巖溶地質(zhì)下橋梁樁基施工應對措施研究
2016-11-21
1. 巖溶地質(zhì)的形成及其對橋梁樁基施工的影響
?。?）可溶性巖石，特別是碳酸鹽類巖石在含有CO2的地表水或地下水的長期溶蝕作用下，往往會產(chǎn)生落水洞、溶洞、溶槽、塌陷以及暗河等典型的喀斯特現(xiàn)象，這一現(xiàn)象廣泛分布在我國華南、西南等地區(qū)，涉及的范圍大、面積廣，是水利、交通、建筑工程中經(jīng)常會遇到的地質(zhì)問題。尤其是隨著次生風化作用的發(fā)生，巖溶地層逐漸被覆蓋于地下，并在地下水的作用下繼續(xù)溶蝕，隨時可能發(fā)生地面塌陷等不可預見的問題，給工程施工的安全性和穩(wěn)定性帶來了極大的風險。
?。?）作為支撐結(jié)構(gòu)荷載的關鍵組成部分，樁基礎的質(zhì)量在很大程度上決定了橋梁的整體工程效果。而不可預見的巖溶地質(zhì)對樁基礎質(zhì)量控制的不利影響是顯而易見的。一方面，由于巖溶的范圍、層數(shù)、大小、填充狀態(tài)等都依地段的不同而不同，很難對其進行準確的預估和計算，因此必須根據(jù)每個樁位的實際勘測數(shù)據(jù)，制定有針對性的措施，方可確保成樁順利，這也就大大增加了設計施工的成本和難度；另一方面，沖孔樁等施工過程中，常出現(xiàn)塌孔、漏漿、卡錘等問題，影響了施工的效率和進度，發(fā)生大面積塌孔時，甚至可能出現(xiàn)樁基垮倒等現(xiàn)象，危及施工人員的生命安全。有鑒于此，設計施工人員必須對橋梁工程范圍內(nèi)的地質(zhì)情況進行細致而全面的踏勘工作，充分了解施工現(xiàn)場地質(zhì)條件的特點與復雜性，并在此基礎上制定科學的施工方案，確保樁基礎施工安全順利地進行。
2. 巖溶條件下橋梁樁基施工的準備工作
2.1施工前的準備。
2.1.1地質(zhì)勘查。鑒于巖溶地質(zhì)的復雜條件，須采用地質(zhì)調(diào)查測繪、水域地震反射波勘測、地質(zhì)鉆探、跨孔彈性波CT物探等多種勘察手段，并對勘察結(jié)果進行精確、科學的綜合分析。其中水域地震反射波勘探常見于工程的可行性研究階段，該方法可以從宏觀上了解巖溶的分布和發(fā)育情況，能為橋位及線位提供調(diào)整依據(jù)；地質(zhì)鉆探則是工程中最常見、也最直接有效的勘察手段之一，該方法對鉆孔一定范圍以內(nèi)的地質(zhì)情況進行分析，可為樁基礎的設計和施工提供明確的指導；在詳勘階段，若逐樁地質(zhì)鉆孔不足以反映溶洞的整體分布情況，還應以地質(zhì)跨孔彈性波CT物探作為補充，如對溶洞分布比較廣泛的主墩、過渡墩和部分引橋墩進行物探，并結(jié)合地質(zhì)鉆探的柱狀圖資料，進一步反映出鉆孔間剖面的巖溶分布情況，使溶洞的大小和分布范圍得以更全面、清晰的揭露，為樁基的設計提供更充分的依據(jù)。
2.1.2動態(tài)設計。在巖溶發(fā)育程度較高、持力層基巖不完整的情況下，往往存在終孔標高確定困難的問題，此時可采取動態(tài)設計，即通過將勘察資料與施工過程中所得資料進行對比，對終孔標高作出及時調(diào)整，從而確保樁基承載力滿足技術要求。設計中還應注意，由于樁基施工過程中采用的泥漿比普通樁基成孔所用泥漿要稠，且采用鋼護筒跟進成孔會使樁周巖土的摩阻力有一定程度的下降，因此應適當提高計算的安全系數(shù)。
2.1.3機械設備及施工材料的準備。施工所需的泥漿、黏土、水泥、石片等材料必須備齊、備足，并經(jīng)嚴格的材料質(zhì)量檢驗合格后方可進場。制漿池、儲漿池、沉淀池等均應設置于鉆機附近，確保循環(huán)澆灌連接順暢。提前準備好振動錘、鋼護筒等機具，并預備吸泥、打撈等應急機具，以防施工設備運行故障等突發(fā)事件的發(fā)生。
2.2溶洞的預處理。應根據(jù)施工現(xiàn)場不同溶洞的發(fā)育特點制定具體的預處理方案。對土洞或小型溶洞可采用袖閥管注漿法進行處理。溶洞、土洞處理邊界的注漿孔采用水玻璃與水泥漿的雙液漿，中央注漿孔采用水泥漿、水泥砂漿、水泥粉等單液漿，注漿順序為先邊界孔再中央孔。對中型溶洞可采用泵送低標號素混凝土進行處理的方法。鉆機成110mm孔，由地面插入多根PVC管至溶洞洞頂內(nèi)，利用混凝土輸送泵通過100mm鋼管往洞內(nèi)泵送水泥砂漿或低標號素混凝土，直至灌滿溶洞即可。對大型溶洞則應采取吹填砂并泵送低標號素混凝土的處理方式?？捎勉@機成110mm孔，由地面插入多根PVC管至溶洞洞頂內(nèi)，先吹填砂，再利用混凝土輸送泵通過100mm鋼管往洞內(nèi)泵送水泥砂漿或低標號素混凝土，直至灌滿溶洞。
3. 樁基施工中的應對措施
3.1片石黏土筑壁施工法。片石黏土筑壁法主要是針對漏漿較少、未出現(xiàn)塌孔問題、洞高<2m的小溶洞，采用體積1∶1的片石與黏土通過多次回填和反復沖擊，使其形成泥石護壁且不再漏漿。使用該方法時，應經(jīng)常檢查泥漿液面高，避免使?jié){液過度下降導致的塌孔。若處理過程中如出現(xiàn)多次處理無效或塌孔等惡化情況時，應按下述鋼護筒法進行施工。
3.2鋼護筒施工法。溶洞中出現(xiàn)嚴重的漏漿現(xiàn)象、塌孔現(xiàn)象、泥漿液面下降過大、或使用片石黏土筑壁法效果不明顯時，則需采用鋼護筒法對溶洞進行處理。首先，應根據(jù)樁徑選擇不同厚度的鋼護筒，如>1.4m的樁應采用16mm厚鋼板加工的護筒，<1.2m的樁則應使用14mm厚的鋼護筒；護筒由吊機吊至指定樁孔位置，經(jīng)分節(jié)焊接后，用振動錘將其下沉至巖面即可。筒頂應高于地面0.5m～1.0m。其次，成孔施工中應根據(jù)在已下沉鋼護筒底是否還存在溶洞，確定鋼護筒是否需跟進，即一面沖孔一面接高護筒，并將其震動下沉至已完成的孔內(nèi)，以隔斷溶洞內(nèi)地下水等的活動。當采用上述步驟完成成孔任務后，即可按照一般沖孔樁施工工藝進行下一步工序的施工。
3.3全回轉(zhuǎn)全套管施工法。全回轉(zhuǎn)全套管法是一種目前應用于工程實際中較先進的機械施工方法，可鉆進150MPa～200MPa強度的巖石。施工中通過全套管對巖壁進行保護，不需回填片石及黏土，也不用另下護筒，且可根據(jù)實際工程情況，完成對鉆壓、鉆速、以及扭矩的自動控制與調(diào)節(jié)，使鉆進過程更加簡便、精確。套管在混凝土灌注后方拔出，為防止此環(huán)節(jié)中混凝土漿體的流失，應在混凝土中加入適量速凝劑，并應通過現(xiàn)場試驗掌握好最佳拔管時間。
4. 結(jié)語
巖溶地質(zhì)的隨機性和不可預見性給橋梁樁基施工帶來了巨大的安全風險，但在我國很多地區(qū)，建設工程都不可避免地要在巖溶地質(zhì)范圍內(nèi)進行。為有效降低復雜地質(zhì)條件對施工質(zhì)量的影響，必須加強對地質(zhì)詳情的踏勘工作，從而對工藝風險進行準確評估，并以因地制宜為原則選擇最合理、可靠的預處理及施工方案，提高樁基礎工程的可操作性和可控制性，為整個橋梁工程質(zhì)量目標的實現(xiàn)奠定堅實的基礎。
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[文章編號]1619-2737（2014）03-12-590
