巖溶地質(zhì)條件下灌注樁施工初探

摘要:文章通過工程實(shí)例,以巖溶地質(zhì)條件下灌注樁的施工技術(shù)難點(diǎn)為切入點(diǎn),從施工技術(shù)措施、施工控制要點(diǎn)、樁基檢測(cè)等方面,介紹了在巖溶地區(qū)成功進(jìn)行灌注樁施工的方法。

關(guān)鍵詞:巖溶地質(zhì);灌注樁施工;青年路橋工程;施工技術(shù)

中圖分類號(hào):U443文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)10-0189-02

一、概述

青年路橋工程為兩跨簡(jiǎn)支梁橋,單跨32.4米,全長(zhǎng)65米,寬22米。工程擬建場(chǎng)區(qū)位于故黃河上。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,場(chǎng)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(jié)核較多;(6)泥灰?guī)r。

該場(chǎng)區(qū)基巖主要由黃色泥灰?guī)r及含角礫的白云質(zhì)灰?guī)r組成。泥灰?guī)r溶蝕裂隙發(fā)育,局部較強(qiáng)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(yīng)穿透巖溶發(fā)育段,進(jìn)入下部完整巖石,因此嵌巖深度較大,給樁基施工帶來(lái)很大難度。

本工程采用鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ),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(shù)難點(diǎn)

由于該巖溶地段地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,進(jìn)行了一孔一探。根據(jù)單孔地質(zhì)勘察報(bào)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(duì)樁基的施工質(zhì)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(tái),有18個(gè)孔,嚴(yán)重漏漿的有5個(gè)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(jù)設(shè)計(jì)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(dá)4m～6m,有部分孔甚至入巖達(dá)8～10m。本工程為硬質(zhì)石灰?guī)r,強(qiáng)度高,不易鉆進(jìn),因此施工難度大,技術(shù)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(hù)壁泥漿會(huì)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(bǔ)漿不及時(shí),則護(hù)壁泥漿面瞬間下降從而導(dǎo)致塌孔、埋鉆、嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致上部土體隨地下水進(jìn)入溶洞或裂隙,從而引起地面塌陷,危及機(jī)械和人員的安全。

三、施工技術(shù)措施

針對(duì)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(jīng)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(nèi)采取沉井的方法,下鋼筋混凝土管護(hù)壁或采用長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁。

通過對(duì)各方案的權(quán)衡比較,我們認(rèn)為采用6m長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁的方案最適合現(xiàn)有的地質(zhì)、施工和設(shè)備條件,且方法簡(jiǎn)潔,工期短。具體措施如下:

(一)長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁

1.先埋設(shè)φ2000mm的護(hù)筒,采用直徑1500mm的鉆頭,鉆進(jìn)深度穿過粘土層1米即可提鉆,鉆進(jìn)時(shí)泥漿相對(duì)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(dāng)投入粘土。

2.下鋼護(hù)筒.鋼護(hù)筒直徑為1500mm,壁厚8mm。護(hù)筒須下放到已鉆進(jìn)深度,上沉困難時(shí)可采用壓重、振動(dòng)、錘擊的方法。

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

(二)鉆進(jìn)工藝

在施工過程中,采用“回轉(zhuǎn)+沖擊鉆進(jìn)”工藝施工。本工程處于巖溶地區(qū),若單純采用鉆機(jī)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(jī)快幾倍。因此,綜合考慮它們的各自優(yōu)點(diǎn),在土層部分采用鉆機(jī)成孔,鉆至巖面改為沖擊鉆機(jī)成孔。這種方法工效高,進(jìn)度快。

在上層粉土中鉆進(jìn)時(shí),泥漿相對(duì)密度應(yīng)保持在1.2～1.45之間,主要拋擲事先預(yù)備好的粘土,邊鉆進(jìn)邊造漿,做好護(hù)壁工作,防止塌孔、埋鉆、擴(kuò)徑。粘土層在鉆進(jìn)過程中可自行造漿,孔壁相對(duì)穩(wěn)定,不易塌孔。當(dāng)鉆至巖層時(shí),改用沖擊鉆機(jī),快接近已探明的破碎帶、巖溶發(fā)育處時(shí),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(dāng)樁孔即將沖穿溶洞時(shí),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(shí),應(yīng)回填片石修孔直至不偏為止。

在整個(gè)施工過程中派專人密切觀察護(hù)壁泥漿性質(zhì)及狀態(tài)變化,如漿面異常變動(dòng)、泥漿顏色發(fā)生變化及時(shí)采取措施,一旦出現(xiàn)漏漿應(yīng)馬上提錘,防止因塌方而埋錘,及時(shí)補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)的膨潤(rùn)土泥漿至孔內(nèi),保持孔內(nèi)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(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后,盡快提鉆、下鋼筋籠,下導(dǎo)管清孔,盡量縮短中間環(huán)節(jié)的間隔時(shí)間,及時(shí)灌注混凝土。對(duì)于存在溶洞的樁孔,灌注水下混凝土?xí)r,可能需用較多的混凝土,個(gè)別擴(kuò)散系數(shù)可達(dá)到5～6。因而灌注過程中,應(yīng)專人勤測(cè)量混凝土面標(biāo)高,并以此控制提升導(dǎo)管速度,避免不知情使導(dǎo)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(gè)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(biāo)高處,經(jīng)常上下竄動(dòng)導(dǎo)管以使混凝土密實(shí)。

四、施工控制要點(diǎn)

在巖溶發(fā)育的地區(qū),鉆孔樁施工難度相對(duì)大得多。下面結(jié)合青年路橋的施工實(shí)踐,簡(jiǎn)要地介紹一下施工中的控制要點(diǎn)。

(一)施工準(zhǔn)備措施

施工前,應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料,確定哪些樁有溶洞(必要時(shí)在設(shè)計(jì)的每個(gè)樁位都應(yīng)一孔一探),溶洞的類型、大小及所在的位置,提前做好準(zhǔn)備。

對(duì)鉆探顯示有地下溶洞的樁位,在沖樁成孔前,可對(duì)鉆探孔進(jìn)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(jìn)行沖樁,如久壓灌漿而難以灌滿,則表明溶洞較大或?yàn)檫B通洞,可采用砂漿、黃泥等填充,填滿后再進(jìn)行沖樁成孔。

對(duì)有溶洞的樁位,鉆機(jī)宜墊鋼網(wǎng)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(shí),鉆機(jī)可由鋼網(wǎng)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(zhǎng)鋼護(hù)筒或預(yù)制鋼筋混凝土護(hù)筒、麻袋、快凝水泥、砂與碎石料等材料的準(zhǔn)備。

開孔時(shí)應(yīng)低錘密沖,反復(fù)沖擊造壁。成孔過程中必須保證泥漿補(bǔ)給,保持孔內(nèi)漿面穩(wěn)定。

(二)安全監(jiān)測(cè)內(nèi)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(dòng)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿,同時(shí)立即停止施工,補(bǔ)填粘土直至漿面穩(wěn)定為止。

2.泥漿顏色變化。鉆孔進(jìn)入巖層后泥漿一般為黃色,當(dāng)逐漸變?yōu)楹谏珪r(shí),說(shuō)明有可能遇到有淤泥填充的溶洞,應(yīng)補(bǔ)充密度為1.3～1.5g/cm3的泥漿,以保證成樁質(zhì)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(nèi)泥漿、土體填滿,對(duì)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(jù)工程地質(zhì)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(dòng),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(jù)其顆粒大小和特征,判斷巖石的軟硬和進(jìn)尺,并與工程資料相比較,看是否相符。一般來(lái)說(shuō),較硬巖石巖樣顆粒較小,且進(jìn)尺緩慢;相反,則顆粒較大,進(jìn)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(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)和孔底沉淀厚度,如超過規(guī)定,應(yīng)進(jìn)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(gè)樁灌注混凝土?xí)r,另外一個(gè)樁的沖孔施工應(yīng)停下來(lái),以免造成鄰樁孔壁的破壞。

五、樁基檢測(cè)

對(duì)復(fù)雜巖溶地區(qū)的鉆孔灌注樁的質(zhì)量檢測(cè)須采用多種測(cè)試方法全面檢測(cè)并進(jìn)行綜合分析。

本工程采用聲波透射法、低應(yīng)變、高應(yīng)變動(dòng)力進(jìn)行綜合檢測(cè),所檢測(cè)樁的單樁承載力及成樁質(zhì)量全部合格,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

六、結(jié)論

1.對(duì)不良地質(zhì)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(yīng)對(duì)每根樁做超前地質(zhì)鉆探,準(zhǔn)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(zhì)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(qiáng)度高的巖層。本工程采用“回轉(zhuǎn)+沖擊鉆進(jìn)”的施工工藝,最終全部成孔并順利灌注混凝土成樁。經(jīng)多種方法檢測(cè),樁基承載力和成樁質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

3.實(shí)踐表明,對(duì)特別復(fù)雜的巖溶地區(qū),采用拋填法和鋼護(hù)筒護(hù)壁相結(jié)合的施工技術(shù)措施,既簡(jiǎn)易可行,又能有效的防止孔洞和裂隙地層因漏漿而導(dǎo)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(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)[S].

作者簡(jiǎn)介:胡道廣(1969-),男,江蘇沛縣人,銅山縣固定資產(chǎn)投資審計(jì)中心工程師,研究方向:市政工程施工技術(shù)、項(xiàng)目管理、工程造價(jià)。