巖溶地基橋梁樁基施工技術(shù)
2010-11-11
工程概況：
京福國道主干線徐州市繞城公路四合同段跨隴海鐵路特大橋，路線長0.8182km，呈南北方向，跨徑布置為6×30m 3（5×30m） 6×30m，主跨為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，其余為預(yù)制先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，2號(hào)墩、22號(hào)～27號(hào)墩為1.5m鉆孔灌注樁。
位于低山丘陵與沖積平原過渡地帶，以隴海鐵路為界，北部巖基裸露，由一系列平行褶皺和斷裂組成，地表覆蓋黃褐色高液限粘土，具強(qiáng)膨脹性，區(qū)內(nèi)有巖溶發(fā)育，多表現(xiàn)為小型溶洞，洞高由0.4～2.5m不等，溶洞均有碎石土等填充物。
地下水不發(fā)育，主要為碳酸鹽裂隙巖溶水及第四系松散物孔隙水，均對(duì)混凝土無侵蝕性。本段地震基本烈度為7度。
鉆孔灌注樁施工大橋共有鉆孔灌注樁32根，樁位處溶洞比較發(fā)育，設(shè)計(jì)要求逐樁探明溶洞情況，然后鉆孔。
巖溶處理方案的原則
?。?）每根樁必須用地質(zhì)鉆機(jī)鉆探，詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，為制定相應(yīng)施工方案提供詳實(shí)依據(jù)。
?。?）對(duì)填充物進(jìn)行土工試驗(yàn)，分析其物理力學(xué)特性，檢測(cè)容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計(jì)算提供依據(jù)。
?。?）根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對(duì)每根樁設(shè)計(jì)出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。
?。?）對(duì)每種處理方案，都要進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算，施工前在橋位外進(jìn)行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗(yàn)，取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完善施工方案，指導(dǎo)施工。
?。?）遇到大溶洞時(shí)，必須請(qǐng)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)單位核查，明確處理方案，并報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后實(shí)施。
溶洞處理方案
（1）對(duì)于封閉的比較小的溶洞，采取注漿措施，提供成孔條件穿過溶洞。若洞內(nèi)無填充物或填充物不滿，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿；若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時(shí)，直接注漿固結(jié)即可；若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時(shí)，則可以直接沖孔，但需加強(qiáng)泥漿護(hù)壁。
?。?）溶洞內(nèi)無填充物或填充物較少需向洞內(nèi)填充砂子的，選擇一個(gè)合適的孔位，放入并固定鋼套管，將注砂管與鋼套管相連接，在注漿前灌砂。根據(jù)成樁直徑、圍護(hù)體積的最小直徑及堆積體成形規(guī)律，計(jì)算填砂量。用壓風(fēng)機(jī)將干砂壓入，為防止洞內(nèi)高壓阻止灌砂，利用其它孔作為減壓孔。待達(dá)到計(jì)算的填充體積，壓力穩(wěn)定時(shí)，即可停止。
?。?）若設(shè)計(jì)要求灌入碎石則必須鉆一個(gè)大孔（直徑不小于30cm）放入鋼管并固定，鋼管上置碎石料斗，碎石粒徑不大于2cm，投料時(shí)振動(dòng)鋼管，以防止堵塞，填充量控制與填砂控制方法相同。
?。?）對(duì)于一些溶槽、溶溝、小裂隙等，沖孔時(shí)可采取投放片石、碎石夾粘土，甚至投入整袋水泥堵塞起到護(hù)壁作用，保證泥漿不流失，使鉆孔順利通過巖溶區(qū)。
注漿方法鉆孔樁通過溶洞時(shí)鉆孔施工難度大，采取注漿法是十分有效的措施。
?。?）根據(jù)地質(zhì)情況在每一根樁的中心位置或橋墩承臺(tái)的四角鉆注漿孔，鉆注漿孔也是對(duì)地質(zhì)情況的進(jìn)一步勘探，通過取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細(xì)情況。
?。?）用注漿泵注漿，注漿壓力不宜太大，控制在0.5～1.0ＭＰａ范圍，具體壓力值由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。速度為15～20Ｌ/ｍｉｎ，其目的是使?jié){液滲透到填充物內(nèi)（包含灌入的砂或碎石），然后固結(jié)，滲透最小直徑定為3.0ｍ，以保證沖鉆成孔時(shí)有足夠的固結(jié)體。注漿時(shí)注漿管必須插入填充物的底部，然后邊注漿邊緩慢上提，提管速度不宜太快，根據(jù)注漿速度確定，應(yīng)使?jié)B透半徑控制在允許范圍內(nèi)。漿液選用水泥漿，用32.5級(jí)水泥，水泥漿配合比為水∶水泥=0.8∶1.0.若需用水泥砂漿，則配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8，需要用雙液漿時(shí)，水玻璃的含量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。
?。?）單花管注漿，管頭花管段長度為100cm，孔眼直徑和間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試孔后確定，注漿管外徑為70ｍｍ，比鋼套管內(nèi)徑要小。注漿時(shí)，通過注漿泵上的ＰＱ儀分析確定注漿的速度和結(jié)束時(shí)間，壓入量根據(jù)滲透半徑、固結(jié)體積來計(jì)算，公式為Ｑ=πＲ2Ｈβμα（1-γ）λ。式中，Ｒ為滲透半徑；Ｈ為溶洞高度；μ為填充物的孔隙率；α為超灌系數(shù)；λ為地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；γ、β為充填率與充填系數(shù)。這些參數(shù)和系數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。
?。?）為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi)，采用間歇注漿方式，使得先注入的漿液與砂子（或碎石）初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定最小注漿量和注漿壓力控制值為止。
（5）注完一個(gè)孔后，繼續(xù)對(duì)其余孔進(jìn)行注漿，后注漿的壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場(chǎng)自行掌握。
巖溶處成孔經(jīng)過處理后的巖溶處，成孔方法基本上與普通石質(zhì)地層成孔方法相同，采取用ＣＺ31型沖擊鉆沖擊的方式成孔。成孔時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
（1）沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進(jìn)行，一般等待時(shí)間為10ｄ左右。
?。?）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(shí)向孔內(nèi)投放粘土、水泥和片石，依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成片石夾粘土的圍護(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)粘土?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，其質(zhì)量配合比為黃土∶水泥∶燒堿=1∶0.2∶0.4，鋸末按黃土體積的10%摻入。
（4）當(dāng)巖面的傾斜較大時(shí)，鉆頭擺動(dòng)撞擊護(hù)筒或孔壁，這時(shí)，回填片石，使孔底出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)后再轉(zhuǎn)入正常沖孔。
?。?）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。
巖面檢驗(yàn)要點(diǎn)本工程按設(shè)計(jì)要求樁端須進(jìn)入完整微風(fēng)化灰?guī)r0.80～3ｍ，工序中增加了一般地質(zhì)條件下灌注樁施工所沒有的全巖面檢驗(yàn)?？辈熨Y料及實(shí)際施工表明，本地區(qū)屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，巖面起伏、傾角陡，溝槽、裂隙縱橫，因此，全巖面的正確判斷成為本工程成孔施工的關(guān)鍵。影響全巖面判定的因素較多，而現(xiàn)有的樁基技術(shù)規(guī)范、規(guī)程等均未列出統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn)，受地質(zhì)條件復(fù)雜的影響，全巖面的判斷往往意見不一，成為質(zhì)量控制的一大難題。實(shí)際施工中，根據(jù)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的特殊性、復(fù)雜性及工程特點(diǎn)，經(jīng)過試樁檢驗(yàn)，主要從4個(gè)方面來進(jìn)行全巖面的綜合判斷。
?。?）以樁孔實(shí)際見巖高程始，至少進(jìn)尺50cm后，可申報(bào)全巖面檢驗(yàn)，超前鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程只作為參考。
?。?）查閱機(jī)臺(tái)施工記錄，可將基巖進(jìn)尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作為進(jìn)入全巖面的控制速度。
?。?）可觀察井口鋼絲繩的擺動(dòng)情況，錘頭觸巖面時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微反彈。
（4）使用細(xì)目篩網(wǎng)撈取巖渣，巖屑含量50%～70%，且含泥、含砂量小于4%時(shí)，認(rèn)為入巖。如出現(xiàn)特殊情況或判斷標(biāo)志不明顯，意見分歧較大時(shí)，則采用鉆探揭露的辦法來證實(shí)，即在樁孔中心四周均勻布設(shè)4個(gè)～5個(gè)勘探孔，用工勘鉆機(jī)進(jìn)行鉆探，用觸探到的各點(diǎn)巖面高程進(jìn)行比較，判斷出全巖面。
