拌機和貯漿槽,高壓灌漿管及其配件。

2.2方案b(套內護筒)施工方法

2.2.1內護筒長度的確定護筒長度l=h+3(m)(h為地質超前鉆確定的溶洞高度)

2.2.2內護筒內徑的確定內護筒內徑應大于φ220cm,同時外徑應小于外護筒內徑5cm左右,如果只下一次內護筒(一層溶洞),內護筒內徑選用233cm,壁厚為1cm,則外徑為235cm(主橋外護筒內徑為240cm)。當遇到第二層溶洞時,第二層溶洞的內護筒(即第三次護筒)選用220cm內徑。

2.2.3溶洞頂部沖孔

根據超前鉆的資料,當鉆孔施工接近溶洞頂部時,提起鉆頭、鉆桿,移開鉆機(gps-30),采用沖擊鉆機ykc-30沖孔,沖孔鉆頭外徑235cm。用沖擊鉆沖孔時,要求輕錘慢打,使孔壁圓滑堅固,提升高度一般不超過50cm。所有卡扣及鋼絲繩必須先經測試檢查,其它施工工藝及注意事項與常規相同。

2.2.4內護筒的沉放方法

(1)當沖擊穿過溶洞頂部時要反復提升沖錘,在頂部厚度范圍上下慢放輕提,沖錘不明顯受阻礙,說明頂部已成孔并且是圓滑垂直的,此時用鋼絲繩活扣綁住內護管,用吊機(或沖機自吊)把內護筒放入外護筒內至孔底。到孔底后,內護筒不會靠自重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。此時,gps-30鉆機重新就位。

(2)護筒沉設利用gps-30鉆機進行,在鉆機的鉆桿上附加壓架,利用鉆機的鉆進壓力和鉆桿、鉆頭的重量,使內護筒隨鉆頭的鉆進而下沉,直到溶洞的底部。

2.2.5內、外護筒間空隙及內護筒與溶洞底部間空隙的處理

(1)在內護筒底部及頂部100cm范圍內回填砂、碎石,中部回填中砂。

(2)用高壓噴射灌漿法(施噴法)對回填體進行灌漿處理。灌漿后,內護筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結,固結強度要求達到30mpa,其抗滲系數可達10-7m/s。灌漿處理后,即可重新沖孔。

(3)在內護筒頂部及底部100cm范圍內回填小碎石素水泥混凝土,內護筒中部回填砂,同樣能起到堵塞空隙的目的。(4)對于需要處理多層溶洞的樁基,一般仍采用上述灌漿法填充固結空隙進行施工。目的是為了增加溶洞底部(同時有可能是下層溶洞的頂部)附近填充物的密度和強度,并且增加內、外護筒間的膠合力。

(5)重新沖鉆,直至嵌入完整基巖。當符合設計及規范要求時,經監理工程師同意即可終孔,此樁即成孔。成孔后的工序工藝與常規相同,并不贅述。

3結語

3.1根據溶洞的不同類型,用方案a、方案b進行分類處理,處理方法可靠,各項技術指標均能滿足設計要求。

3.2化學灌漿法對溶洞的預處理達到預期目的,有效防止了鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔現象,可保證成孔及水下水泥混凝土澆注等工序順利完成。套內護筒法要求對施工過程的每個環節(從確定內護筒長度、內徑到沉放方法乃至內外護筒間空隙、內護筒與溶洞底部間空隙的處理)都必須落實到位,便可順利成孔。

3.3只要對其施工過程嚴格把好技術關,可有效縮短工期,保證了工程質量與經濟效益的雙贏。

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