巖溶地區(qū)橋梁超長鉆孔灌注樁施工技術
2016-10-08
1.工程概況
新建武漢至廣州鐵路客運專線白土特大橋位于廣東省韶關市曲江區(qū)白土鎮(zhèn)境內,全長1548.58米,起迄里程為DK1996+769.71~ DK1998+318.29?；A采用鉆孔灌注樁基礎,共322根,由于地質情況復雜,溶洞較多,橋梁樁長設計不等,樁長最長達63米,樁基直徑1.25米,樁底嵌入完整基巖2米以上。墩柱高度10米以上為空心墩,墩柱最高為11.5米。梁體采用無碴軌道32m后張法預應力混凝土雙線整體簡支箱梁,盆式橡膠支座。軌道采用雙塊式無碴軌道。
2.施工工藝
鉆孔樁施工工藝流程為:平整場地→測定樁位→埋設護筒→樁機就位→鉆孔(設泥漿池制備泥漿、沉淀池清渣)及溶洞處理→第一次清孔→下鋼筋籠→下導管→第二次清孔→灌注混凝土。
3.施工機械選擇
鉆機應根據樁徑和地質條件選擇。鉆機選用沖擊鉆,鉆頭宜選用十字絲鉆頭;鋼絲繩應考慮到安全系數,安全系數不得小于16,鋼絲繩不得有斷絲、脫絲超過1/3現(xiàn)象;鉆架應焊接牢固,基底應平穩(wěn),地質松軟時應遠離樁孔,以免造成側壓力而導致塌孔;鋼護筒采用5mm厚鋼板制作,為增加剛度防止護筒變形,在護筒上、中、下部各焊一道箍筋進行加強。
4.成孔質量控制
成孔是混凝土灌注樁施工中的一個重要部分,其質量如控制得不好,則可能會發(fā)生塌孔、縮徑、樁孔偏斜及樁端達不到設計持力層要求等,還將直接影響樁身混凝土灌注質量和造成樁承載力下降。因此,在巖溶地區(qū)超長鉆孔樁成孔的施工技術和施工質量控制方面應著重做好以下幾項工作。
4.1采取隔孔施工程序
鉆孔混凝土灌注樁和錘擊樁不同,錘擊樁是將周圍土體擠開,樁身具有很高的強度,土體對樁產生被動土壓力。鉆孔灌注樁則是先成孔,然后在孔內成樁,周圍土移向樁身土體對樁產生動壓力。尤其是在成樁初始,樁身混凝土的強度很低,且混凝土灌注樁的成孔是依靠泥漿來平衡的,故采取較適應的樁距對防止坍孔和縮徑是一項穩(wěn)妥的技術措施。對同一墩臺上不同樁位鉆孔應采用對角鉆孔,隔孔施工。
4.2先施工較長、溶洞較多的樁孔
溶洞即為巖層中夾有的土質、砂土裂隙或空洞。鉆孔樁施工中遇有溶洞會出現(xiàn)孔內泥漿面下降而無法施工。施工中應根據設計圖紙及地質報告,同一墩臺上不等樁長設計時應先行施工樁長較長、溶洞較多、施工較難的樁孔。鉆孔樁中有溶洞的樁一般第一顆樁孔施工時較困難,一定要保證所遇到的溶洞都處理好了之后才能進行混凝土灌注。
4.3確保樁身成孔垂直精度
為了保證成孔垂直精度滿足設計要求,應采取擴大樁機支承面積使樁機穩(wěn)固,經常校核鉆架及鉆桿的垂直度,施工過程中經常進行測量檢查,校對護樁等措施,并于成孔后下放鋼筋籠前作井徑、井斜超聲波測試,可采用驗孔器對樁孔孔徑、傾斜度進行檢查。
4.4 確保樁位、樁頂標高、成孔深度及第一次清孔
在沖擊鉆孔過程中應做好沖擊鉆孔記錄,應每兩小時記錄一次,標明各類土石層所處位置及厚度,特別是應記錄好遇到溶洞時的位置及深度。
雖然鉆頭到達的深度已反映了成孔深度,但是如在第一次清孔時泥漿比重控制不當,或在提升鉆頭時碰撞了孔壁,就可能會發(fā)生坍孔、沉渣過厚等現(xiàn)象,這將給第二次清孔帶來很大的困難,有的甚至通過第二次清孔也無法清除坍落的沉渣。因此,在提出鉆頭后應用測繩復核成孔深度,如測繩的測深比鉆桿的鉆探小,就要重新下鉆頭復鉆并清孔。同時還要考慮在施工中常用的測繩遇水后縮水或拉伸的問題,因其最大收縮率達1.2%,為提高測繩的測量精度,在使用前要預濕后重新標定,并在使用中經常用鋼尺進行復核。
5.成樁質量控制
高性能混凝土以其有較好的施工和易性、較高的后期強度、抗侵蝕性能好、較長的耐久性為特點,是客運專線混凝土施工中應采用的原材料。白土特大橋其耐久性設計為一百年,普通混凝土很難達到要求。在混凝土中摻入一定量的礦物摻和料,可以有效改善和提高混凝土工作性和耐久性,并能對提高混凝土抵抗鹽、酸等化學化學腐蝕介質的能力有很大的作用。施工中采用高性能混凝土配合比,保證混凝土質量。
對有溶洞的鉆孔樁,首先在鉆孔施工中應將溶洞堵塞,保證鉆孔安全及混凝土的順利灌注。在鉆孔過程中應注明溶洞所處的深度及高度。在混凝土灌注中在遇有溶洞處應適當把導管埋深加大,并隨時觀察混凝土下落速度、孔內泥漿面及泥漿溢出量。
6.溶洞判斷
主要通過以下方法進行判斷,1)準確的地質資料圖;2)聽聲音,看氣泡:如遇巖溶空洞時能聽到咚咚的聲音,并能看到有大量氣泡往上冒;3)孔內水位突然下降;4)與其相鄰的孔內水位下降至同一個水平面:下部巖溶已連成一體形成空洞;5)鉆孔鉆進速度,遇有溶洞時鉆進速度較快;6)當擊穿面超過中心面,鉆頭突然傾斜、突然下落;7)地面沉降、塌方。
7.溶洞處理
鉆孔過程中遇有溶洞時必須對溶洞堵塞,以保證鉆孔過程中的安全及混凝土的順利灌注。溶洞處理可采用以下幾種方法:
1)抽漿補漿:主要處理緩慢漏漿或機械回填不及時如裂隙漏漿等;
2)回填黃粘土:回填的黃粘土必須采用機械加水拌和成塊狀往孔內回填,如是松散黃粘土不成整體會對孔內形成造漿,起不到溶洞堵塞作用;
3)回填黃粘土加片石拌和:片石與黃粘土必須拌和后回填;
4)水泥、黃粘土加片石拌和;
5)巖溶注漿:對溶洞所處的高度進行超前巖溶注水泥漿:需有準確的地質資料;
6)混凝土圍圈法:可先在溶洞處先澆筑混凝土進行圍蔽;
7)鋼護筒跟進:下6米以上的鋼護筒至溶洞位置,代價較大;
8)地表冷凍法:工藝不成熟,一般不采用;
9)以上幾種方法混合采用。
溶洞處理方法:由簡到繁。
8.超長鉆孔樁施工及常見故障處理
超長鉆孔樁在施工中應對樁徑、樁長、樁位偏差及樁傾徐度進行嚴格控制。在施工中要隨時對樁位進行測量,檢查護樁。對發(fā)現(xiàn)有偏孔的應及時進行處理。
鉆孔樁常見故障及處理如下:
1)地表塌孔:應查明原因和位置,進行分析處理。坍孔不嚴重時,可采用加大泥漿比重、加高水頭、加深護筒等措施后繼續(xù)鉆進;坍孔嚴重時,先用片石擠壓夯填后再進行鉆孔,必要時回填重新鉆孔。
2)徐孔、彎孔、梅花孔:主要是遇有較大突石、孤石,鉆頭滑偏或鉆架移動。可提升鉆頭重新調整鉆架并進行固定后再鉆孔,將鉆頭提起到偏斜處進行反復掃孔,直到鉆孔正直。如發(fā)生嚴重彎孔、梅花孔、探頭石時,應采用小片石或卵石與黏土混合物回填到偏斜處,待填料沉實后再重新鉆孔糾偏。
3)擴孔、塌孔、縮孔:可采用拋填片石(加黃泥)、護筒跟進(如護筒卡住可再做較小的套筒)、迅速補水、混凝土圍圈法、注漿法等進行處理。
4)卡鉆:主要是因為鉆頭磨損嚴重、探頭石未沖碎、砂礫層較厚、孔內掉下物件、粘土層中沖擊深度太大等原因造成。不應強提鉆頭,應采取晃動大繩以及其他措施,使鉆頭松動后再提起。先分析原因對應進行處理。
5)卡鉆、埋鉆:主要是塌孔、鉆頭停鉆時間過長、孔壁落石及鉆頭磨損嚴重未更換而未拔出、泥漿抽漿太快。先分析原因對應進行處理,可采用邊左右晃動大繩邊提升鉆頭、高壓風機進行沉渣翻動進行處理,必要時可采用孔底小藥量爆破沖擊鉆頭(須有項目部審批方案)。發(fā)生卡鉆、掉鉆、埋鉆時嚴禁人員進入沒有護筒或其他防護設施的鉆孔內。必須進入有防護設施的鉆孔時,應確認鉆孔內無有害氣體和備齊防毒、防溺、防埋等保證的安全措施后方可進入,并應有專人負責現(xiàn)場指揮。
