岩溶地区桥梁桩基施工技术

'岩溶地区桥梁桩基施工技术摘要：研究目的：探讨岩溶地区桩基工程特点，解决岩溶地区施工中遇到的问题，并进行了技术归纳总结为同类工程总结经验。研究结果：岩溶地区岩溶发育地段钻孔桩基础，采用回填片石、红粘土、岩溶注浆、钢护筒跟进法等施工技术配合冲击成孔工艺处理溶洞，能够取得满意的技术、经济、质量等效果。关键词：岩溶桩基施工技术1引言临湘特大桥位于岩溶裂隙非常发育地区，溶洞的遇见率达到80％左右。溶洞间相互连通且大小不一，并有不同程度的溶洞群出现（呈珠串型），溶洞内有的有填充物（如流沙，淤泥等杂物），有的为空洞。各溶洞上下之间顶板薄厚不一。由于以上特点，在钻孔施工中经常出现塌孔、串孔、斜孔、卡钻、掉钻、地面沉陷以及在混凝土灌注过程中混凝土流失大、混凝土面突然下降导致导管悬空等情况频繁出现。因此，对于岩溶地区钻孔桩施工进行有针对性的研究，对其它相似地质情况下指导钻孔桩施工提供借鉴。2工程概况临湘特大桥位于湖南省临湘市境内，中心里程为DK1377+409.60，全长2710.50m，孔跨布置为：55-32m+2-24m+1-32m1-24m+3-32m+3-24m+（32+48+32）m现浇梁+10-32m简支梁+（40+64+40）悬臂梁+1-32m简支梁。全桥基础主要为钻孔桩基础，桩径分为Φ1.0m、Φ1.25m、Φ1.5m和Φ1.8m；共有钻孔桩632根，总长8500m。2．施工方案根据地质勘查资料和对施工现场的调查，钻孔桩基础全部采用冲击钻进行施工。冲击钻孔穿透溶洞成孔，不但有效克服了不良地质现象，提高地基基础承载力，而且解决了覆盖型岩溶区施工降水对周围建筑物及环境影响的问题。该桥基础全部位于岩溶地区，岩溶裂隙非常发育，所以在钻孔施工时，需要解决的关键技术问题是如何保证成孔过程中不漏浆，或者产生漏浆但不发生塌7 孔，保护桩孔，保障施工人员及钻机的安全，保证桩孔顺利成孔。总结以前的施工经验，根据现场实际情况，制定了相应的溶洞处理方案，经过实际实施取得了良好的效果。1.施工准备1.1地质核查在设计院地质勘探的基础上，对部分墩台进行了有针对性的地质核查，进一步探明岩溶的发育情况及分布规律。地质核查孔桩的具体位置详见地质核查图。1.2技术交底根据地质核查的结果，在钻孔桩施工之前，对作业人员进行详细的技术交底，交底内容主要包括溶洞分布规律及溶洞的大小，充填情况，及溶洞处理应该采取的措施。使作业人员清楚岩溶的发育情况及溶洞的分布规律，做到心中有数，提前做好预防措施。1.3材料准备在钻孔桩施工之前，准备充足的溶洞处理材料，包括片石、红粘土、稻草、袋装水泥、碎石和泥浆等。另外需要准备好泥浆泵，以防漏浆时及时向孔内注浆，防止塌孔。2.溶洞处理方案2.1抛填片石和红粘土加稻草以及袋装水泥填充溶洞钻孔过程中发现无充填溶洞，或者漏浆严重，应及时向孔内抛填片石、红粘土及稻草，并减小钻机冲程（一般冲程为2.5～3m，每分钟冲击6～8下；遇溶洞时冲程可改为1m以下，冲击频率适当减小），通过钻机的挤压作用利用红粘土和片石将溶洞重新充填，防止在钻孔过程中塌孔漏浆和混凝土灌注过程中混凝土大量流失；利用红粘土加稻草可加强孔壁的粘结性，保证孔壁稳定。在抛填片石和红粘土时，片石和红粘土的比例建议控制在1：1。对于钻孔过程中发现因岩面倾斜偏孔，应及时向孔内抛填片石1.5m左右，采用的片石强度必须高于孔内斜岩的强度，建议采用花岗岩片石。（注：一般强度的片石不但对斜岩纠偏作用不大，反而花费时间，对材料造成浪费）同时调整钻机冲程为0.6～0.8m左右，继续冲孔。花岗岩片石经反复冲砸在孔内形成一个较坚硬的混合柱体，具有足够传递冲击能，达到破碎斜面之目的。同时形成坚实、竖直、圆顺的过渡孔口，为后续的钻孔作业起到良好的导向作用。当倾斜严重或桩位置于溶洞边缘时，应继续在孔内抛花岗岩片石片石、碎石和粘土块，将弯孔或偏孔修正。如偏移量过大可采用水下灌注混凝土（和封孔工艺一致）的办法，从目前钻孔的桩底到孔开始偏斜的位置，一般浇筑3～4米的C30混凝土，等到混凝土有一定强度之后（至少3天）再继续钻进。7 2.2钢护筒跟进2.2.1钢护筒跟进的施工工艺对于较大溶洞，若为单层无填充溶洞，则从地面至第一层溶洞顶板埋设内径大于钻孔桩20cm的外护筒，当钻穿溶洞顶板后泥浆急剧渗漏的情况下，护筒可起到护壁作用，从而保证孔壁不坍塌。在冲穿溶洞顶板后，同时向溶洞内投放大量片石、碎石加粘土,以填塞溶洞，并用冲击钻冲砸密实，再进行钻孔；若为多层无填充溶洞，按照单层大溶洞的处理方法，处理完第一层溶洞之后，再沉放第二层钢护筒至第二层溶洞顶板之上，其内径大于下层内护筒外径、外径小于上层钢护筒内径，当钻穿第二层溶洞顶板后泥浆急遽渗漏的情况下，中护筒可起到护壁作用，从而保证上一层溶洞内孔壁不坍塌。在冲穿溶洞顶板后，仍投放大量片石、碎石加粘土,以填塞溶洞，并用冲击钻冲砸密实，之后再进行钻孔；对于多层无填充大溶洞，均参考双层大溶洞的处理方法；对于有填充的单层或多层大溶洞，仍需投放片石、碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥，使用冲击钻冲砸密实，起到加强护壁的作用,保证钻进时不漏浆,使钻孔顺利通过岩溶区成孔。⑴、护筒内径选择最里层护筒内径应大于钻孔桩直径20cm，同时外径应小于上层外护筒内径10cm左右。如果只下一次内护筒（一层溶洞），内护筒内径＝钻孔桩直径＋20cm，壁厚为14mm。如果下两次或多次护筒时，护筒直径的选择依次类推。（见钢护筒安放示意图）。⑵、施工步骤①测量放样，正确放出桩位中心。②埋设普通护筒（内径应大于第一层钢护筒外径约10cm），钻机就位，钻头对中，开钻。③当钻进至溶洞顶板之上1m左右时，沉放第一层钢护筒至孔底，其中心位置应与桩中心重合，孔口处采取可靠连接措施，将钢护筒固定。7 ①护筒间空隙及钢护筒与溶洞底部间空隙使用砂、碎石、水泥浆及粘土冲填固结。固结强度要求达到30MPa，其抗渗系数可达10－7m／s。灌浆处理后，即可重新冲孔。②冲穿溶洞后，及时使钢护筒跟进，防止漏浆，并向孔内内投放碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥堵塞护筒与岩面之间不能密贴的地方。然后小冲程钻进，使用冲击钻冲砸密实，起到护壁作用,保证泥浆不流失，对于多层溶洞，依此类推,使钻孔顺利通过岩溶区成孔。⑶、护筒的安放方法利用吊机将护筒吊入孔中，在护筒上口平铺焊接钢板，精确定位后，利用桩锤静压和轻砸，将护筒沉入孔中。三．岩溶地区桩基施工可能出现的主要问题1.斜孔、弯孔产生原因：下伏基岩其石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶洞等岩溶形态发育，或岩面坡度大。在施工冲击钻孔时，施工人员为加快施工进度，加大冲击速度，致使冲击锤向岩土中软弱方向滑移，形成斜孔。若在遇竖向型不规则洞隙的位置冲击时，易沿洞隙发育位置形成弯孔，有时还产生卡锤事故。预防措施：在对基岩冲击时，对地质断面图要了解清楚，特别要注意各地段的基岩埋深，石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶洞等发育特征；放慢冲击速度，用低频率低落距冲击。处理措施：当出现偏锤或卡钻迹象时，回填石料，且采用低锤密击的作业方式，即可减少或防止偏锤孔斜和卡钻事故的发生。对单个石芽或孤石，用爆破或者高低冲程交替冲击，将石芽或孤石击碎或挤入孔壁；对溶沟、溶槽，向桩孔内抛填块石、片石，填入的块石、片石应高于倾斜面0.5m以上，用低冲程冲击，将块石、片石挤入溶沟、溶槽内，冲击锤全断面进入岩体后，再进行正常冲击；如末能纠正斜孔、弯孔，用混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击，直到孔位纠正为止。2.埋锤、卡锤、掉锤产生原因:7 上覆土层普遍分布有砾砂层，下伏基岩岩溶洞隙强烈发育。砾砂层受冲击振动影响，易产生塌孔，导致埋锤事故；或冲击锤进入岩溶洞隙中，特别是竖向型岩溶洞隙中，洞隙较大，冲击锤倾到；上部岩溶发育地段受冲击振动掉块或掉入异物卡住冲击锤;冲击锤的钢丝绳陈旧、连接处松弛，转向环、转向套等焊接处断裂，造成冲击锤掉入桩孔内。预防措施：根据地层情况，控制冲程和冲击速度;在进入岩溶裂隙后，投入片石，碎石，粘土，然后密击冲击，使洞隙填满，也可采用混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击成孔;要经常检查钢丝绳及连接装置是否安全可靠。处理措施：1)、埋锤、卡锤、掉锤后应及时摸清现场实际情况，不宜强行提拔，以避免发生塌孔埋没冲击锤事故；2)、冲击锤若被沉淀物或塌孔土石埋住应首先进行清孔，若在砾砂层中发生卡锤，可下设导管，采用泥浆泵或空压机配合，用冲、吸的方法将冲击锤周围的冲渣松动后将冲击锤提出；3)、松动钢丝绳，使冲击锤转变角度；或用防水炸药(少于1公斤)沿冲击锤滑槽放入锤底，然后引爆，震松卡锤；然后采用钻机反复进行反循环冲击，将冲击锤提出；4)、对严重的塌孔埋锤、卡锤，采用比原直径大的冲击锤将塌落在原锤上的土、石用捞渣筒清除掉，接触原锤后，再用比原锤直径大的空心锤（建议壁厚为1.4cm的钢板进行制作）冲击至原锤底部使原锤与孔壁分离,然后采用泥浆泵或空压机配合，用冲、吸的方法将冲击锤周围的冲渣松动后将冲击锤提出；5)、对于上述方案仍不能将冲击锤打捞上来，可采用人工挖孔的方法，为确保护壁稳定，防止坍孔，护壁采用C15钢筋混凝土护壁。护壁厚度为20cm，主筋为Φ12mm，间距为10cm上下端带有弯钩，每榀护壁用弯钩筋连接成整体；螺旋筋为Ф8mm，间距为15cm。井口护壁应高出地面20cm以上，混凝土用吊桶运送，人工浇筑插捣密实。混凝土可由试验确定掺入早强剂，以加速混凝土的硬化。人工挖至冲击锤处，对其四周及底部掏松后，用钻机的钢丝绳挂住锤头将将冲击锤提出。3.塌孔施工过程中，塌孔易使桩孔报废，给施工带来更大的困难。预防措施：1)、严格按规范要求进行施工，常观察孔内泥浆高度，并监控泥浆质量。2)、储备足够的红粘土和片石；7 3)、卵石层埋置深护筒，防止上部反复塌孔。4)、施工人员要密切注意孔内情况。一旦发现孔内泥浆水位迅速下降，应立即补充大量泥浆以保持孔内水位，防止塌孔、埋钻头等事故发生，并投放片石和粘土，用冲锤小冲程慢慢冲挤形成人造孔壁。进入岩层后，应继续注意观察，防止人造孔壁不坚，倒塌时补救不及。处理措施：1)、投入粘土块、块石、卵石，低锤冲击，使泥浆浓度增大，将块石、片石挤入孔壁增强护壁强度；2)、若孔口坍塌时，应立即拆除护筒并用片石加红粘土回填桩孔，重新埋设护筒进行钻进；若孔内发生坍塌，先判明坍塌位置，回填砂、碎石、粘土和稻草到塌孔位置以上1～2m，再进行冲击；如果塌孔严重，应先回填至上部坍塌处，其上距孔口的地方用C15混凝土灌注，待混凝土强度上升，再重新进行冲击；3）、对于局部小坍塌，采用抛填袋装水泥，用冲锤小冲程反复冲捣，加强护壁强度，防止再次坍塌。四．岩溶地区桥梁基础施工注意事项1、施工中不可盲目完全依赖地质资料，进行必要的工程水文、地质调查，研究墩台处岩溶发育情况，根据不同的地质条件遵循相应的处理原则，做好溶洞处理的准备工作。2、合理规定施工顺序施工应根据所含溶洞的情况，由深到浅、由多到少、由大到小的原则安排钻孔桩的钻孔顺序。这样做可以及时封闭和堵塞各桩孔间的岩溶孔洞和通道，使施工顺利进行。3、桩基成孔后的清孔，既要注意清孔的质量，保证孔底沉渣厚度在规范设计图允许范围之内，又不能拖延时间，以防在清孔过程中，溶洞内的填充物再次涌入孔内（特别有水流动的溶洞区）。对于沉淀较厚的深孔，清孔方法应采用掏渣法、换浆法、喷射法3种方法配合进行。对于浅桩，仅用换浆法清孔就可以了。5、在岩溶极发育、地下水极丰富的地区,护筒埋设应穿过砂层卵石层,以防突遇溶洞漏浆,造成孔口坍塌。五．岩溶地区桩基础砼灌注溶洞地区因溶岩裂隙发育，溶洞无填充物且各向贯通，在灌注桩基混凝土过程中，由于混凝土的比重大于泥浆比重，孔壁极易遭到破坏，造成漏浆现象，或因混凝土急速流失，导致导管悬空，而发生断桩事故。因此必须有保证措施。7 保证的措施为：1.保证混凝土生产和运输能力，采用混凝土集中拌和站和足够的运输罐车，并提前准备备用砼拌合站和运输罐车。2.加大混凝土初存量，最好首发两罐车混凝土（一罐为6方），避免因首盘混凝土数量不够造成导管埋深不够而断桩。3.灌注过程中适当加大导管埋深，一般控制在6～8米，灌注时要随时测量混凝土面高程，对灌注过程中砼面出现的缓慢下降要有准确的判断，防止砼面突然下降导管悬空造成断桩事故。4.封孔过程时刻注意泥浆面的水位情况，一旦出现水位下降情况，及时补泥浆，导管尽量往下落。水位稳定后，重新测量砼面高程。5.对漏浆严重或多次漏浆的个别孔，应做到心中有数，在灌注时应加大混凝土灌注高度，一般考虑要超过设计高程1.2～1.5米。6.灌注砼结束后，不要及时拔出导管，要停止30～40分钟，每隔10分钟缓慢的提升活动导管，尽量避免在灌注完成拔出导管后混凝土面突然下降造成断桩。但也不能停止时间太长，防止混凝土初凝，拔出导管后形成桩基抽心。导管要徐徐、缓慢的拔出，防止表层泥块掉入砼中形成夹层。六．结语上述施工措施在临湘特大桥的施工中取得了较好的成效，使孔桩顺利通过了溶洞区。在施工中没有出现一例安全、质量事故，施工结束后，经声波检测，全部桩基合格。在我国西南、中南、华东等地区都存在不同规模的岩溶，尤其是西南地区的岩溶非常发育，岩溶地区在施工桥梁桩基时，必须注意桩基周围的地质情况变化，避免发生基坑坍陷现象。钻孔桩施工不仅在铁路、公路桥梁中应用较广，而且在高层建筑基础施工中应用也日益广泛。本项目施工方法为岩溶地区钻孔桩施工摸索出成功经验，将会提高类似地质条件下基础施工的施工技术水平，并为企业带来更大效益。参考文献：[1]铁建设［2005］160号《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》[2]铁道部经济规划研究院TZ213-2005《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》[3]铁建设［2005］160号《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》7'