广乐高速公路坪樟段桥梁桩基施工大型溶洞处治技术

'公路交通技术2013年2月第1期TechnologyofHighwayandTransportFeb．2013No．1广乐高速公路坪樟段桥梁桩基施工大型溶洞处治技术王林山(河北路桥集团有限公司，河北邢台054000)摘要：以广乐高速公路桥梁桩基施工大型溶洞处治为例，阐述大型溶洞处治方案选用原则、特点、施工工艺要点等，为今后类似工程提供参考。关键词：桩基；大型溶洞；处治方案；工艺要点文章编号：1009—6477(2013)01—0069—05中图分类号：U443．15文献标识码：BTreatmentTechnologyforLargeKarstCavesinConstructionofPileFoundationofBridgeatPingshi—ZhangshiSectionofGuangzhouLechangExpresswayWANCT．inshan广乐高速公路坪石至樟市段地处粤北山区，沿行准确了解，制定恰当的施工方案，准备粘土、片石线主要为泥盆系和石炭系灰岩、泥质灰岩、白云质灰等应急填充材料；准备填充机具，如吊机、铲车、挖掘岩，受地质构造、地下水、地形、地貌以及地层岩性的机等；准备故障处理设备如打捞、急救设备等。影响，岩溶较为发育。地质钻孔揭示上覆第4系粉根据广乐高速公路坪樟段桥梁桩基逐桩地质钻质粘土、砂和卵石覆盖层厚3～10m，基岩顶板厚探资料，在保证质量与安全，费用最省的前提下，本0～4m。溶洞多为多层串珠状，全填充或半填充，数项目采用如下原则进行分类处理。量众多，充填物为粘性土夹中风化灰岩碎块，一般溶第1类：对于一般桩基，若溶洞为全填充溶洞，洞高0．4～8m，也有不少超过8m的大溶洞，且局上覆盖层无易坍塌的卵石土或砂层，则采取抛填片部为空溶洞。其中K99+000～K113+060段共有特石黄泥，反复冲击，进行孔壁加固处理。大桥、大桥等构造物1O余座，桩基1137根。通过第2类：对于重要桩基，如控制性工程桩基或对逐桩钻探的地质资料发现，多层累加8m以上大型周围建筑物等形成不安全因素的桩基溶洞，以及上溶洞的桩基有81根，单洞超过8m的溶洞31根，因覆盖层为易坍塌土层，或顶盖较薄的溶洞，为了确保此，复杂的岩溶地质条件给桩基施工带来一定难度。安全与工期，应事先进行预处理。预处理的工艺根项目部在实际施工中因地制宜，针对不同地质情况，据具体的地质及上覆盖层情况选择。对无填充或半采取了不同处治方案。本文对这些大型溶洞处治技填充溶洞，采用灌注砂浆法处理，半填充溶洞还应对术进行了总结，为今后类似工程施工积累经验。填充物辅以压浆处理；对填充物较松散的溶洞，采用压浆法或旋喷帷幕法处理；对较大粒径的卵石土上1溶洞处理方法与原则覆盖层，采用袖阀管注浆法进行加固。溶洞处理分为事先预处理、成孔过程中处理、应第3类：对于洞高超过8m的大型溶洞，洞内无急处理措施3种类型。充填物或有流塑状充填物，钻孔过程中如漏水严重，预处理工艺包括：压浆、灌注砂浆、旋喷帷幕、袖采取片石加粘土反复打密，仍然无法形成泥石护壁阀管注浆等。的桩基采取钢护筒跟进法施工。过程处理工艺包括：抛填片石与黄泥反复冲击、内套钢护筒等。2大型溶洞分类处理方案应急处理措施包括：预先对桩位处地质情况进2．1抛填片石粘土法收稿日期：2012—07—21作者简介：王林山(1968一)，男，河北省邢台市人，硕士，高工 70公路交通技术2013丘抛填片石粘土法就是当钻穿溶洞漏浆时，反复深度，使麻丝栓塞与管壁充分挤压紧实，然后在麻丝投入片石和粘土，并利用钻头冲击，将粘土和片石挤与管口空余部分填充胶泥，使注浆管和止浆塞固定。入溶洞和岩溶裂隙中；还可掺入水泥、烧碱和锯末，注浆管外露的长度小于30～40cm，以便连接孔口以增大孑L壁的自稳能力；填充后采用小冲程冲砸和管路。注浆管安装好后，在其管口加上孑L口盖，以(冲程不大于0．5m)，让粘土和片石充分挤入溶洞防止杂物进入。内；如此反复抛填片石、粘土冲挤，并控制好泥浆比(3)压水试验。压水压力由小逐渐增大至预定重，使片石孔壁四周形成泥浆护壁膜。压力，并持续15min。抛填处理方法适用于有填充物或上覆盖层较稳(4)浆液配置。按设计配合比用高速拌浆机拌定的无填充、半填充封闭型溶洞的处理，且施工简制水泥浆。单、快速、经济。(5)注浆。注浆前用3～5MPa压力对系统进2．2压浆法行吸水试验检查，并接好水、电；检查管路系统能否该方法适用于有松散填充物的溶洞。本项目压耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确，设备是否浆工艺如下。正常，并让设备充分热身，试运行20min。1)钻孔。注浆时自下而上，分段进行。将钻具与注浆泵首先根据桩基直径确定所要布孔的数量。对于连接好，先向孔内通清水15min，或看见孔口有清水一般压浆工艺而言，其浆液扩散半径为0．6m，注浆冒出后才开始注浆。注浆水灰比为0．8。实际操作孔距也按0．6m布置。环状布孔直径比桩基钢护简中，若注浆比较因难，则应将水灰比调整为1：1后直径约大1m。采用地质钻机钻直径为108mm注再注浆。若地层漏水严重，则可适当减小水灰比。浆孔，钻穿溶洞顶板后取出套管及钻具，然后采用小当注浆量明显变小、压力维持在2MPa时停止注浆，型机具打入直径89mm的钢管，将钢管打入溶洞填5min后进行补注。如补注时压力大于2MPa，则将充层并至溶洞底部。提前在钢管底部以上0．5rn范钢管提升0．5m后再进行上一层注浆，直至将溶洞围内进行梅花形钻孔，钻孔间距0．1rn，作为出浆内填充物在桩基施工范围内全部固结。孔。2．3灌注砂浆法2)注浆技术指标。灌注砂浆法主要是灌砂浆来填充溶洞空间，采注浆材料采用42．5R普通硅酸盐水泥，水灰比用压浆方式将洞内砂砾板结，使其凝固成坚实的混0．8，根据现场情况可适当调整。合体，以防止钻孔过程中出现漏浆、塌孔现象。对于由实践经验及试验验证可知，一般在松散填充半填充或者无填充的大型溶洞可采取此方法进行处物中注浆压力为2～3MPa，在卵石土层中注浆需较治。大压力，约3～5MPa。因此本项目在实际注浆过程压浆材料采用普通硅酸盐32．5R水泥。灌砂中，需控制浆液注入量，并记录量的变化，当压力发采用干燥、洁净的中粗砂，并进行清筛，防止杂物堵生突变时，应及时检查是否有异常情况发生，如有异管。压浆前钻4个孔，用一个孔压浆，其余3个孔用常应停止注浆，查明原因进行处理。于检查砂浆标高，以及排水。主压浆孔为桩中心孔，3)注浆步骤。桩周孔为检查及排气孔。注浆时，一个管内灌砂、注(1)试泵。开泵前先将三通转芯阀调到回浆位浆轮流进行。灌砂分几次进行，第1次灌砂高度约置，待泵吸水正常时，再将三通回浆口慢慢调小，待4～5m，然后将注浆管插入砂中一定深度，向砂中压泵压徐徐上升且达到预定注浆压力时，若持续2—3人一定量的水泥浆。压浆后用清水冲洗注浆管，防min不出现故障，即可结束。止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。待(2)安装注浆管和止浆塞。在确定注浆管内无注入的水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复阻塞物后，即可安装注浆管。为减少拔管时的阻力，进行直至灌满，溶洞内充满砂浆为止。在注浆管中设置防水板。在注浆管端部外侧用沾有若检测到砂浆面标高接近溶洞顶板，或者泵送胶泥的麻丝绳绕成不小于钢管直径的纺锤型柱塞，困难时，应停止泵送，对其余检查孔分别进行补灌。将其插入钢管孔内，再用台车将其顶人孔内至要求4个孔各泵送1次，即可基本将溶洞灌满。 2013年第1期王林山：广乐高速公路坪樟段桥梁桩基施工大型溶洞处治技术712．4旋喷帷幕法水泥浆+粘土浆组成的低强度套壳料，再往孔内插旋喷帷幕法即单管高压旋喷帷幕注浆法，是利入袖阀管(450mmPVC特制塑料管，注浆段每33用钻机成孔后，先将带有特制喷嘴的喷管下放至设em设置8个注浆花眼，花眼用塑料胶皮包裹)至孔计底深度位置，然后利用高压脉冲泵形成的高压喷底，孔口采用砂浆或水泥浓浆封孔。待套壳料初凝射流，从喷嘴喷出水泥浆液使周围土体切割搅动，同至一定强度后，再把上下带有止浆栓塞的注浆枪头时将喷杆旋转、提升，使土体和水泥浆液混合，凝固下放至袖阀管内的设计深度，并利用注浆泵自下而后成圆柱状加固浆体。通过旋喷桩的相互咬合搭上分段注压入水泥浆液。通过浆液的渗入、劈裂作接，在灌注桩桩周形成相对封闭的旋喷桩墙，起帷幕用，在土体中形成纵横交错的网状浆脉增强体，使注作用。该方法适用于对桩体周围易坍塌的土层及溶浆段的土体被浆液充填或挤密，达到改良土体的物洞内松散填充物进行预处理加固。施工工艺如下。理力学性质，提高地基土承载力，加固地基的目的。1)旋喷桩(孔)位放样。旋喷桩中心距灌注桩该方法适用于对溶洞上方易坍塌的较大粒径的卵石桩边15cm，等距离呈圆形均匀布置，桩间距40cm。土上覆盖层进行加固。工艺如下。对于孔口返浆异常、漏浆或孔内发生卡埋钻的注浆1)注浆孔布设。应先沉钢护筒再进行注浆加孔应在该孔附近增加1～2个注浆孔。固施工，如桩直径为42400mm，则沿钢护筒外侧边2)移机就位，钻孔。钻孔直径491mm，采用或沿桩周3200mm圆直径上，以间距约75～80优质泥浆护壁钻进，钻孑L深度要达到设计要求，使用cm均匀布置14个钻孔作为注浆孔。的岩芯管长度不得小于2．5m，严禁使用三翼钻头2)注浆孔钻孔。采用XY一1地质钻机，配备扫孔钻进。4127mm套管和4108mm金刚石钻头，泥浆护壁3)拔出岩芯管，插入注浆管。钻孔至设计深及套管跟管钻进。4127mm套管跟管钻进至岩面，度后，拔出岩芯管，并换上喷射注浆管插入预定深4108mm金钢石钻头钻人基岩0．5m。钻孔垂直度度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，要边射水误差应小于l％。(1b127mm套管跟管钻进至岩面可边插管，有效解决插管难和套壳料注不满的问题。4)自下而上按有关设计参数旋喷注浆。主要3)插入袖套管。袖套管一般用内径50～60参数为：水泥浆水灰比0．8～1．0，泵压20～25MPa，I／1／11的塑料管。每隔33em设1组射浆孔(即每m2～流量70—100IYmin，提升速度15～20cm／min，转3组)，袖套管外包橡皮套。将袖套管插入钻孔孔速l0—15r／min。底，管底端封闭。为防止管上浮，管内应充满清水。5)旋喷注浆过程中，须专人负责经常调整、检4)孔内灌套壳料。套壳料为水泥浆与粘土浆查高压泥浆泵压力、浆液流量、喷机旋转和提升速度形成的低强度泥浆，其作用是封闭单向袖阀管与钻及实际的浆液耗用量。孔壁之间的空隙。泥浆配方直接影响注浆效果，要6)旋喷时，若压力未达设计压力控制范围则不求收缩性、脆性较高，早期强度高，其配方与特性见得上提及旋喷。此时需查明原因，检查喷嘴、钻杆接表1。头、导流器、高压管接头、水泵密封系统、水泵吸水表1浆液配方与特性管、吸水龙头及水泥浆浓度是否符合要求等。性能指标3d抗压7)按设计压力、提升速度旋喷到设计顶标高舫号粘度／s稳定性析水率／％强度／MPa(深度)。旋喷时，每次拆杆要求搭接长度不少于111．531．9480～900．00790．3—0．50．20m。211．501．8880—900．03510．3～0．58)终凝前孔口及时补浆，以消除浆液收缩下沉。5)注浆。封闭泥浆达到一定强度后，在单向袖9)完成单孔旋喷后，移机到另一旋喷位置进行阀管内插入双向密封注浆芯管(也称注浆枪头)，分旋喷施工。段注浆。每段注浆时，首先应加大压力使浆液顶开2．5袖阀管注浆法橡皮套，挤破套壳料，即开环，然后浆液进入地层。袖阀管注浆法是先利用钻机成孔，在孔内注满注浆材料采用强度等级为42．5R水泥与水配 72公路交通技术2013丘制，浆液水灰比(重量比)为0．5—0．6。进时，一般提锤高度为40～60cm，冲击次数为20～注浆段长为岩面以上卵石层至钢护筒底以上35~／min，泥浆比重为1．2～1．5cm。正常冲进2．O0m，注浆步距33em，注浆顺序自下而上，注浆时采用100cm左右的冲程。在松砂砾层冲进时采压力0．50—1．0MPa，每延米水泥用量约300～400用中冲程，在流砂层冲进时采用低冲程。冲进过程kr／m。每孔注浆2～3次，或根据施工压力及吸浆量中，提升冲锤不宜过快过猛，以免碰撞孔壁引起护壁进行多次注浆。岩面及护筒底部位应多次多量注浆。失稳而塌孔；要随时掌握孔内地层情况，并根据地层正式注浆施工前，现场应做注浆试验，并根据试条件采取相应措施。当钻进至岩面时，需提起钻头，验结果，调整和确定注浆施工参数。用吊车起吊插入外钢护筒，并将其下沉至岩面。若6)停止注浆标准。注浆终灌标准采用饱和灌下沉困难则辅以振动下沉。外护筒直径大于内护筒注法，即满足以下任一标准即可终止灌浆。10em，长度为岩面至地面高度加30cm。(1)注浆压力超过设计值或稳定压力超过204)内护筒的沉放。外护筒下至岩面并固脚后，min，且吃浆量少于10升／rain时。即开始对顶板进行冲钻。冲击穿过溶洞顶部时要反(2)浆液从孔口、地面或其他部位冒出。复提升冲锤，在顶板厚度范围内上下慢放、轻提。若(3)每孔注浆水泥用量达到400kg／m(以现场冲锤未明显受到阻碍，说明顶部已成孔且是圆滑垂试验确认为准)。直的。穿越溶}同过程中需不断抛填片石及粘土块，2．6钢护简跟进施工法及时补充优质的膨润土泥浆至孔内，并保持孔内的对于洞高超过8m的大型溶洞，若洞内无充填水位高度。对回填片石反复冲砸，通过挤压旁边的物或有部分流塑充填物，漏水很严重，桩孔采取片石溶洞空间使孑L桩周围形成护壁，再放置内钢护筒。加粘土反复处治仍无法形成泥石护壁时，则可采取采用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时，应充分钢护筒跟进法施工。该方法是跟进钻孔，将钢护筒利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒顺利下沉。钻头下放压至或震动下沉至溶洞底部岩面，以隔断溶洞直径大于钢护筒外径3—5cm，护筒到位后钻头改内流塑状充填物或水的活动，可有效防止钻透溶洞为满足下部成孔要求的钻头直径。如果冲击钻在坚顶板时大量漏浆致使砂质覆盖土层及地面层坍塌，硬岩石中的扩孔系数较小，不能满足护筒下沉要求从而降低塌孔风险，提高成孔效果。根据各桩地质时，应回填并加大钻头直径，然后进行2次冲孔。为状况、溶洞个数、洞高和层间距的不同来确定采用单保证钢护筒顺利下沉，要求桩孔竖直，无歪斜、无缩层、双层或多层护筒。工艺如下。颈。1)钢护筒选择。根据桩位处地质钻探柱状图用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊车(或桩机自中大溶洞的个数及层厚分布来确定内层护筒个数，吊)把内护筒放人外护筒内并沉至孔底岩面，必要单层护筒内径大于桩径20em，多层护筒最内层护时用振动锤配合下沉。因岩面可能凹凸不平，故钻筒内径大于桩径20cm，其外面一层护筒内径大于进时要抛填片石，防止孔斜并减少与岩面接触空隙。内层护筒外径10cm，以此类推。护筒长度依据地为保证钢护筒下沉位置准确，可安装导向架进行定质、水文条件选定，由单节或多节短护筒焊接而成。位，以保证护筒的垂直度。若钢护筒在施工过程中采用双面焊接，焊缝要饱满，保证不漏水。为增加刚出现倾斜，应立即停止作业，查明原因并进行纠偏。度，采用厚度大于12mm的钢板，在护筒上下端和当钢护筒打至第1层岩面或穿过溶洞到下一层接头外侧焊加劲肋。护筒壁厚还应根据桩径大小来岩面时，为使开孔坚实、竖直、圆顺并对继续钻孑L起控制，一般不小于桩径的1／160，控制在1／140较合适。导向作用，应采取措施对护筒刃脚进行加固。2)开口护简埋设。按常规护筒施工埋设开口当内护筒下沉到位后，在内外护筒间进行抛石、普通护筒，直径大于溶洞处理外护简直径10cm。压浆处理，以增加护筒的整体刚度。3)溶洞处理外护筒下放。埋设开口护筒后，钻5)钢护筒刃脚固结处理。当钢护筒打至第1机就位，用直径大于溶洞处理外护筒直径3—5cm层岩面或穿过溶洞到下一层岩面时，钢护筒周边不的冲锤冲孔钻进。开钻时因地表较松软，应采用低可能与岩面完全接触，且岩面一般较为倾斜，内护筒锤快打，使孔壁逐渐挤压密实。开钻时和砂砾地层钻(下转第77页) 2013年第1期张付华，等：水泥净浆注浆技术在桥梁桩基础不良地质加固中的应用77武江大桥袖阀管注浆施工过程正常，施工效果基本达到要求。注浆压力一般达到了0．6MPa左右参考文献且压力较稳定，卵石层吸浆量良好，每孔注浆均达到[1]交通部第一公路工程总公司．公路施工手册(桥涵)饱和状态。[M]．北京：人民交通出版社，2000．武江大桥基岩溶洞注浆过程中，对下一层溶洞[2]中交第一公路工程局有限公司．JTG／TF50—20l1公路桥涵施工技术规范[s]．北京：人民交通出版社，2011．进行钻孑L施工或对上一层溶洞取样均能获得完整的[3]杨金才．后压浆技术在桥梁钻孔灌注桩基础施工中的应水泥浆固结体，表明只要在钻孔孔位周边一定范围用[J]．石家庄铁路职业技术学院学报，2007(2)：52—55．内充满水泥浆，则可以认定注浆效果较为明显。武[4]陈定燕．桥梁桩基础溶洞不良地质施工技术分析[J]．江大桥各桩注浆过程中，较多地采用了多层溶洞联科技资讯，2010(12)：134—135．合处治以及间歇注浆方法(即单次注浆时间不超过[5]黄军龙，张冠军，田永泽．可控性压密注浆工法的研究3h，待水泥浆凝固后再开始下一轮注浆)，故减少了与应用[J]．西部探矿工程，2005(8)：26—28．注浆总量及反复多次钻孔的次数，从而减小了注浆[6]沈剑．压力灌浆技术在桥梁桩基础施工中的应用总成本。[J]．湖南理工学院学报：自然科学版，2008，21(3)：74—77．武江大桥后续桩基础成孔过程顺利、安全，从灌[7]余杰，陈显春，余善荣．压密灌浆技术法在处理桥梁注水下混凝土的超用量看，桩基础的扩孔系数分别桩基础施工质量缺陷中的应用分析[J]．公路交通科是1．09～1．2，均控制在正常范围内，表明卵石覆盖技：应用技术版，20m(7)：250—252．层、溶洞注浆整体效果良好，达到了地质加固的预期[8]薛炜．灌浆技术在桩基础工程溶(土)洞处理中的应目的。用[J]．铁道建筑技术，2011(9)：47—49．<>●0●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●(>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●(上接第72页)与岩面之间往往会形成较大问隙，若不加以固结，其选择较为合理有效的处治方案。对于复杂的桩基溶在人岩冲进过程中会成为桩孔与桩外的通道，造成洞，有时可并用本文所述2种或2种以上方案。施漏浆，或埋钻和过护筒脚时产生偏孔或斜孔，留下质工前要制定应急预案，充分做好人员、机械、材料的量隐患，因此要对钢护筒刃脚进行固结处理。准备工作，以便遇到突发事件时能及时投入抢险工由于冲击成孔时会对孔壁产生挤压，故利用这作，确保施工安全和成孔质量。一特点，在钢护筒刃脚范围内抛填片石、粘土，用2～4m冲程进行冲压，使片石、粘土填塞钢护筒刃脚处参考文献空隙形成密实护壁，且经过反复冲压，凿平参差不齐[1]中交第一公路工程局有限公司．JTG／TO—20l1公路的岩面。钢护筒下放至基岩面内1m后，抛投袋装桥涵施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2011．水泥，用冲锤轻轻将水泥捣散，以固定护筒底部。待[2]蓝玉品．桥梁桩基施工常见质量问题及处治措施[J]．水泥终凝后，采用下层护筒直径或设计桩径锤头继续西部交通科技，2010(8)：92—93．[3]李博生，李永求．岩溶区钻孔灌注桩施工控制[J]．广钻进。也可在内护筒底部1～2m范围内用导管灌填东公路交通，2004(z1)：35—38．混凝土进行封底，待固结后再重新冲孔至终孔标高。[4]王玲，王高鹏，黎阳．浅谈桥梁桩基施工溶洞处治工艺[J]．现代交通技术，2005，2(3)：58—60．3结语[5]兰贵竹．溶洞地区桥梁桩基施工经常出现的问题及处在广乐高速公路桥梁桩基施工中，通过采取上理[J]．西部交通科技，2006(2)：41—43．述桩基溶洞处治措施，顺利完成了桩基施工。经声[6]乔永法．双液袖阀管注浆法在岩溶地区的应用[J]．洛波检测和低应变检测，全部桩基达到了规范质量要阳大学学报，2005(2)：81-82求，未出现缺陷桩或不合格桩。[7]华永平．高压旋喷注浆工艺在桩基加固中的应用[J]．岩溶发育地区地质构造复杂、多变，桩基溶洞处公路交通技术，2009(1)：87—89．治方案不是单一的，故应视实际地质情况并结合技[8]廖荣辉．大燕河特大桥岩溶区钻孔灌注桩施工技术术、经济、工期、周围环境条件要求等因素综合考虑，[J]．路基工程，2007(6)：166—168．'