巖溶地質條件下灌注樁施工初探

摘要:文章通過工程實例,以巖溶地質條件下灌注樁的施工技術難點為切入點,從施工技術措施、施工控制要點、樁基檢測等方面,介紹了在巖溶地區(qū)成功進行灌注樁施工的方法。

關鍵詞:巖溶地質;灌注樁施工;青年路橋工程;施工技術

中圖分類號:U443文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)10-0189-02

一、概述

青年路橋工程為兩跨簡支梁橋,單跨32.4米,全長65米,寬22米。工程擬建場區(qū)位于故黃河上。根據地質勘察報告,場地主要分布:(1)素填土:1.5米厚左右,以粉土為主;(2)粉砂:4米左右;(3)亞砂土:3.5米左右;(4)亞粘土:9米左右;(5)含砂姜粘土:7米厚,含砂姜及鐵錳結核較多;(6)泥灰?guī)r。

該場區(qū)基巖主要由黃色泥灰?guī)r及含角礫的白云質灰?guī)r組成。泥灰?guī)r溶蝕裂隙發(fā)育,局部較強烈,粘土充填其中,大部分巖芯表面有溶孔,局部溶孔較多,由于鉆孔樁應穿透巖溶發(fā)育段,進入下部完整巖石,因此嵌巖深度較大,給樁基施工帶來很大難度。

本工程采用鉆孔灌注樁群樁基礎,按8+10+8布置,共26根,樁徑1200mm,以下伏基巖為樁端持力層。

二、施工技術難點

由于該巖溶地段地質構造復雜,進行了一孔一探。根據單孔地質勘察報告,泥灰?guī)r巖溶發(fā)育,分布不同深度的巖溶孔洞或裂隙,因此對樁基的施工質量和安全造成很大威脅。其中巖溶和裂隙發(fā)育主要分布在中墩和西橋臺,有18個孔,嚴重漏漿的有5個孔,漏漿部位約在地表下26m～30m,有不同程度的塌孔和掉鉆現(xiàn)象。

根據設計要求,樁基須完全穿過破碎帶,嵌入完整基巖,所以大多數(shù)入巖達4m～6m,有部分孔甚至入巖達8～10m。本工程為硬質石灰?guī)r,強度高,不易鉆進,因此施工難度大,技術要求高。

因巖溶地層巖溶和裂隙發(fā)育,鉆孔遇巖溶或裂隙后,護壁泥漿會迅速流失。漏漿是巖溶地層鉆孔灌注樁較易發(fā)生的現(xiàn)象,若補漿不及時,則護壁泥漿面瞬間下降從而導致塌孔、埋鉆、嚴重的會導致上部土體隨地下水進入溶洞或裂隙,從而引起地面塌陷,危及機械和人員的安全。

三、施工技術措施

針對上述各方面不利的因素,我們首先考慮的是借鑒相似工程曾經成功采用的壓密注漿方案。

其次,考慮到本工程在鉆孔過程中因漏漿而塌孔的部位主要發(fā)生在上部(2)層粉砂土層,厚度5m左右。因此,從防止塌孔的角度出發(fā),我們又提出了在地表以下6m范圍內采取沉井的方法,下鋼筋混凝土管護壁或采用長鋼護筒護壁。

通過對各方案的權衡比較,我們認為采用6m長鋼護筒護壁的方案最適合現(xiàn)有的地質、施工和設備條件,且方法簡潔,工期短。具體措施如下:

(一)長鋼護筒護壁

1.先埋設φ2000mm的護筒,采用直徑1500mm的鉆頭,鉆進深度穿過粘土層1米即可提鉆,鉆進時泥漿相對密度保持在1.35mm左右,由于上部為粉土層,造漿性能差,可適當投入粘土。

2.下鋼護筒.鋼護筒直徑為1500mm,壁厚8mm。護筒須下放到已鉆進深度,上沉困難時可采用壓重、振動、錘擊的方法。

3.鋼護筒下好后,平面位置及垂直度經校核符合要求,則在鋼護筒和護筒之間用粘土分層回填夯實。

(二)鉆進工藝

在施工過程中,采用“回轉+沖擊鉆進”工藝施工。本工程處于巖溶地區(qū),若單純采用鉆機入巖,不但速度慢,而且可能發(fā)生卡鉆、掉鉆等現(xiàn)象;若單純使用沖擊鉆成孔,則其在土層中成孔速度慢,在巖層中速度卻比鉆機快幾倍。因此,綜合考慮它們的各自優(yōu)點,在土層部分采用鉆機成孔,鉆至巖面改為沖擊鉆機成孔。這種方法工效高,進度快。

在上層粉土中鉆進時,泥漿相對密度應保持在1.2～1.45之間,主要拋擲事先預備好的粘土,邊鉆進邊造漿,做好護壁工作,防止塌孔、埋鉆、擴徑。粘土層在鉆進過程中可自行造漿,孔壁相對穩(wěn)定,不易塌孔。當鉆至巖層時,改用沖擊鉆機,快接近已探明的破碎帶、巖溶發(fā)育處時,宜采取“吊打”的施工方法,既短沖程、密頻率的低錘密擊沖孔工藝,這樣一方面可防止卡鉆,另一方面稠泥漿可有效堵塞裂隙。

當樁孔即將沖穿溶洞時,要低錘輕沖,防止樁錘一旦沖穿溶洞而滑過溶洞中,造成卡錘。一旦遇巖面不平而造成偏孔時,應回填片石修孔直至不偏為止。

在整個施工過程中派專人密切觀察護壁泥漿性質及狀態(tài)變化,如漿面異常變動、泥漿顏色發(fā)生變化及時采取措施,一旦出現(xiàn)漏漿應馬上提錘,防止因塌方而埋錘,及時補充優(yōu)質的膨潤土泥漿至孔內,保持孔內的水位高度;并回填黃泥、片石,堵塞溶洞,待樁孔穩(wěn)定后,用樁錘輕壓所填黃泥及片石,使黃泥、片石起堵塞溶洞的作用。

(三)灌注混凝土

鉆進達到設計孔深后,盡快提鉆、下鋼筋籠,下導管清孔,盡量縮短中間環(huán)節(jié)的間隔時間,及時灌注混凝土。對于存在溶洞的樁孔,灌注水下混凝土時,可能需用較多的混凝土,個別擴散系數(shù)可達到5～6。因而灌注過程中,應專人勤測量混凝土面標高,并以此控制提升導管速度,避免不知情使導管脫離混凝土面而造成斷樁事故。因樁孔可能穿過地下多個串聯(lián)的孔洞,灌注混凝土過程中,尤其是灌注至溶洞孔洞標高處,經常上下竄動導管以使混凝土密實。

四、施工控制要點

在巖溶發(fā)育的地區(qū),鉆孔樁施工難度相對大得多。下面結合青年路橋的施工實踐,簡要地介紹一下施工中的控制要點。

(一)施工準備措施

施工前,應根據工程地質勘察資料,確定哪些樁有溶洞(必要時在設計的每個樁位都應一孔一探),溶洞的類型、大小及所在的位置,提前做好準備。

對鉆探顯示有地下溶洞的樁位,在沖樁成孔前,可對鉆探孔進行壓灌漿,如鉆孔容易灌滿,則表明溶洞不大沒有連通,可直接進行沖樁,如久壓灌漿而難以灌滿,則表明溶洞較大或為連通洞,可采用砂漿、黃泥等填充,填滿后再進行沖樁成孔。

對有溶洞的樁位,鉆機宜墊鋼網架(如用槽鋼或工字鋼縱橫制作而成),這樣如發(fā)生大坍塌孔時,鉆機可由鋼網架撐托于地面,安全又避免損失。

沖孔前要做好泥漿、黃泥、片石、長鋼護筒或預制鋼筋混凝土護筒、麻袋、快凝水泥、砂與碎石料等材料的準備。

開孔時應低錘密沖,反復沖擊造壁。成孔過程中必須保證泥漿補給,保持孔內漿面穩(wěn)定。

(二)安全監(jiān)測內容

1.漿面變化情況。正常情況下漿面基本保持在一定高度,若漿面異常變動應及時補漿,同時立即停止施工,補填粘土直至漿面穩(wěn)定為止。

2.泥漿顏色變化。鉆孔進入巖層后泥漿一般為黃色,當逐漸變?yōu)楹谏珪r,說明有可能遇到有淤泥填充的溶洞,應補充密度為1.3～1.5g/cm3的泥漿,以保證成樁質量。

(三)塌孔處理

因本工程所遇上的溶洞規(guī)模較小,可很快被孔內泥漿、土體填滿,對周圍影響不大;塌孔穩(wěn)定后可在原孔位回填重新鉆孔,重新鉆孔所用泥漿密度控制在1.3～1.5。

(四)合理安排鉆孔樁施工順序

根據工程地質資料和溶洞分布情況,合理安排鉆孔樁施工順序,盡量避免各孔間的相互擾動,或“穿孔事故”的發(fā)生。

(五)采集巖樣

鉆孔樁入巖后,平均每米要采集巖樣,根據其顆粒大小和特征,判斷巖石的軟硬和進尺,并與工程資料相比較,看是否相符。一般來說,較硬巖石巖樣顆粒較小,且進尺緩慢;相反,則顆粒較大,進尺也快的多。

(六)清孔

沖擊鉆孔,完全靠泥漿的浮力將鉆渣帶出孔外,清孔難度較大,因此,在吊入鋼筋骨架后,灌注水下混凝土前,應再次檢查孔內泥漿性能指標和孔底沉淀厚度,如超過規(guī)定,應進行第二次清孔,符合要求后方可灌注水下混凝土。

(七)鄰樁孔壁

相鄰近的兩根鉆孔樁,一個樁灌注混凝土時,另外一個樁的沖孔施工應停下來,以免造成鄰樁孔壁的破壞。

五、樁基檢測

對復雜巖溶地區(qū)的鉆孔灌注樁的質量檢測須采用多種測試方法全面檢測并進行綜合分析。

本工程采用聲波透射法、低應變、高應變動力進行綜合檢測,所檢測樁的單樁承載力及成樁質量全部合格,達到設計要求。

六、結論

1.對不良地質現(xiàn)象較發(fā)育的巖溶地層,采用鉆孔嵌巖灌注樁的重要建筑,應對每根樁做超前地質鉆探,準確探明樁底持力層及地下溶洞情況,以便提前采取防范措施和特殊處理措施。

2.在巖溶地區(qū),沖擊鉆成孔工藝,破巖效率高,成孔、入巖質量易保證,是一種比較理想的施工工藝。特別適用于嵌巖深、強度高的巖層。本工程采用“回轉+沖擊鉆進”的施工工藝,最終全部成孔并順利灌注混凝土成樁。經多種方法檢測,樁基承載力和成樁質量均達到設計和規(guī)范要求。

3.實踐表明,對特別復雜的巖溶地區(qū),采用拋填法和鋼護筒護壁相結合的施工技術措施,既簡易可行,又能有效的防止孔洞和裂隙地層因漏漿而導致塌孔、埋鉆、地面沉陷等一系列問題和事故的發(fā)生,解決了成孔難的問題,確保了灌注樁的正常施工及成樁質量。

參考文獻

[1]中華人民共和國行業(yè)標準.公路橋涵施工技術規(guī)范(JTJ041-2000)[S].

作者簡介:胡道廣(1969-),男,江蘇沛縣人,銅山縣固定資產投資審計中心工程師,研究方向:市政工程施工技術、項目管理、工程造價。