巖溶地質鉆孔灌注樁成孔案例研究

萬 春

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司,北京 100041)

0 引言

某特大橋全長1.38 km,鄰近既有高鐵,其中12#～15#橋墩采用3跨鋼蓋梁門式墩上跨營業(yè)高鐵線路。全橋樁基共364根,樁徑1～1.25 m,平均樁長20 m,全部為柱樁,樁長除應滿足設計樁長外,還要滿足樁底嵌入巖層新鮮巖面的最小深度不小于3 d(樁直徑長度)。全橋樁基均位于巖溶強烈發(fā)育地質區(qū)[1],樁基距營業(yè)高鐵接觸網回流線投影最近處4 m,最遠處13 m,全部為鄰近營業(yè)線巖溶樁基。場地內淺部15 m深度范圍為可液化粉砂,下部為灰?guī)r層。此段208個鉆孔中,鉆孔揭露溶洞139個,鉆孔溶洞率66.8%,溶洞洞高0.3～9.9 m,巖溶強烈發(fā)育。因其復雜的地理環(huán)境和地質條件需選擇合適的鉆孔方案,確保樁基安全高效完工。

因全橋鄰近既有營業(yè)高鐵,橋梁樁基礎施工時不宜采用振動較大的鉆機進行施工。但地處巖溶強烈發(fā)育地質區(qū),樁底巖層強度為600～1000 kPa的弱風化灰?guī)r層,且營業(yè)高鐵平均墩高15 m,有限高要求。經多方比選,反循環(huán)鉆機、正循環(huán)鉆機、低凈空旋挖鉆等均受現(xiàn)場施工條件限制,無法選用。經與高鐵工務段對接,對營業(yè)高鐵增設自動化監(jiān)測系統(tǒng),實時監(jiān)測橋墩沉降及位移變化后現(xiàn)場方可選用沖擊鉆進行橋梁樁基施工。

1 施工工藝

沖擊鉆樁基施工工藝流程[2]見圖1。

圖1 沖擊鉆樁基施工工藝流程Fig.1 Flow chart of hammer drill pile foundation construction process

圖2 護筒跟進法施工流程Fig.2 Construction process of the following protection tube method

在三通一平的基礎上對所有樁位進行測量并做好放樣,制作護筒及泥漿等施工所用材料,泥漿循環(huán)系統(tǒng)和鉆孔機具等就位,準備開工。現(xiàn)場采取坐標法對樁位進行測量,確定樁基中心點后設置標樁,控制標樁誤差≤2 cm。設置十字形控制樁,標注好樁號,以便后續(xù)進行校核。鋼護筒內徑為樁徑+0.3 m,高度2 m,壁厚1 cm,底部埋置在地表下1.5 m,保證護筒頂部超出地表0.5 m。埋設護筒時,實時檢查護筒埋設質量,確定其位置準確、穩(wěn)固,將護筒四周用黏土回填,夯擊密實?？刂谱o筒埋設垂直度偏差≤0.5%,以便后續(xù)鉆孔施工順利進行。鉆機平臺需碾壓密實,保證鉆機就位的最大傾角≤4°。鉆進就位后調整鉆桿及鉆頭,使其垂直對準鉆孔中心,根據施工需要調整鉆機垂直度參數(shù)。試運行,確保鉆機系統(tǒng)運行正常。

將制漿池、儲漿池及沉淀池布置在樁基旁邊,連接好循環(huán)槽。造漿材料選用優(yōu)質黏土或膨潤土,保證泥漿的穩(wěn)定性能,提高護壁效果及成孔質量,減少沉淀[3]。泥漿指標見表1。

表1 泥漿主要性能指標

在沖擊鉆成孔施工中,為防止孔口坍塌,保證成孔質量,按小沖程進行開孔,待鉆進深度沒過鉆頭后,按照正常沖程進行沖擊成孔。根據溶洞高度及填充形式,經過比選,選用回填法與鋼護筒跟進法進行溶洞樁基施工。當鉆至溶洞頂部1 m左右時,改用小沖程(0.5～1 m)鉆進,緩慢將洞頂擊穿,提前制備充足的泥漿,根據溶洞高度提前在樁基附近堆放足量的水泥、黏土、片石及鋼護筒,鋼護筒直徑大于樁的0.3 m。

1)回填法。主要適用于高度≤3 m的溶洞、充填或半充填的溶洞或高度≤2 m的無充填溶洞。當沖孔穿透土洞或溶洞頂板后,溶洞出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象或通過鉆進尺速度證明已進入溶洞區(qū),應立即提出鉆頭,拋填片石(碎石)、黏土、水泥等填充料,回填至泥漿溢出孔口,觀測孔內泥漿水位變化。如果水位下降,將繼續(xù)回填填充物,重復多次,直至水位不再發(fā)生變化,再采取小沖程慢慢錘擊,以便把填充料完全擠進溶洞,對樁孔壁形成良好保護。根據勘察溶洞內充填物種類來設計回填料配比,不同類型的溶洞所用的回填料種類及比例(按體積比)是不同的,具體如表2所示。

表2 溶洞內不同充填物種類材料用量比例

為提高環(huán)形護壁的穩(wěn)定性,需在回填中按“回填—擠壓”進行3～4個循環(huán)。若回填施工中發(fā)現(xiàn)鉆孔中有泥漿漏失,須第一時間補充泥漿,以防出現(xiàn)塌孔。

2)鋼護筒跟進法。對于高度大于3 m及多層的半填充溶洞或空洞,采用鋼護筒跟進法進行施工,跟進的鋼護筒直徑以大于樁徑0.3 m為宜。當鉆進至溶洞頂面時,跟進鋼護筒至同一平面,利用振搗錘小沖程慢施工的方式沖至溶洞底面,跟進鋼護筒。如此根樁基有兩個及以上溶洞時,則重復上述方法穿越其他溶洞,保證鋼護筒進入溶洞底不少于1 m,待鋼護筒穩(wěn)定后鉆孔至孔底標高。安裝鋼護筒時必須利用護樁反校準孔位中心點,確保鋼護筒順直,連接處滿焊,防止漏漿。

當采用鋼護筒跟進法施工時,主要危害是焊縫不飽滿造成裂隙漏漿,漏漿易引起塌孔事故?？刹扇∫韵绿幚泶胧┙鉀Q裂隙漏漿問題:進入溶洞前,制備充足的泥漿備用。備足黏土,將黏土做成直徑15～20 cm的泥球。準備部分直徑10～15 cm的小片石或狗頭石。實時監(jiān)測護筒中泥漿面的變化,若泥漿面下降速度過快,說明出現(xiàn)了漏漿問題。應立即向孔內注入備用泥漿,將泥球投入孔內,之后將年土和片石按1∶1的比例進行回填,回填高度不小于2 m。回填完成后重新開鉆,利用砸碎的片石及大顆粒土對護筒的裂隙做填充處理,以防裂隙寬度變化,當復鉆至漏漿高度時,觀察泥漿頂面是否變化。如再次出現(xiàn)漏漿,重復以上工序,直至鉆至孔底標高。

待鉆進到設計深度后,通過下放籠式測孔器對鉆孔的深度、直徑、垂直度等做全面檢查,合格后方可進行下部施工。

測孔器制作:測孔器的直徑等于設計樁徑,長度等于設計樁徑的6倍。測孔器的形狀為圓柱體,兩端為圓錐狀。制作時,圓周方向設20根φ16鋼筋,相距18°位置,豎向每隔1.5 m設置一道加強箍筋。具體設計見圖3。

圖3 籠式測孔器Fig.3 Cage hole tester

將沉淀物清出孔位,需符合如下要求:孔內清出的泥漿用手摸沒有2～3 mm的顆粒,孔內泥漿比重≤1.1,含砂率<2%,黏度17～20 s,孔底沉渣厚度≤5 cm。不符合要求則需進行二次清孔[4]。

因本橋為鄰近營業(yè)線施工,每節(jié)鋼筋籠長6 m,采用沖擊鉆吊裝入孔,套筒連接。鋼筋籠吊至與鉆孔位置對準后,垂直緩慢放進鉆孔內,這個過程要嚴格控制鋼筋籠位置及穩(wěn)定性,嚴禁高提猛落,以防鋼筋籠擺動碰到孔壁,影響施工質量。若下放過程中遇到阻礙無法繼續(xù)下放時,需立即停止下放,嚴禁強制下放,明確原因并及時處理,再繼續(xù)下放。待鋼筋籠下放就位后,需6 h內完成混凝土澆筑,以防塌孔。

水下混凝土采取導管法進行灌注。首盤封底混凝土不少于2 m3,澆筑過程中,導管埋入混凝土的深度應在2～6 m,嚴禁將導管拔出混凝土面。澆筑時,對孔內的砼面深度進行實時測量,若發(fā)現(xiàn)澆筑量與砼頂面位置不相符的情況,需及時查明原因并處理[5]。

2 結束語

對某特大橋的施工實踐證明,在對既有鐵路增設自動化監(jiān)測系統(tǒng)、實時監(jiān)測橋墩沉降及位移變化后,現(xiàn)場選用沖擊鉆進行鄰近營業(yè)線巖溶樁基施工,具有施工效率快、成樁質量高、經濟效益好等特點,保證了營業(yè)線行車安全,可大力推廣應用。