某金屬礦區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

劉雙辰(河北建設(shè)勘察研究院有限公司,河北石家莊050030)

1 前言

礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜且部分位置受采空區(qū)影響,導(dǎo)致橋梁樁基礎(chǔ)施工條件較差。一般情況下采空區(qū)、巖溶區(qū)施工的橋梁一般是將樁基礎(chǔ)穿過地質(zhì)不量良地帶,即為穿過采空區(qū)塌陷區(qū)以及巖溶區(qū)。但是橋梁樁基礎(chǔ)在穿越采空區(qū)、巖溶區(qū)時存在成孔困難問題,在施工時若僅通過拋填處理,難以達(dá)到較好的施工質(zhì)量及施工效率[1]。若樁基礎(chǔ)鉆孔勉強(qiáng)可以成孔,在混凝土樁澆筑過程中也容易出現(xiàn)跑漿問題,從而導(dǎo)致劣質(zhì)樁或者廢樁出現(xiàn)[2-3]。因此,應(yīng)針對樁基礎(chǔ)施工位置工程地質(zhì)特征采取針對性的樁基礎(chǔ)施工技術(shù)。本文以某金屬礦區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工為研究對象,對樁基礎(chǔ)施工技術(shù)展開研究,以期能確保橋梁樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量并提升施工效率。

2 工程概況

本橋梁樁基礎(chǔ)施工項目位于一多金屬礦礦區(qū),區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜、地表剝蝕嚴(yán)重、巖溶發(fā)育。覆蓋層巖性以粉質(zhì)黏土為主,并含有部分粉砂巖、礫石;基巖以灰?guī)r為主,節(jié)理、裂隙發(fā)育,部分區(qū)域存在溶洞。溶洞內(nèi)充填物多以粉質(zhì)黏土為主,呈流塑狀或者松散狀。由于本項目位于一多金屬礦區(qū),部分位置存在盜采形成的采空區(qū),采空區(qū)面積相對較小,具體分布位置不詳,部分盜采形成的采空區(qū)與溶洞相連。

為了確保梁橋結(jié)構(gòu)安全,設(shè)計的樁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁,持力層為穿越采空區(qū)的底板穩(wěn)定的砂巖層。根據(jù)現(xiàn)場勘探得知,在采空區(qū)及巖溶區(qū)內(nèi)共計布置布置6 根樁基礎(chǔ),施工的樁基礎(chǔ)孔徑均為180 cm,深孔在90～130 m,具體根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

3 礦區(qū)采空區(qū)及溶洞處理技術(shù)

由于橋梁樁基礎(chǔ)施工區(qū)域存在的采空區(qū)以及溶洞,且部分溶洞與采空區(qū)連接,導(dǎo)致地基基礎(chǔ)施工難度顯著增加。根據(jù)以往研究成果[4-6],樁基礎(chǔ)施工時對采空區(qū)及溶洞處理采取預(yù)處理為主、施工過程中采取的控制措施為輔的處理方案。在預(yù)處理過程中依據(jù)施工工藝以及充填材料差異可分為壓漿、壓注細(xì)粒徑混凝土以及旋噴帷幕3 種處理工藝;施工過程中采取的控制措施可分為拋填黃泥片石以及鋼護(hù)筒跟進(jìn)等方式[7-8]。根據(jù)現(xiàn)場情況,為了確保樁基礎(chǔ)施工安全,提出采用壓注混凝土法進(jìn)行預(yù)處理,并在施工過程中采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)方式確保樁基礎(chǔ)平穩(wěn)施工。

3.1 壓注混凝土

由于樁基礎(chǔ)施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜,采空區(qū)與溶洞相通,為了確保樁基礎(chǔ)施工安全,提出采用壓注混凝土法對采空區(qū)及溶洞進(jìn)行處理。為了提高處理效果,在壓注混凝土中添加適量的水玻璃,提升混凝土凝固速度并降低混凝土流失量。將注漿壓力控制在2～3 MPa,當(dāng)注漿量呈現(xiàn)降低趨勢時則將注漿管提升500 mm 后繼續(xù)灌注,直至樁基礎(chǔ)施工范圍內(nèi)的溶洞、采空區(qū)內(nèi)全部被混凝土充填固結(jié)。

給出對應(yīng)的施工放樣,在樁基礎(chǔ)周邊1 000 mm范圍內(nèi)每隔1 000 mm 施工孔徑180 mm 鉆孔,樁中心施工一個鉆孔,其余鉆孔在四周均勻分布,具體如圖1所示。其中中心樁為灌注低標(biāo)號小碎石的混凝土的壓注孔,周邊鉆孔均為透氣孔。通過周邊鉆孔測量可實時掌握壓注的混凝土層高度。鉆孔內(nèi)的注漿管為孔徑160 mm、長度1 500 mm 的無縫鋼管,兩節(jié)無縫鋼管間通過套管連接。在注漿管下放完成后,壓注混凝土前應(yīng)先對注漿管口進(jìn)行臨時封堵,避免異物進(jìn)入到注漿管內(nèi)導(dǎo)致注漿管堵塞。

圖1 鉆孔施工示意圖

鉆孔內(nèi)壓注的混凝土強(qiáng)度為C15,通過泵送混凝土方式壓注,混凝土中粗骨料最大粒徑控制在20 mm以內(nèi),塌落度控制在200～250 mm,凝膠材料含量為400 kg/m3,同時壓注的混凝土應(yīng)具備較好的流動性。壓注混凝土?xí)r混凝土高度每上升2～3 m 后停止壓注混凝土2～3 h,待混凝土初凝后再進(jìn)行壓注,直至混凝土壓注到溶洞或者采空區(qū)頂板,且不再進(jìn)料后停止壓注混凝土。具體混凝土壓注施工工藝流程如圖2所示。

圖2 壓注混凝施工流程

3.2 鋼護(hù)筒跟進(jìn)

雖然采取壓注混凝土方式對溶洞以及采空區(qū)等進(jìn)行處理,但是個別樁基礎(chǔ)鉆孔施工過程中仍存在坍塌、漏漿等問題,期間采用灌注黃泥漿以及拋填片石等措施均未達(dá)到較好的處理效果,甚至導(dǎo)致護(hù)筒周邊出現(xiàn)塌孔。因此,為了施工安全并提升施工效率,在樁基礎(chǔ)施工過程中采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)方式直至底部基巖,當(dāng)?shù)竭_(dá)基巖層面仍有漏漿情況發(fā)生時,則采取壓漿方式進(jìn)行封堵。

1)鋼護(hù)筒選擇

當(dāng)施工過程中遇到的單個溶洞(采空區(qū))時則采取單護(hù)筒方式,若遇到疊加的兩個溶洞(采空區(qū))則采用雙護(hù)筒,依次類推。護(hù)筒的長度以溶洞(采空區(qū))高度再加300 mm 為宜。鋼護(hù)筒的外徑較內(nèi)徑大100 mm、內(nèi)徑較樁基礎(chǔ)半徑大100 mm。鋼護(hù)筒為厚度9 mm 鋼板通過卷板機(jī)加工而成。

2)鋼護(hù)筒沉放

樁基礎(chǔ)孔通過沖擊鉆成孔,沖擊錘應(yīng)按照慢放輕提原則通過溶洞(采空區(qū))頂部,當(dāng)沖錘明顯受阻時,說明頂部已有圓滑的成孔形成。將鋼護(hù)筒通過樁機(jī)下放至孔底,必要時采用振動錘輔助下沉。具體鋼護(hù)筒沉放流程如圖3所示。

圖3 鋼護(hù)筒沉放流程

在采用沖擊鉆成孔、鋼護(hù)筒跟進(jìn)施工過程中,為了確保鋼護(hù)筒順利沉放,要求施工的樁孔應(yīng)豎直,無縮頸、歪斜等顯現(xiàn),同時樁孔選用的鉆頭直徑應(yīng)大于鋼護(hù)筒外徑30～50 mm。鋼護(hù)筒下放到位后再更換符合成孔要求的鉆頭。若在堅硬的巖層中采用沖擊鉆形成的鉆孔孔徑不滿足鋼護(hù)筒下放要求時,可先對鉆孔進(jìn)行回填后加大鉆頭直徑進(jìn)行二次沖孔,確保形成的鉆孔孔徑滿足鋼護(hù)筒平穩(wěn)下放需要。

4 結(jié)論

在某金屬礦區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工區(qū)域內(nèi)有天然溶洞,通過前期物探發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域內(nèi)存在有多個盜采的采空區(qū),且溶洞、采空區(qū)間相互連通,給樁基礎(chǔ)施工帶來顯著的不利影響。為了確保樁基礎(chǔ)施工安全,在分析地質(zhì)條件基礎(chǔ)上提出采用壓注混凝土方式進(jìn)行預(yù)處理,并在樁基礎(chǔ)鉆孔施工中采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)方式鉆進(jìn),為樁基礎(chǔ)施工創(chuàng)造了良好條件。

現(xiàn)場施工的樁基礎(chǔ)經(jīng)過檢測后質(zhì)量均為Ⅰ類樁,成功的解決了采空區(qū)、溶洞發(fā)育區(qū)樁基礎(chǔ)施工難題,取得顯著的應(yīng)用成果。