巖溶涌水地段高架橋樁基施工技術(shù)

楊 遷

1 概述

西溝高架橋位于桓仁(遼吉界)—丹東(古城子)高速公路項目路基工程施工第七合同段。橋梁左右兩幅呈分離式,下部結(jié)構(gòu)為單柱薄壁墩、樁基礎(chǔ),墩身為1.7 m×4.0 m,2 m×4.0 m,2.3 m×4.0 m的矩形薄壁截面,墩最高為51.259 m;上部結(jié)構(gòu)均采用先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁,左幅20 m～40 m T梁,橋長816.7 m,右幅21 m～40 m T梁,橋長855.6 m。西溝高架橋地基鉆探發(fā)現(xiàn)有溶洞、涌水現(xiàn)象,樁基施工難度大,工期緊。

2 技術(shù)特點

設(shè)計分離式路基寬度為12.25 m,地震基本烈度6度,地震動峰值加速度小于0.05。本高架橋典型存在溶洞、涌水的左幅5號,6號,7號墩柱樁基均為4根樁徑1200mm,樁長15 m的樁。

3 施工準(zhǔn)備

復(fù)查和了解現(xiàn)場的地形、地質(zhì)、電源、交通運(yùn)輸以及農(nóng)田水利設(shè)施、環(huán)境保護(hù)等有關(guān)情況,根據(jù)施工圖紙和施工臨時需要確定工地范圍、繪出地界、設(shè)立標(biāo)志。

組織有關(guān)人員對施工圖紙和資料進(jìn)行學(xué)習(xí)和自審,圖紙上的尺寸、高程、軸線、工程量的計算有無差錯、遺漏和矛盾。根據(jù)設(shè)計文件和施工組織設(shè)計,逐級做好技術(shù)交底工作。

4 施工工藝

4.1 沖擊鉆孔

樁位地層中有硬巖采用沖擊鉆。開孔時先在孔中灌入泥漿或直接注水,投入黏土(或報廢水泥),用沖擊錐以小沖程反復(fù)沖擊造漿。開孔及整個鉆進(jìn)過程中始終防止孔內(nèi)水溢出,掏渣后及時補(bǔ)水。沖擊鉆孔時,若遇到傾斜巖面,則回填黏土、小塊片石并用小沖程沖砸,沖砸過程中一面擠石造壁,一面切削傾斜巖面,直至全斷面進(jìn)入巖石后正常鉆進(jìn)。

4.2 巖溶涌水發(fā)育地段成孔

4.2.1 鉆孔前溶洞處理

1)對于已探明較小封閉型溶洞在鉆孔前可用注漿加固法處理。

2)對于遇到未探明巖隙:發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面較慢下降時,采用優(yōu)質(zhì)膨潤土配置5%的CMC外加劑并加入鋸木灰拌成軟塑狀,分批投入孔內(nèi),再用1 m～1.5 m小沖程進(jìn)行沖鉆,使鋸木灰和黏土擠入巖石裂隙,隔斷泥漿漏失的通道。

3)對于遇到未探明的小溶洞:如突然發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿面較快下降,用小片石(直徑10cm～20cm)和黏土,按1∶1的比例迅速回填,并用小沖程擠壓密實。同時迅速補(bǔ)水,直到泥漿面不再下降。

4)較大封閉型溶洞:先在孔口附近準(zhǔn)備好足夠的塊石、黏土、水泥。在洞頂打穿時,一旦發(fā)現(xiàn)漏漿,要迅速填堵,防止塌孔。一般溶洞洞頂擊穿后,樁孔中泥漿會迅速下降,此時要用鏟車及時將準(zhǔn)備好的塊石、黏土、水泥拋入孔中直到泥漿停止下降,并慢慢上升,此時可用沖錘進(jìn)行適當(dāng)擠壓,反復(fù)拋塊石、黏土、水泥,直至把樁基兩側(cè)的溶洞都填滿或堵死為止,最后補(bǔ)充滿泥漿再重新成孔。

5)對于單級串通型溶洞:采取用12mm厚鋼板加工成的雙護(hù)筒跟進(jìn)方法解決,大護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞頂巖石上,小護(hù)筒跟進(jìn)至溶洞下0.5 m,大護(hù)筒比設(shè)計孔徑大0.4 m,小護(hù)筒比設(shè)計孔徑大0.2 m。大小護(hù)筒需用等直徑鉆頭沖孔。

6)對于多級串通型的溶洞:同單級串通型溶洞處理方案類似,只是采用多級護(hù)筒跟進(jìn)方法解決,最內(nèi)側(cè)小護(hù)筒跟進(jìn)到最下層溶洞底以下0.5 m。

4.2.2 護(hù)筒跟進(jìn)

1)巖溶地區(qū)鉆孔樁基礎(chǔ)施工工藝與一般地層區(qū)別極大,也困難得多。采用沖擊成孔工藝,以十字形鉆頭沖擊成孔,泥漿護(hù)壁,下沉與沖孔直徑相同的鋼護(hù)筒達(dá)基巖面,其作用是防止孔壁坍塌。當(dāng)進(jìn)尺接近溶洞頂部2 m左右時,要求鉆機(jī)操作人員改用低沖程(1 m～1.5 m)沖擊,以防止擊穿溶洞頂板時卡鉆,這是巖溶鉆孔的特殊性所決定的。2)當(dāng)鉆穿巖溶頂板時暫停鉆孔,將小于上述鋼護(hù)筒直徑20cm的鋼護(hù)筒沉入巖溶層,并隨鉆孔跟進(jìn)至穩(wěn)定性巖面。最后,沖擊鉆進(jìn)至設(shè)計標(biāo)高,清孔,安放鋼筋籠,灌注水下混凝土,鋼護(hù)筒則留在巖溶地層中與水下混凝土結(jié)合成為一根“鋼護(hù)筒混凝土樁”。3)跟進(jìn)的鋼護(hù)筒底要進(jìn)行加固處理:用舊鋼軌與鋼護(hù)筒底焊接牢固插打鋼護(hù)筒。4)鋼護(hù)筒跟進(jìn)要安裝樁帽及樁錘,樁錘用B-3型復(fù)打氣錘。5)錘擊鋼護(hù)筒下沉過程中,要嚴(yán)格控制鋼護(hù)筒的傾斜度和錘擊貫入度,中心偏差不得大于5cm,斜度不得大于1%。6)鉆孔內(nèi)投放的片石及黏土數(shù)量要作好記錄,鉆進(jìn)資料應(yīng)齊全完整,并應(yīng)有崗位負(fù)責(zé)人簽字。7)鋼護(hù)筒跟進(jìn)先利用振動錘打入,然后邊沖孔邊跟進(jìn),直到穿過易坍塌的地層。護(hù)筒到位后,當(dāng)鉆頭鉆至護(hù)筒底腳以上0.5 m時,投入15cm直徑以下塊石和優(yōu)質(zhì)黏土,在不掏渣的情況下鉆至護(hù)筒以下0.5 m,掏出泥漿,再投入同樣數(shù)量的塊石和黏土,利用鉆頭的沖擊力將塊石和黏土造成一個高質(zhì)量的殼體孔壁,使護(hù)筒底腳與孔壁結(jié)合緊密。

4.2.3 巖溶區(qū)或溶洞處理后鉆進(jìn)成孔時注意事項

1)沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進(jìn)行,一般等待時間為10 d左右。2)為防止意外,沖孔前應(yīng)有備用措施,備好材料,一旦泥漿泄露,及時向孔內(nèi)投放黏土、水泥和片石,依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成片石夾黏土的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻,保持孔內(nèi)泥漿高度,使得沖鉆順利進(jìn)行。3)加大泥漿質(zhì)量和密度。采用優(yōu)質(zhì)泥漿,當(dāng)缺少優(yōu)質(zhì)黏土?xí)r,可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末,以提高泥漿膠體率和懸浮能力。4)當(dāng)巖面的傾斜較大時,鉆頭擺動撞擊護(hù)筒或孔壁,這時回填片石,使孔底出現(xiàn)一個平臺后再轉(zhuǎn)入正常沖孔。5)接近巖溶地段,采取輕錘沖擊、加大泥漿密度的方法成孔,以防卡鉆和掉鉆。

4.3 檢孔及清孔

樁深達(dá)到設(shè)計要求后,還必須檢驗樁徑、垂直度、泥漿厚度等指標(biāo),并做好記錄,合格后進(jìn)行清孔換漿。樁徑、垂直度采用檢孔器檢查,檢孔器用鋼筋籠做成,其外徑等于設(shè)計孔徑,長度等于孔徑的4倍～6倍。如發(fā)生彎孔、斜孔、縮孔等情況較嚴(yán)重時,應(yīng)重新鉆孔。清孔的目的是降低孔內(nèi)泥漿比重,減少沉渣厚度。保證混凝土灌注質(zhì)量,沉渣厚度必須控制在規(guī)范或設(shè)計要求范圍內(nèi)。清至泥漿比重為1.05左右,測量沉渣厚度,合格后開始下放鋼筋籠。

4.4 鋼筋籠制作安裝

按照設(shè)計圖紙及施工規(guī)范要求進(jìn)行鋼筋籠的制作,并在鋼筋籠四周對稱焊接耳朵或按設(shè)計要求設(shè)置墊塊,保證鋼筋籠的定位并有足夠的保護(hù)層,并在頂節(jié)鋼筋籠上焊接至少4根加長鋼筋,以固定鋼筋籠。鋼筋籠的綁扎及焊接工藝,施工中嚴(yán)格按設(shè)計要求和施工規(guī)范執(zhí)行。鋼筋籠制作完成后,運(yùn)到現(xiàn)場,利用鉆架及時吊放鋼筋籠,也可移開鉆機(jī)用吊車放鋼筋籠。鋼筋籠吊放時,先兩點水平起吊,待骨架立直后由上吊點吊入孔內(nèi)。

4.5 水下混凝土灌注

混凝土灌注采用導(dǎo)管水下灌注,導(dǎo)管采用壁厚6mm無縫鋼管,底部距孔底30cm～50cm,導(dǎo)管要有足夠的剛度和強(qiáng)度,導(dǎo)管使用前和使用一個時期后應(yīng)做壓水試驗,并試驗隔水栓能否順利通過。水密試驗時的水壓不小于孔內(nèi)水深的1.3倍壓力;壓水試驗根據(jù)施工中可能出現(xiàn)的最大壓力確定。導(dǎo)管自下而上作標(biāo)尺和編號,灌注前還要進(jìn)行升降試驗。

混凝土灌注要及時進(jìn)行,其必須具有良好的和易性,配合比應(yīng)通過試驗確定。

首批混凝土灌注前精確計算首盤混凝土方量,制作足夠容積的封底用漏斗,確保封底順利,確認(rèn)封底成功后,進(jìn)行正常澆筑。灌注過程應(yīng)嚴(yán)格依照規(guī)范進(jìn)行,隨時進(jìn)行混凝土質(zhì)量、導(dǎo)管埋置深度等各項檢測以保證整個灌注過程的順利。

澆筑開始時,要連續(xù)有節(jié)奏地進(jìn)行。

混凝土澆筑過程中注意觀察鋼筋籠是否上浮,否則采取加固措施。

在澆筑將近結(jié)束時,導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱高度相對減小,導(dǎo)管內(nèi)混凝土壓力降低,而導(dǎo)管外井孔的泥漿稠度增加、比重增大。若出現(xiàn)混凝土頂升困難,可在孔內(nèi)加水稀釋泥漿,減小泥漿比重,使?jié)仓ぷ黜樌M(jìn)行。

灌注結(jié)束后,用測繩準(zhǔn)確測出樁頂?shù)幕炷撩鏄?biāo)高,并按規(guī)范要求考慮超灌余量。

5 結(jié)語

樁基施工技術(shù)在高架橋下部結(jié)構(gòu)施工中占有重要的地位,直接會影響到工程的施工質(zhì)量與工期,鑒于高架橋樁基存在溶洞與涌水的特殊性,為了保證樁基施工的質(zhì)量,在鉆孔、鋼筋籠安裝、水下混凝土澆筑等各個工序施工時,必須嚴(yán)格把關(guān),若有偏差應(yīng)立即糾正;更必須重視環(huán)保,特別是鉆孔過程中會有大量的泥漿水排放,為防止污染水源,破壞環(huán)境,鉆孔過程中的泥漿水先集中在沉淀池沉淀,符合要求后排放,嚴(yán)禁亂流亂淌。

[1] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 王常才.橋涵施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3] 李從德,楊 強(qiáng).橋梁樁基穿越多層巖溶地段的鉆孔技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(3):337-338.