巖溶區(qū)橋梁樁基沖擊鉆成孔工藝探討
2016-11-21
0 引言
我國(guó)巖溶地區(qū)分布廣泛，可溶巖層分布面積約占國(guó)土總面積的1/3，其中以西南部云、貴、桂和川、鄂、湘等部分地區(qū)巖溶最為發(fā)育。巖溶根據(jù)其發(fā)育強(qiáng)度，可分為強(qiáng)烈發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育4種，在巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，主要表現(xiàn)為大型暗河，廊道及較大規(guī)模的溶洞，對(duì)施工影響較大，設(shè)計(jì)勘探時(shí)較容易發(fā)現(xiàn)，一般會(huì)采取盡量避免或采取特殊措施進(jìn)行處理。新建滬昆鐵路客運(yùn)專線貴州段CKGZTJ-5標(biāo)段，全長(zhǎng)43.089km。該標(biāo)段橋梁樁基分別采用1m、1.25m、1.5m、2m直徑樁基，這些樁基主要坐落在溶洞區(qū)，并且溶洞區(qū)的溶洞大小不一、形狀各異、錯(cuò)落無(wú)序，存在較大的埋深差異，部分溶洞呈現(xiàn)串珠狀發(fā)育，溶洞分為充填溶洞、半充填溶洞，以及未充填溶洞，對(duì)于充填溶洞充采用流塑、軟塑及硬塑狀粉質(zhì)黏土、中粗砂及少量灰?guī)r碎塊等填物進(jìn)行填充。下部基巖為巖面起伏較大的灰?guī)r，并且?guī)r溶發(fā)育，溶溝溶槽發(fā)育。現(xiàn)結(jié)合滬昆鐵路巖溶地區(qū)樁基施工，分析總結(jié)巖溶地區(qū)樁基成孔施工工藝及有關(guān)問(wèn)題處置措施。
1 施工工藝選用
CKGZTJ-5標(biāo)段橋梁所處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)為典型的巖溶地質(zhì)，樁基嵌巖不僅深度大，而且不宜鉆孔，施工方式多為沖孔式施工，其原因是在弱風(fēng)化巖層施工，鉆機(jī)進(jìn)尺緩慢并且容易卡鉆，在穿越溶洞區(qū)時(shí)容易出現(xiàn)埋鉆，擠壓土體造壁施工存在一定的難度，使得混凝土向溶洞擴(kuò)散。通過(guò)采用沖孔灌注樁的方式進(jìn)行施工，在一定程度上最大限度地發(fā)揮了其破巖能力強(qiáng)以及擠土造壁的優(yōu)點(diǎn)；在施工過(guò)程中，沖孔樁同時(shí)暴露出一些弊端：樁錘沖穿溶洞頂板以及置換土洞填充物后，容易出現(xiàn)漏漿進(jìn)而導(dǎo)致孔壁塌方（俗稱溶洞塌方），還經(jīng)常伴隨著卡錘、掉錘、埋錘等現(xiàn)象。在施工過(guò)程中出現(xiàn)混凝土擴(kuò)散量比較大的現(xiàn)象，其因?yàn)槭侨芏磧?nèi)部無(wú)填充進(jìn)而出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致空洞被水下砼填補(bǔ)，或者淤泥質(zhì)土充當(dāng)填充物時(shí)，砼和淤泥發(fā)生置換的結(jié)果，進(jìn)而導(dǎo)致在溶洞段樁的擴(kuò)散系數(shù)超過(guò)1.2，甚者達(dá)3～5倍。綜上所述，在施工時(shí)要充分利用沖孔成樁擠土造壁的優(yōu)勢(shì)，積極采取措施制定方案，避免發(fā)生塌方、卡錘、埋錘等事故。
2 巖溶區(qū)沖擊成孔施工工藝
2.1 施工準(zhǔn)備 ①地質(zhì)分析。施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙給出的地質(zhì)柱狀圖，分析每一根樁所處地質(zhì)構(gòu)造，必要時(shí)采用物探和超前鉆孔，確定每根樁的所處地質(zhì)溶洞情況，初步制定合理的施工工藝。②鉆機(jī)底部加固。鉆機(jī)就位前，應(yīng)根據(jù)溶洞大小在鉆機(jī)底部橫向前后鋪設(shè)兩根槽鋼，對(duì)鉆機(jī)底部進(jìn)行支撐加固，以防止坍孔時(shí)鉆機(jī)下沉或傾斜。③配制泥漿。按照易坍塌地層的泥漿的配置標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)泥漿進(jìn)行控制，確保泥漿池、沉淀池足夠大，且泥漿池應(yīng)高于護(hù)筒頂。在穿越溶洞地層應(yīng)適當(dāng)加大泥漿比重（以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)），對(duì)泥漿的比重、粘度、含砂率等指標(biāo)進(jìn)行隨時(shí)測(cè)定，將浮渣、護(hù)壁的效果控制在最佳狀態(tài)。為了減少泥漿的損失，進(jìn)而形成較好的孔壁，泥漿的粘度一般控制在28s左右為宜，同時(shí)為處理溶洞爭(zhēng)取了一定的時(shí)間。④溶洞處理材料與設(shè)備。施工現(xiàn)場(chǎng)，在鉆孔施工前，要準(zhǔn)備大量的片石、袋裝粘土及適當(dāng)數(shù)量的袋裝水泥、水玻璃。配備至少3～4臺(tái)泥漿泵，便于在處理溶洞時(shí)迅速補(bǔ)漿，防止塌孔。為了便于向孔內(nèi)投放土石，需要準(zhǔn)備一臺(tái)裝載機(jī)。
2.2 鉆孔 通常情況下，鉆孔與泥漿護(hù)壁同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)施工進(jìn)度距離溶洞頂板巖層頂部1m時(shí)，或者在處理溶洞過(guò)程中通過(guò)采用小沖程（0.5-1.0m）的方式進(jìn)行鉆進(jìn)。在選擇樁號(hào)進(jìn)行施工時(shí)，其施工順序采用先短樁后長(zhǎng)樁的方式進(jìn)行施工。
2.3 沖擊成孔工藝溶洞處理方法
2.3.1 處理充填片石、粘土 采用粘土和片石進(jìn)行填充時(shí)，因?yàn)槠浞奖?、快捷，?jié)省費(fèi)用，所以通常應(yīng)用于埋深小于6m全填充、半填充和無(wú)填充的溶洞；當(dāng)鉆孔施工進(jìn)行到溶洞層部位時(shí)，護(hù)筒內(nèi)的泥漿會(huì)出現(xiàn)全部流失或部分流失的現(xiàn)象，流失嚴(yán)重時(shí)會(huì)進(jìn)一步造成塌孔，這種情況下，通過(guò)采用片石和粘土按1：1的體積比進(jìn)行回填，當(dāng)溶洞空間比較大時(shí)加入部分水泥與水玻璃的混合物，并向鉆孔內(nèi)注入稠度較大的泥漿，然后通過(guò)小沖程沖擊的方式向洞內(nèi)投下混合料，不取渣，使填充物擠入裂隙和溶洞。重復(fù)上述操作，直到溶洞通道全部封堵，順利穿過(guò)溶洞。
2.3.2 處理鋼護(hù)筒的跟進(jìn) 面對(duì)通過(guò)采用片石粘土進(jìn)行回填無(wú)法成孔的情形時(shí)，例如溶洞的規(guī)模比較大，并且溶洞內(nèi)沒(méi)有填充物或者存在流塑充填物，出現(xiàn)嚴(yán)重漏水，以及溶洞與暗河連通時(shí)，這時(shí)可以采用打入鋼護(hù)筒的方式進(jìn)行跟進(jìn)法施工。在施工過(guò)程中，將沖孔和護(hù)筒接高同時(shí)進(jìn)行，并通過(guò)15t的導(dǎo)向錘將鋼護(hù)筒振動(dòng)到溶洞底巖面，將溶洞內(nèi)流塑填充物或水的流動(dòng)通過(guò)鋼護(hù)筒加以阻斷。如果溶洞內(nèi)部不存在填充物，通過(guò)在護(hù)筒內(nèi)回填砼實(shí)施堵漏，當(dāng)回填的砼在強(qiáng)度方面達(dá)到一定要求后，再通過(guò)沖擊鉆進(jìn)行沖孔，溶洞貫穿后，按照正常的工藝進(jìn)行施工。 2.3.3 片石充填、多層護(hù)筒嵌套綜合施工 當(dāng)溶洞呈串珠狀發(fā)育，同一根樁存在多處規(guī)模較大溶洞時(shí)，通過(guò)采用片石、多層護(hù)筒嵌套的工藝進(jìn)行施工。依據(jù)工程鉆孔柱狀圖，在開鉆施工前，確定鋼護(hù)筒埋置的位置以及數(shù)量，然后根據(jù)埋設(shè)鋼護(hù)筒的數(shù)量進(jìn)一步確定孔的直徑。通常情況下內(nèi)、外層護(hù)筒的內(nèi)徑差為15cm，最內(nèi)層護(hù)筒的內(nèi)徑與設(shè)計(jì)樁徑誤差在0.15m。
2.3.4 二次擴(kuò)孔施工 當(dāng)設(shè)計(jì)樁徑較大且地質(zhì)條件較差，穿越溶洞時(shí)，由于泥漿水位下降較快，塌孔風(fēng)險(xiǎn)增加，可根據(jù)地質(zhì)情況，適當(dāng)調(diào)高泥漿比重，或采用二次成孔工藝，即先采用1～1.5m直徑?jīng)_擊錘打通溶洞，再采用大錘擴(kuò)孔，這樣可以將擴(kuò)孔時(shí)產(chǎn)生廢碴擠壓至溶洞內(nèi)，可極大減少了二次成孔穿越溶洞的施工難度。
3 常見(jiàn)問(wèn)題與處理措施
由于在巖溶地區(qū)橋梁樁基施工的不可預(yù)見(jiàn)性，施工過(guò)程中斜孔、塌孔、漏漿、串孔、卡鉆、掉鉆頭、超方等現(xiàn)象極易發(fā)生，對(duì)施工安全構(gòu)成一定的威脅，進(jìn)而影響施工質(zhì)量、制約工程的進(jìn)度。通過(guò)研究分析巖溶地區(qū)溶洞，結(jié)合具體的工程環(huán)境，制定具有針對(duì)性的處理方法和施工方案。
3.1 塌孔 遇有塌孔情況出現(xiàn)時(shí)：應(yīng)仔細(xì)分析，查明原因。如為淺層小規(guī)模溶洞引起的塌孔，可采用加長(zhǎng)護(hù)筒、回填黏土、提高泥漿比重、加高水頭的方法繼續(xù)鉆進(jìn)至成孔。如為大型溶洞引起的坍孔且較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)立即將鉆孔和坍塌處全部用砂或小礫石夾粘土回填碾壓，保證有足夠的承載力后重新鉆孔。
3.2 卡錘（埋錘） 在沖鉆成孔的過(guò)程中，沖錘在沖破溶洞時(shí)極易滑入溶洞，受溶洞頂板巖石的影響提錘時(shí)沖錘容易被卡造成埋錘事故。施工時(shí)造成卡錘的原因千差萬(wàn)別，例如在硬度方面石灰?guī)r比較高，在石灰?guī)r斷面上鉆孔難以形成圓形，其形狀與梅花形相類似，由于在升降過(guò)程中錘體是自轉(zhuǎn)的，如果錘體斷面與樁孔的形狀不相符就會(huì)出現(xiàn)被卡現(xiàn)象。造成埋錘的原因是：在樁錘沖穿溶洞頂板的過(guò)程中，由于瞬間的拉力比較大，鋼絲繩容易被拉斷，出現(xiàn)掉錘現(xiàn)象，此時(shí)如果出現(xiàn)塌孔就會(huì)出現(xiàn)埋錘現(xiàn)象；另外，在卡錘時(shí)因提錘用力過(guò)大，導(dǎo)致鋼絲繩被拉斷出現(xiàn)掉錘事故。因此，在溶洞內(nèi)打空錘在施工現(xiàn)場(chǎng)是嚴(yán)禁出現(xiàn)的，在沖錘過(guò)程中，應(yīng)將鋼絲繩繃緊，通過(guò)采用小沖程方式進(jìn)行低打緊擊。當(dāng)發(fā)現(xiàn)漏漿或者出現(xiàn)異常情況，及時(shí)提錘，然后采取促使制定方案進(jìn)行補(bǔ)救。
3.3 孔身偏斜 空身偏斜的主要原因是由于落錘處存在軟硬巖層交接，遇有孔身偏斜、彎曲情況出現(xiàn)時(shí)，可以在偏斜處吊住鉆錐反復(fù)掃孔，使鉆孔正直，偏斜嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)回填片石到偏斜處，待沉積密實(shí)后再鉆進(jìn)。
3.4 漏漿 遇有鉆孔漏漿情況時(shí)，應(yīng)配備大流量泥漿泵，快速向孔內(nèi)補(bǔ)漿，直至孔內(nèi)水頭保持穩(wěn)定為止，與此同時(shí)向孔內(nèi)大量投放粘土及片石，反復(fù)小沖程沖擊，以快速封死漏水通道，確保護(hù)壁穩(wěn)定。
3.5 泥漿呈酸性 一般泥漿呈堿性，發(fā)生巖溶水滲入時(shí)，與酸性的巖溶水會(huì)發(fā)生沉淀，此時(shí)應(yīng)投入小蘇打（或石灰）進(jìn)行中和以改善泥漿質(zhì)量，以免孔壁因固結(jié)能力降低坍塌。
4 結(jié)論
由于巖溶表現(xiàn)形式的多樣性及規(guī)律性不強(qiáng)的特點(diǎn)，無(wú)法根據(jù)設(shè)計(jì)勘探資料完全準(zhǔn)確判別巖溶分布情況，給橋梁樁基施工帶來(lái)很大的不確定因素。因此，在施工中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
?、僭谑┕ぶ氨仨毘浞至私鈳r溶分布情況，根據(jù)巖溶大小、所處位置、形態(tài)制定相應(yīng)的施工方法；②鉆孔施工前應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的施工方法做好材料儲(chǔ)備；③要注意檢測(cè)泥漿比重，根據(jù)不同地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)；④在即將穿越溶洞時(shí)，采用小沖程鉆進(jìn)，避免卡錘（埋錘）；⑤施工現(xiàn)場(chǎng)做好技術(shù)交底工作以及相應(yīng)的鉆孔記錄，及時(shí)掌握鉆孔的深度和地質(zhì)變化情況的相關(guān)信息，確保樁基嵌巖深度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
參考文獻(xiàn)：
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