樁基串珠型溶洞施工處理與含沙率控制

范 斌

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510500)

1 工程概況

2 施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)概況

2.1 地質(zhì)情況

通過(guò)鉆探的方式對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)的地質(zhì)條件展開(kāi)分析,其主其主要分為如下幾部分:

2.2 巖溶地段情況

施工現(xiàn)場(chǎng)巖溶覆蓋范圍廣,鉆探結(jié)果表明,現(xiàn)場(chǎng)的巖溶已達(dá)到強(qiáng)烈發(fā)育的狀態(tài)。又因項(xiàng)目路線存在半挖半填路基地段,巖溶地質(zhì)含沙率較高,不利于成孔作業(yè),施工時(shí)對(duì)其需進(jìn)行一定的控制。

3 串珠型樁基溶洞處理施工要點(diǎn)

施工時(shí),溶洞區(qū)的含砂率高低對(duì)橋梁樁基施工有著一定的影響,對(duì)此可選不同的方法進(jìn)行作業(yè)。而結(jié)合鉆探結(jié)果,首先以溶洞的高度為依據(jù)劃分為多個(gè)類(lèi)型,即將高度≤3 m的視為小溶洞、高度3～10 m的視為中溶洞,高度≥10 m的視為大溶洞,并對(duì)各階段的溶洞含砂率進(jìn)行明確探究,采取相適應(yīng)的處理方法進(jìn)行施工。

(1) 充填封閉法。小溶洞處理過(guò)程中,可選擇的是充填封閉法[1]。以溶洞實(shí)際的含砂率情況為準(zhǔn),若內(nèi)部不存在充填物,則需向其中填入適量干沙或碎石材料;對(duì)于已存在充填物的情況,則對(duì)其性狀作出判斷,呈松散或軟塑狀時(shí),較為合適的是充填水泥漿的方式。

(2) 鋼護(hù)筒施工法。遇大中型溶洞時(shí),若含砂率較高,宜優(yōu)先選擇鋼護(hù)筒施工法[2-4]。實(shí)際操作中,需將預(yù)制成型的開(kāi)孔護(hù)筒預(yù)埋到位,沖進(jìn)鉆孔施工期間及時(shí)通過(guò)拋填的方式置入粘土袋和片石,此后緩慢將鋼護(hù)筒下放,直至到達(dá)巖面為止,并再次沖進(jìn)。鋼護(hù)筒到位后,放入內(nèi)護(hù)筒,澆筑適量封底混凝土,注漿后即可終孔。

橋梁樁基鋼筋的布置如圖1所示。

圖1 橋梁樁基鋼筋布置示意圖

4 巖溶區(qū)樁基施工含砂率控制

4.1 巖溶區(qū)施工

溶洞施工得以順利落實(shí)到位的關(guān)鍵前提在于確保地面具有穩(wěn)定性,也就是其含砂率的大小值確定,否則在施工期間易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn),甚至發(fā)生安全事故。遇砂層等不良地質(zhì)時(shí),在施工的擾動(dòng)性作用下易發(fā)生地面坍塌現(xiàn)象。對(duì)此,需在施工前有效硬化地面。且溶洞段護(hù)壁應(yīng)始終維持穩(wěn)定的狀態(tài),不可發(fā)生漏漿現(xiàn)象。確保溶洞護(hù)壁段的穩(wěn)定性至關(guān)重要,將直接對(duì)樁基混凝土灌注樁的施工質(zhì)量帶來(lái)影響,因此需得到高度的重視。

既有結(jié)構(gòu)需具有安全性和穩(wěn)定性,不可因?yàn)槭┕さ臄_動(dòng)性影響而失穩(wěn)或是受損。在常規(guī)樁基施工的基礎(chǔ)上,還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取針對(duì)性的溶洞處理措施。根據(jù)溶洞的基本特點(diǎn),對(duì)其的處理應(yīng)考慮到覆蓋層預(yù)處理和鉆孔期間的處理,需根據(jù)規(guī)范將各環(huán)節(jié)的處理工作落實(shí)到位。

4.2 預(yù)處理

為給樁基鉆孔創(chuàng)設(shè)良好的條件,需明確溶洞含砂率的實(shí)際情況,對(duì)其采取預(yù)處理措施。

(1) 樁基安全等將為1級(jí)和2級(jí)且含砂率較低時(shí),此工況下可利用鋼護(hù)筒跟進(jìn)穿淤泥層等地質(zhì)條件欠佳的地層,直至深入至黏土層2 m左右為止。對(duì)于安全等級(jí)為3級(jí)的樁基,無(wú)特殊要求時(shí)僅設(shè)鋼護(hù)筒即可,但覆蓋層存在大厚度軟弱層時(shí),考慮到此時(shí)溶洞塌陷發(fā)生概率高且容易影響至地面的情況,可以采取鋼護(hù)筒穿過(guò)軟弱層的處理方式。

(2) 鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工選擇引孔工藝,施工期間需采取護(hù)壁措施,較為可行的有加大泥漿比重、增添包含片石在內(nèi)的成孔材料等。并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)護(hù)筒刃腳的護(hù)壁處理,可拋填片石或是使用黏土材料,以便維持護(hù)筒刃腳的穩(wěn)定性。

(3) 遇砂層厚度較大的情況時(shí),即含砂率高的路段,將明顯加大鋼護(hù)筒的沉放難度,針對(duì)此問(wèn)題,可通過(guò)旋噴帷幕護(hù)壁接長(zhǎng)鋼護(hù)筒。對(duì)于溶洞內(nèi)部含有地下水的情況,鉆孔期間易導(dǎo)致周邊土體坍塌,此時(shí)可采取旋噴止水帷幕護(hù)壁的方式。以樁位為基準(zhǔn),合理控制帷幕護(hù)壁的位置,保證兩者之間形成足夠的安全距離,最大限度避免施工擾動(dòng)問(wèn)題。樁周高壓旋噴帷幕施工可以選擇的是單管旋噴注漿法,首先利用旋噴鉆機(jī)鉆孔,將預(yù)先準(zhǔn)備好的噴射器置入孔底,通過(guò)高壓脈沖泵噴射泥漿,由于存在特定的壓力條件,因此高壓射流可有效切割土體,期間使土體和水泥均勻混合,經(jīng)一段時(shí)間后混合料開(kāi)始凝固,形成具有穩(wěn)定性的旋噴樁結(jié)構(gòu)。

(4) 覆蓋層土洞和淺層溶洞易阻礙樁基正常施工進(jìn)度或是對(duì)其施工質(zhì)量帶來(lái)不良影響,需采取預(yù)注漿處理措施,確保在鋼護(hù)筒下沉過(guò)程中地面可維持穩(wěn)定。施工現(xiàn)場(chǎng)存在高度≥3 m的溶洞,在洞內(nèi)不存在充填物的情況下,可對(duì)溶洞采取預(yù)注漿處理措施。為給正式施工提供可靠的數(shù)據(jù)指導(dǎo),因提前組織工藝性試驗(yàn),以便明確在最優(yōu)施工效果時(shí)的具體工藝參數(shù),如注漿壓力、材料配制方法等。若溶洞處于全充填的狀態(tài)且同時(shí)滿足該部分物質(zhì)為可塑或硬塑的條件時(shí),可省去預(yù)注漿處理措施。

此外,鋼護(hù)筒下放的速度應(yīng)根據(jù)含砂率的大小進(jìn)行控制,以保證橋梁結(jié)構(gòu)始終具有穩(wěn)定性。

4.3 鉆孔

綜合考慮溶洞發(fā)育程度、彼此間的位置關(guān)系以及含砂率等方面的情況,提出拋填片石黏土法、鋼護(hù)筒跟進(jìn)法等相關(guān)方法。在含砂率較高的溶洞處進(jìn)行樁基施工時(shí),需充分注重如下幾點(diǎn):

(1) 施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)溶洞時(shí),可采取常規(guī)施工法,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題,編制應(yīng)急預(yù)案,以便在發(fā)生異常后可及時(shí)處理問(wèn)題,將不良影響降至最低。

(2)若溶洞高度<3 m,較為合適的是回填片石黏土法,以形成完整的護(hù)壁結(jié)構(gòu)。片石和黏土的比例易對(duì)施工質(zhì)量帶來(lái)影響,以7∶3(按體積計(jì))為宜,施工條件特殊時(shí)可摻入適量袋裝水泥。為保證護(hù)壁的穩(wěn)定性,反復(fù)成孔的次數(shù)至少需達(dá)到三次,必要時(shí)適當(dāng)增加;溶洞高度介于3(含)～5 m(不含)時(shí),需考慮溶洞的充填情況,若該處無(wú)充填或是存在流塑、軟塑特性的充填物時(shí),較為合適的是采取預(yù)注漿填充處理措施;對(duì)于溶洞內(nèi)存在可塑性全充填物的情況,可選擇拋填片石黏土法,以便在該材料的擠密作用下護(hù)壁。同樣的,片石和黏土的比例需得到合理的控制,以7∶3(按體積計(jì))為宜,施工條件特殊時(shí)可摻入適量袋裝水泥。為保證護(hù)壁的穩(wěn)定性,反復(fù)成孔的次數(shù)至少需達(dá)到三次,必要時(shí)適當(dāng)增加;溶洞高度達(dá)5 m或更高時(shí),需考慮溶洞的充填情況,若該處無(wú)充填或是存在流塑、軟塑特性的充填物時(shí),較為合適的是采取預(yù)注漿填充處理措施;對(duì)于溶洞內(nèi)存在可塑性全充填物的情況,可選擇拋填片石黏土法,以便在該材料的擠密作用下護(hù)壁。與上述相同的是,片石和黏土的比例約為7∶3(按體積計(jì)),施工條件特殊時(shí)可摻入適量袋裝水泥。為保證護(hù)壁的穩(wěn)定性,反復(fù)成孔的次數(shù)至少需達(dá)到三次,必要時(shí)適當(dāng)增加。

(3) 若遇到更大規(guī)格的溶洞,在無(wú)充填或是存在流塑充填物的情況下,較為適宜的是雙層鋼護(hù)筒施工法,從工程實(shí)踐來(lái)看,其在串珠型大規(guī)格溶洞中具有良好的應(yīng)用效果。外鋼護(hù)筒施工以跳進(jìn)法較為合適,在沖孔過(guò)程中需同時(shí)接鋼護(hù)筒,使其能夠穩(wěn)定到達(dá)已成型的孔洞中。以鋼護(hù)筒外徑為參照基準(zhǔn),選擇直徑比該值略大3～5 cm的鉆頭,首先利用該裝置沖擊至溶洞頂,后續(xù)轉(zhuǎn)為小鉆頭進(jìn)一步施工,確保能夠有效擊穿溶洞,再向其中打入鋼護(hù)筒,使其與溶洞底巖面有效接觸,從而完成整個(gè)處理工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

橋梁樁基礎(chǔ)施工易受到現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件等因素的影響,遇溶洞地質(zhì)條件時(shí)其施工難度大幅提高,伴有大量的質(zhì)量隱患和安全隱患,對(duì)施工技術(shù)提出較高的要求,若缺乏行之有效的處理措施,則容易引發(fā)大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)損失,嚴(yán)重時(shí)將誘發(fā)安全事故。鑒于此,必須緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、溶洞含砂率等方面的情況,以此為依據(jù)選擇相適應(yīng)的施工技術(shù),將橋梁樁基的各項(xiàng)工作落實(shí)到位,確保樁基的施工質(zhì)量。