巖溶地基橋梁樁基施工技術
2009-09-28
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,主跨為預應力混凝土連續(xù)箱梁,其余為預制先簡支后連續(xù)結(jié)構。下部結(jié)構為明挖擴大基礎,2號墩、22號～27號墩為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,設計要求逐樁探明溶洞情況,然后鉆孔巖溶處理方案的原則。
(1)每根樁必須用地質(zhì)鉆機鉆探,詳細記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型,畫圖列表,為制定相應施工方案提供詳實依據(jù)。
(2)對填充物進行土工試驗,分析其物理力學特性,檢測容重、含水量、孔隙率等,為注漿參數(shù)計算提供依據(jù)。
(3)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況,對每根樁設計出相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。
(4)對每種處理方案,都要進行仔細的計算,施工前在橋位外進行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗,取得經(jīng)驗數(shù)據(jù),完善施工方案,指導施工。
(5)遇到大溶洞時,必須請監(jiān)理工程師和設計單位核查,明確處理方案,并報監(jiān)理批準后實施
溶洞處理方案
(1)對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,直接注漿固結(jié)即可;若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時,則可以直接沖孔,但需加強泥漿護壁。
(2)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、圍護體積的最小直徑及堆積體成形規(guī)律,計算填砂量。用壓風機將干砂壓入,為防止洞內(nèi)高壓阻止灌砂,利用其它孔作為減壓孔。待達到計算的填充體積,壓力穩(wěn)定時,即可停止。
(3)若設計要求灌入碎石則必須鉆一個大孔(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,投料時振動鋼管,以防止堵塞,填充量控制與填砂控制方法相同。
(4)對于一些溶槽、溶溝、小裂隙等,沖孔時可采取投放片石、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鉆孔施工難度大,采取注漿法是十分有效的措施。
(1)根據(jù)地質(zhì)情況在每一根樁的中心位置或橋墩承臺的四角鉆注漿孔,鉆注漿孔也是對地質(zhì)情況的進一步勘探,通過取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細情況。
(2)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)場試驗確定。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,以保證沖鉆成孔時有足夠的固結(jié)體。注漿時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,水玻璃的含量根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。
(3)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)場試孔后確定,注漿管外徑為70ｍｍ,比鋼套管內(nèi)徑要小。注漿時,通過注漿泵上的ＰＱ儀分析確定注漿的速度和結(jié)束時間,壓入量根據(jù)滲透半徑、固結(jié)體積來計算,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)場試驗確定。
(4)為防止?jié){液流失太遠造成浪費,采用間歇注漿方式,使得先注入的漿液與砂子(或碎石)初步達到膠結(jié)后再注漿,循環(huán)注漿多次,直至達到規(guī)定最小注漿量和注漿壓力控制值為止。
(5)注完一個孔后,繼續(xù)對其余孔進行注漿,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。成孔時應注意以下幾點。
(1) 沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進行,一般等待時間為10ｄ左右?！?
(2)為防止意外,沖孔前應有備用措施,備好材料,一旦泥漿泄露,及時向孔內(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結(jié)構墻,保持孔內(nèi)泥漿高度,使得沖鉆順利進行。
(3)加大泥漿質(zhì)量和密度。采用優(yōu)質(zhì)泥漿,當缺少優(yōu)質(zhì)粘土時,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)當巖面的傾斜較大時,鉆頭擺動撞擊護筒或孔壁,這時,回填片石,使孔底出現(xiàn)一個平臺后再轉(zhuǎn)入正常沖孔。
(5)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。
巖面檢驗要點本工程按設計要求樁端須進入完整微風化灰?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?？辈熨Y料及實際施工表明,本地區(qū)屬巖溶強烈發(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鍵。影響全巖面判定的因素較多,而現(xiàn)有的樁基技術規(guī)范、規(guī)程等均未列出統(tǒng)一的判定標準,受地質(zhì)條件復雜的影響,全巖面的判斷往往意見不一,成為質(zhì)量控制的一大難題。實際施工中,根據(jù)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的特殊性、復雜性及工程特點,經(jīng)過試樁檢驗,主要從4個方面來進行全巖面的綜合判斷。
(1)以樁孔實際見巖高程始,至少進尺50ｃｍ后,可申報全巖面檢驗,超前鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程只作為參考。
(2)查閱機臺施工記錄,可將基巖進尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作為進入全巖面的控制速度。
(3)可觀察井口鋼絲繩的擺動情況,錘頭觸巖面時會出現(xiàn)輕微反彈。
(4)使用細目篩網(wǎng)撈取巖渣,巖屑含量50%～70%,且含泥、含砂量小于4%時,認為入巖。如出現(xiàn)特殊情況或判斷標志不明顯,意見分歧較大時,則采用鉆探揭露的辦法來證實,即在樁孔中心四周均勻布設4個～5個勘探孔,用工勘鉆機進行鉆探,用觸探到的各點巖面高程進行比較,判斷出全巖面。
