淺析高速公路溶洞區(qū)橋梁樁基施工

崔海濤

1 工程地質(zhì)情況

福建省永武高速公路(龍巖段)第A10合同段地處武平縣境內(nèi)，高速公路線位所經(jīng)范圍為巖溶發(fā)育區(qū)，特別是橋址范圍內(nèi)巖溶較為發(fā)育，溶洞數(shù)量多，空間分布極不規(guī)則，屬強(qiáng)發(fā)育巖溶區(qū)。根據(jù)地勘資料顯示，巖溶區(qū)內(nèi)有些溶洞內(nèi)有軟塑狀充填物，部分無充填物，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。

2 施工方案的確定及施工方法

根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況及施工特點(diǎn)，對溶洞區(qū)的樁基施工通常采取沖鉆成孔和人工挖孔兩種施工方法。當(dāng)有溶洞的樁基地層中無較厚的砂礫層或砂層，且地下水位較低、樁長較短時(shí)采用人工挖孔樁的方案比較適宜;當(dāng)?shù)叵滤惠^高、涌水較大或地層中砂層、砂礫層較厚時(shí)，人工挖孔難以成孔且存在很大的安全隱患，需采用沖孔進(jìn)行施工。根據(jù)本項(xiàng)目橋梁樁基的實(shí)際地質(zhì)情況，經(jīng)過詳細(xì)的研究和對比，本項(xiàng)目的樁基采用沖鉆成孔的方法進(jìn)行施工。

2.1 沖孔施工

在沖孔施工前應(yīng)詳細(xì)掌握溶洞出現(xiàn)的位置，并推斷其范圍和大小，提前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，如片石、粘土和鋼護(hù)筒，相應(yīng)的溶洞回填設(shè)備如裝載機(jī)、挖掘機(jī)等要隨時(shí)做好準(zhǔn)備。溶洞區(qū)的樁基在沖孔施工時(shí)，一般要按先施工樁長較長的樁后施工短樁、先周邊樁后中間樁以及溶洞較多的樁的順序進(jìn)行施工。

沖孔施工前首先進(jìn)行場地的平整和清理，再進(jìn)行準(zhǔn)確的測量放樣。鋼護(hù)筒內(nèi)徑比相應(yīng)的樁徑大30 cm，分節(jié)卷制，單節(jié)高度2 m，埋設(shè)的深度根據(jù)不同地質(zhì)情況分別確定，對埋深較淺的護(hù)筒，采用挖埋法，即先在樁位處挖出比護(hù)筒直徑大80 cm～100 cm的圓坑，然后在坑底填筑50 cm左右厚的粘土，分層夯實(shí)，夯填時(shí)要防止護(hù)筒偏斜，護(hù)筒頂面至少應(yīng)高出地面0.3 m，以防雜物、地面水落入或流入井孔內(nèi)。泥漿可用膨潤土拌制，也可采用性能良好的其他粘土拌制，制漿池、儲漿池、沉淀池均設(shè)在鉆機(jī)周圍，并用循環(huán)膠管連接，以形成良好的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

鉆機(jī)安裝就位后，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，不得產(chǎn)生位移或沉陷，具體工藝如下:

1)當(dāng)鉆至溶洞頂1 m左右時(shí)，首先準(zhǔn)備足夠的片石(直徑小于30 cm)和粘土，對于半填充和無填充的溶洞要組織足夠的水源。其次在1 m～1.5 m范圍內(nèi)變換沖程，逐漸將洞頂擊穿，以防止卡鉆。

2)根據(jù)鉆孔的進(jìn)尺情況，在擊穿洞頂之前，要有專人觀測護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿面下降，應(yīng)迅速補(bǔ)水。擊穿洞頂后，在溶洞內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)，根據(jù)填充物的不同，要采取不同的鉆進(jìn)方法。當(dāng)填充物為軟弱粘性土或淤泥時(shí)，應(yīng)向孔內(nèi)投入粘土、片石混合物(比例1∶1)，沖砸固壁;當(dāng)為砂層、卵石層時(shí)還應(yīng)提高泥漿的粘度和相對密度。只有當(dāng)泥漿漏失現(xiàn)象全部消失后才轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。如此反復(fù)使鉆孔順利穿過溶洞。

3)對于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有較厚的砂礫層時(shí)，為防止泥漿突然流失，造成孔壁坍塌，采取護(hù)筒跟進(jìn)法施工。具體做法為:首先將φ1.5 m的鉆頭擴(kuò)大至φ1.7 m，正常鉆進(jìn)至溶洞上方約1 m處，將鉆頭提起，用振動(dòng)錘將內(nèi)徑1.5 m、壁厚6 mm的鋼護(hù)筒砸至孔底，再將鉆頭直徑改為1.5 m繼續(xù)沖砸，直至擊穿溶洞，然后回填粘土片石混合物(比例1∶1)，采用1 m～1.5 m的沖程將洞內(nèi)沖砸密實(shí)，再轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

4)對小型或多層溶洞，為防止其不與相鄰孔竄孔或成孔后孔形有葫蘆狀，必要時(shí)可灌注低標(biāo)號混凝土進(jìn)行填充，等具有一定的強(qiáng)度后再鉆進(jìn)。

5)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高并清孔后，對孔徑、孔深、孔形、豎直高和孔底地質(zhì)是否與設(shè)計(jì)相符合，孔底泥漿沉淀厚度等進(jìn)行檢查。

2.2 混凝土的灌注

溶洞區(qū)樁基的灌注要特別的謹(jǐn)慎和細(xì)心，施工時(shí)要選派責(zé)任心強(qiáng)的現(xiàn)場技術(shù)人員全程進(jìn)行跟蹤觀察，在進(jìn)行水下混凝土灌注時(shí)，要時(shí)刻檢查導(dǎo)管的埋入深度，并時(shí)刻觀察泥漿水面的變化。在灌注首盤混凝土?xí)r，要充分計(jì)算好首盤混凝土的方量，對于溶洞區(qū)的樁基，因擴(kuò)孔系數(shù)較大，且受溶洞的影響，混凝土的灌注量比正常施工的樁基要大很多，因此，在首盤灌注混凝土?xí)r要準(zhǔn)備好充足的混凝土，以確保導(dǎo)管的埋深。當(dāng)灌注到溶洞位置時(shí)應(yīng)保持較大的埋管深度，防止混凝土由于擠破護(hù)壁后突然下沉，造成斷樁。同時(shí)在溶洞區(qū)樁基混凝土灌注過程中，當(dāng)灌注到溶洞位置時(shí)會出現(xiàn)灌注混凝土后混凝土面無上升或混凝土面上升緩慢的現(xiàn)象，此時(shí)必須保證混凝土的連續(xù)供應(yīng)和灌入，方能確?；炷撩娴恼Ｉ仙?。溶洞區(qū)的樁基在灌注時(shí)混凝土的超灌量比較大，在施工過程中要特別注意和重視。

3 施工中注意事項(xiàng)和處理措施

1)鉆頭鉆至溶洞頂時(shí)，為防止由于溶洞頂板巖層厚度、硬度不均而出現(xiàn)斜孔，除采用拋填片石平衡鉆頭外，也可采用質(zhì)量較大的鉆頭處理。2)溶洞處理時(shí)，速度稍微放慢一些或稍停一段時(shí)間，可促使片石和粘土的固結(jié)利于固壁。3)充填物的溶洞采用拋填物的方法處理是可行的，但為了避免發(fā)生縮孔，可采用大塊片石。4)溶洞內(nèi)泥漿濃度要大，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的施工情況以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，溶洞樁基的泥漿應(yīng)在不小于1.6時(shí)比較適宜。同時(shí)應(yīng)根據(jù)不同土層采用不同的泥漿比重，必要時(shí)加入一定水泥，使其滲透入孔壁內(nèi)凝固，加強(qiáng)孔壁的防護(hù)。5)因溶洞內(nèi)為流塑狀粘土，即使孔內(nèi)不漏漿，為加大泥漿濃度，增加固壁的牢固性，也要按片石粘土1∶1的比例加入。6)當(dāng)樁基地層中砂礫或砂層較厚時(shí)，若鋼護(hù)筒的長度較短，很容易出現(xiàn)孔口坍塌現(xiàn)象，因此在施工時(shí)必須使鋼護(hù)筒的長度加長伸至持力層，方能確保在施工過程中孔口不坍塌。7)因溶洞區(qū)為灰?guī)r地區(qū)，巖溶發(fā)育，地質(zhì)變化較大，在施工中會出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象，偏孔時(shí)采用回填片石處理，片石的強(qiáng)度不低于巖石的強(qiáng)度，如果不行，就用C40混凝土回填，重新進(jìn)行沖孔。8)在溶洞樁基施工過程中經(jīng)常遇到斜巖現(xiàn)象，處理斜巖的方法一般采用回填片石進(jìn)行處理，但若斜巖角度較大時(shí)，回填處理基本上無多大效果，此時(shí)建議采用水下爆破的方式進(jìn)行處理，爆破后再繼續(xù)進(jìn)行沖孔。經(jīng)過實(shí)踐證明，斜巖水下爆破取得了良好的效果。9)卡鉆的預(yù)防措施:因大部分溶洞為半填充或無填充狀態(tài)，為防止卡鉆，在接近溶洞處必須先加片石，采取小沖程進(jìn)尺，在進(jìn)入溶洞后同樣加片石粘土進(jìn)尺，直至完全穿過該溶洞。10)發(fā)生坍孔現(xiàn)象，孔內(nèi)較嚴(yán)重的坍孔是可以覺察到的，表現(xiàn)為孔內(nèi)液面有氣泡上冒，泥漿濃度變稠或液面下降等?？變?nèi)坍塌的原因是: a.泥漿比重不夠，未形成可靠護(hù)壁;b.孔內(nèi)水頭高度不夠或孔內(nèi)出現(xiàn)了承壓水，降低了靜水壓力差;c.鉆頭或取渣筒等撞擊孔壁，破壞了護(hù)壁泥皮。

處理方法:坍孔不嚴(yán)重時(shí)可加大泥漿比重，提高孔內(nèi)水頭高度繼續(xù)沖鉆，嚴(yán)重時(shí)則回填后重新沖鉆。

4 施工中的質(zhì)量控制

1)為保證鉆機(jī)不因坍孔、擴(kuò)孔、漏漿等因素而傾斜，鉆機(jī)縱橫向支撐應(yīng)加長，超出預(yù)計(jì)的坍孔范圍，一般采用型鋼或鋼管。

2)采用逐樁鉆探的方法，充分發(fā)現(xiàn)溶洞的發(fā)育情況，做到心中有數(shù)。

3)泥漿必須采用膨潤土或粘土，容重達(dá)1.2 g/cm3以上，減少孔壁內(nèi)外的壓力差，有效護(hù)壁，防止坍孔。另外為防止泥漿沉淀，宜在泥漿中摻入0.1%～0.4%的純堿。

4)采用間斷式循環(huán)排渣。一方面保證孔底有一定厚度的沉渣，遇小裂隙或小溶洞可隨時(shí)封堵;另一方面可保證泥漿濃度，防止坍孔。

5)溶洞頂板的擊穿采用小沖程，一般80 cm以下，溶洞內(nèi)進(jìn)尺采用輕壓鉆進(jìn)，每進(jìn)尺2.0 m回填2.0 m，循環(huán)至樁底，使孔壁充分?jǐn)D壓密實(shí)，防止擴(kuò)孔。

6)鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)漏漿時(shí)，應(yīng)迅速提錘，操作手離開鉆機(jī)，避免安全事故的發(fā)生，同時(shí)采用多個(gè)大泥漿泵補(bǔ)漿，并用裝載機(jī)投入事先準(zhǔn)備好的粘土包、水泥包、片石強(qiáng)行堵漏，防止坍孔，直至泥漿面穩(wěn)定為止。

7)鋼筋籠的就位及混凝土的灌注要迅速、及時(shí)。清孔及混凝土的灌注最好安排在白天進(jìn)行。灌注混凝土?xí)r，應(yīng)派專人觀察混凝土面上升情況和出漿量的變化?；炷辽仙叨群统鰸{量與混凝土的灌入量成正比，若有異常，應(yīng)分析原因并采取相應(yīng)對策。

8)當(dāng)處理漏漿時(shí)或到達(dá)溶洞位置但不漏漿，要向孔內(nèi)拋填片石及粘土進(jìn)行固壁，小沖程反復(fù)沖砸，使拋填片石充分?jǐn)D入孔壁，粘土充分填塞片石空隙，避免混凝土超灌量過大，保證成樁質(zhì)量。

5 結(jié)語

通過永武高速A10合同段溶洞區(qū)樁基的成功處理實(shí)踐，不斷總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，優(yōu)化了施工方案，大大降低了溶洞區(qū)樁基的施工難度，加快了施工的進(jìn)度，縮短了工期。為溶洞區(qū)橋梁樁基的施工積累了一定的成功經(jīng)驗(yàn)，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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