巖溶區(qū)橋梁鉆孔灌注樁的施工
2016-11-21
1工程概況及地質情況
1.1工程概況
嵩明至待補高速公路第十四合同段為省路橋二公司和云南省鐵路總公司聯(lián)營體中標，本橋即在該標段內，橋梁中心里程為K115+426，該橋為預應力混凝土工形組合連續(xù)梁。全橋橋跨布置為（21×30）m工形組合連續(xù)梁，全長642.45m，橋面寬12m。該橋基礎全部采用鉆孔灌注樁，樁徑1.5m，樁長32～55m。
1.2 地質情況
該段區(qū)域位于小江斷裂構造帶會澤斷層構造東側，區(qū)內東西向次生斷裂發(fā)育，性質復雜。基巖頂面縱、橫向起伏較大，呈南高北低，地質條件異常復雜。受斷裂構造影響，巖層較破碎，溶洞和裂隙交替發(fā)育。
2溶洞發(fā)育特點及常見施工事故
2.1 溶洞發(fā)育特點
?。?）松散覆蓋層厚。松散覆蓋層厚度，一般在12～24m之間，易塌孔；溶洞、裂隙交替發(fā)育。溶洞的形成是受斷裂帶構造的影響所至，巖石普遍破碎，溶洞、裂隙交替發(fā)育。
?。?）分布范圍廣。經物探和逐樁鉆探揭露，該橋有20根樁位有溶洞，分布在K115+205～K115+506m范圍內；發(fā)育規(guī)模大。洞高普遍在6m左右，最大洞高達11m，部分上下分布有2層溶洞，并有裂隙貫穿。
?。?）發(fā)育無規(guī)律。基巖頂面縱、橫向皆不對稱，溶洞發(fā)育千奇百態(tài)，有的呈空洞狀，有的呈半充填狀，有的呈全充填狀，有的橫向貫通，有的縱向貫通，有豎洞、斜洞、橫洞。其分布范圍之廣，發(fā)育情況之復雜，施工難度之大，實屬罕見。
2.2巖溶區(qū)常見施工事故
（1）斜樁、卡鉆。因鉆孔樁樁徑范圍內基巖縱、橫向起伏較大，部分溶蝕導致基巖半邊露頭，在鉆進過程中容易出現(xiàn)斜樁和卡鉆。
?。?）塌孔、擴孔、埋鉆。有些溶洞被填充物填充，有些溶洞沒有填充物或填充不滿，形成低壓區(qū)，當鉆進溶洞或裂隙處時，在壓力差的作用下，泥漿向溶洞或裂隙處滲透，形成漏漿，破壞覆蓋層孔壁，導致塌孔、擴孔、埋鉆，甚至破壞整個孔位。
（3）斷樁。通常采用片石、黃泥、水泥等材料，堵住溶洞和裂隙，在鉆錘強大的沖擊力作用下，易在樁徑外溶洞區(qū)形成負壓，澆混凝土時壓力釋放，部分黃泥等雜物進入混凝土中，形成斷樁。
3 施工技術方案
各參建單位經多次現(xiàn)場辦公，反復論證，多方案現(xiàn)場試驗，最終形成了一套科學合理的施工方案。根據溶洞發(fā)育的特點，將其分為3類：輕微溶蝕、一般溶洞、復雜溶洞。根據其不同特點，采用相應的施工方案。
3.1 輕微溶蝕
溶蝕發(fā)育輕微，或溶洞發(fā)育有一定的規(guī)模，但有充填物，且無裂隙發(fā)育，施工時漏漿量小。采用正常成孔方法施工，在卵石層鉆進時，加大泥漿比重（1.3g/m3以上），用膨潤土護壁。鉆穿溶洞漏漿時，反復在此處加填片石、黃土擠密填筑溶洞，直至停止漏漿。此方法共施工溶洞樁基16根。
3.2 一般溶洞
溶洞發(fā)育明顯，埋置較深，無大裂隙穿過，施工時明顯漏漿，但施工措施適當，可不塌孔。采用直徑為1.7m的鋼護筒埋至卵石層，防止卵石層塌孔，沖至溶洞頂板以上1～2m時，采用80cm的短進尺，專人觀察有無漏漿，若發(fā)現(xiàn)漏漿，迅速采用片石、水泥包、黃土包等堵漏，并及時補漿。在溶洞內鉆進時，加大泥漿比重，采用間斷式正循環(huán)排渣，每進尺1～2m回填一次，直至穿過溶洞。因裂隙發(fā)育狀況在施工前沒有探明，該方法有一定的風險，曾因漏漿量大而埋鉆。用該方法共施工14根溶洞樁基。
3.3 復雜溶洞
溶洞發(fā)育明顯，有的為多層溶洞，并有明顯裂隙發(fā)育，施工時漏漿量大。采用全護筒跟進至巖層頂面，防止因漏漿量大而導致覆蓋層塌孔。
（1）預埋直徑為1.9m的鋼護筒，至卵石層頂面，一般4～6m，防止鉆進時粉細砂層塌孔。
?。?）采用1.5m直徑沖擊鉆頭鉆進至巖層頂面。為保證鉆進過程中不塌孔，采用膨潤土護壁.泥漿濃度不低于1.4g/cm3。
?。?）用80t沉拔樁機輔助下沉1.7m直徑的鋼護筒至巖面。在巖面與護筒交接處澆筑與樁基同標號混凝土，封閉護筒與基巖間的間隙，混凝土澆注厚度為1～2m。
（4）采用高壓壓漿的方式，使護筒外圍空隙密實，防止施工時擾動護筒而偏孔，漿液采用C25，注漿壓力為0.7MPa，不再進漿時應穩(wěn)壓10min以上。
?。?）待混凝土達到設計強度后，采用常規(guī)溶洞區(qū)域樁基礎施工方法進行成孔施工，溶洞頂板的擊穿采用短進尺，溶洞內鉆進采用先回填再進尺，邊回填邊進尺。
?。?）對無填充物溶洞，溶洞頂板的擊穿，先采用30cm的小鉆頭擊穿頂板，讓擊穿后的頂板仍有一定的受力性能，然后用低標號混凝土對空洞進行回填，回填密實并達到一定強度后，正常鉆進施工。采用該方法共計施工12根樁基。復雜溶洞施工程序見圖1。
4 施工質量控制
4.1 質量控制要點
4.1.1 鉆機的選擇及技術準備要點
（1）選擇沖擊鉆機作為溶洞樁基的施工機械。重力式沖擊鉆機具有移動方便靈活、提錘速度快、垂直度易保證、適應各種地質條件等優(yōu)點，給溶洞施工帶來許多便利，遇有緊急情況時，可迅速提錘，避免因塌孔而埋鉆。為保證鉆機不因塌孔、擴孔、漏漿等因素而傾斜，鉆機縱、橫向支撐應加長，超出預計的塌孔范圍，特別是鉆機前緣的橫向支撐不得小于10m，一般采用型鋼或鋼管（壁厚10mm以上，管徑400mm左右）作為支撐梁。
?。?）采用物探和逐樁鉆探的方法，充分揭露溶洞的發(fā)育情況，做到心中有數(shù)。開鉆前，有關技術人員和操作手都要熟悉該樁位的地質情況及溶洞的位置、規(guī)模、發(fā)育狀況，對施工中可能出現(xiàn)的問題要掌握采取的措施和操作要領。
4.1.2 鉆進過程中的質量控制要點
?。?）泥漿必須采用膨潤土，容重達1.2g/cm3以上，減少孔壁內外的壓力差，有效護壁，防止塌孔。另外，為防止泥漿沉淀，在泥漿中摻入0.1%～0.4%的純堿。采用間斷式正循環(huán)排渣。一方面保證孔底有一定厚度的沉渣，遇小裂隙或小溶洞時，可隨時封堵；另一方面能保證泥漿濃度，防止塌孔。施工時根據泥漿的粘度、含砂率、容重等指標確定間斷排渣的時機和頻率。溶洞頂板的擊穿采用小沖程，一般80cm以下，溶洞內進尺仍要采用輕壓小沖程，每進尺2m回填2m，循環(huán)至樁底，使孔壁充分擠壓密實，防止擴孔，減少混凝土的灌入量。
（2）由于溶洞樁基的施工具有不可預見性、復雜性、危險性等諸多特點，因此，在溶洞處理過程中隨時觀察發(fā)生的異常情況。應全天候安排多名專職技術人員觀察泥漿中的浮渣及水頭變化，并充分準備泥漿、片石、黃土、水泥等應急物資，吊車、導管、混凝土拌和站處于待命狀態(tài)，及時解決臨場出現(xiàn)的各類異常問題，確保工程質量和施工安全。
4.1.3 混凝土澆注質量控制要點
?。?）鋼筋籠的施工和混凝土的澆注應盡可能迅速，防止意外情況發(fā)生。清孔最好在早上進行，使混凝土的施工時間在白天，便于操作，并應盡量縮短施工間隔期，鋼筋籠在1～1.5h完成，混凝土在3～4h完成。
?。?）混凝土中摻入適量的粉煤灰，使混凝土有較好的和易性，塌落度控制在18～22cm，緩凝時間要求不小于8h，可加入一定量的緩凝劑（水泥用量的0.4%左右）。
?。?）混凝土澆注時，派專人觀察混凝土面的上升情況和出漿量的變化。混凝土面的上升高度和出漿量與混凝土的灌入量成正比，若有異常，應分析原因，并采用相應對策。若混凝土灌入量增加，說明部分混凝土進入了溶洞。若混凝土灌入量減少，說明有孔壁坍塌或縮徑，應果斷重新澆注，切忌抱有僥幸心理。同理，根據出漿量的變化也可判斷孔壁或溶洞的變化情況。
4.2 質量檢測情況
嵩待高速公路K115+426橋，2000年8月23日開始溶洞樁基的施工，2001年3月25日完成樁基施工。在參建各方的共同努力下，通過預埋聲測管進行了100%的超聲波檢測，結果表明所有溶洞區(qū)的樁基皆為I類樁。
