广东石灰岩地区桥梁桩基施工有关问题探讨

'　　广东公路交通2001年第1期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　总第67期GuangDongGongLuJiaoTong广东石灰岩地区桥梁桩基施工有关问题探讨12陈　劲　余　烈(1.广州市公路工程公司,广州　5100752.广东省交通厅,广州　510101)摘要:辑录了广东石灰岩地区桥梁桩基施工的几起典型实例,介绍了京珠南段北江大桥、练屋中桥桩基施工时溶洞对成孔的影响及处理方法,文中的新华高架桥及西牛大桥施工的经验与教训,也对石灰岩地区桥梁桩基施工有一定参考价值。关键词:　桥梁　桩基施工　石灰岩地区+中图分类号:U445.551　　　文献标识码:C1　概述出现泥浆面急降情况。经研究分析,认为是岩层广东省粤中北地区处于南岭山脉中南段,构裂隙发育及溶洞存在造成。由于施工实钻发现与造上属华南褶皱带一部分,地势北高南低,连绵起原地质钻探有很大出入,为保证施工安全,决定对伏,沟壑纵横,地形变化频繁。由于构造带影响,桥位地质逐桩补钻,且主墩每桩钻3个孔。结果在一般出露的地层有第四系、石炭系、泥盆系等,岩所钻取的82个地质孔中,73.2%遇到溶洞,其中32性以灰岩、砂岩为主。最近建成通车的京珠高速个孔遇多层溶洞,最大溶洞高达30.9m。详细、准确的地质资料不仅使设计单位能及时对部分桩位公路粤境甘塘至翁城段(54km)就位于粤中北山岭变更并确定持力层位置,而且使施工单位可选择重丘区,沿线地质复杂,石灰岩地区岩溶发育,岩正确的施工方案,并保证施工质量和安全。溶地下水丰富,有暗河存在,给桥梁桩基施工带来2.2.2　桩基成孔很大困难。现辑录几座桥梁桩基较典型的施工方全桥桩基68根,均采用冲击钻冲击成孔。水法,供有关技术人员参考。中用填筑砂岛和搭设平台方法施工。桩位放样后2　北江大桥埋置护筒,冲机就位即开始造浆冲孔。由于地下2.1　基本情况溶蚀裂隙十分发育,桩基成孔必须采用非常规的该桥位于韶关市西联镇上坝村,长497.3m,全方法。首先详细研究各桩位处的地质勘探资料,桥共13个桥墩、2个桥台,跨径组合为:6×25m预分析可能发生的不良情况,如漏浆及坍孔等。并应力砼简支T梁+(40m+2×70m+40m)预应力砼拟定出初步的预防和应变措施,然后向具体操作箱形连续T构+4×30m预应力砼简支T梁。该桥人员交底,使其在冲孔过程中根据孔深和岩渣的为双向四车道,左右半幅分离式。具体情况来对照分析资料进行操作。遇有实际地设计钻探表明桥位处岩溶发育,特别是现河质与勘探资料不相符时,另行制定方案。道部位岩溶规模大,且多为粘性土、卵石及灰岩碎该桥下溶洞多为半填充形且连通性极好,若块填充。设计中采用钻探、物探及地质雷达等地打穿一个溶洞即有可能发生孔内泥浆严重流失,质勘探工作,在此基础上进行桥孔布设,然后根据加之裸露的卵石层下即为岩层,孔内泥浆液面的所布桥孔的基础逐孔钻探,最后确定了桥孔布设。急骤下降极易导致坍孔或地面坍陷。因此,保证为尽量避开溶洞,除两桥台为双排桩外,其余墩孔内泥浆液面高度,加强孔壁坚实度是此特殊地(含三个主墩)均采用大直径单排桩、单臂双桩的质下桩基成孔的关键。施工时采取了下列方法:主墩及过渡形式。(1)做好卵石层的护壁工作。选用高质量的2.2　桩基施工黄土,在穿越卵石层时投入一定比例的黄土和片2.2.1　地质补钻石(约1∶1～2∶1),靠冲碎的石渣与黄泥的胶结物按原设计图示,该桥只有2根桩穿越小型溶挤入孔壁卵石间隙内,形成一层坚实的护壁。洞,但在浇筑第1根桩(11-1)时出现坍孔现象,后(2)根据测得的孔深及捞取的渣样对照本孔12-3、13-4桩成孔过程出现孔周坍陷,14-4桩地质资料,判断出在即将接近溶洞处,放慢冲进速·23·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 2001年第1期　　　　　　　　　　　　　广东公路交通　　　　　　　　　　　　总第67期度,减小冲锤冲距,且尽量控制在冲锤刚接触孔底(1)当溶洞内的充填物是硬塑或软塑的亚粘即收紧冲绳,以防溶洞顶板突然大面积冲破,而导土,且溶洞不漏水,这时不管溶洞有多大,也不管致泥浆骤然流失或冲锤挣断冲绳掉入溶洞中。溶洞竖向数量多少,均可按正常的地质情况施工,(3)钢护筒大套小穿越溶洞。根据地质资料即采用人工挖孔或冲击钻成孔。中所反映的各桩所穿串的溶洞大小、数量及填充(2)溶洞内无充填或半充填,溶洞不太大(一情况,拟出套钢护筒的层数。一般遇到一个大的般3m左右),但存在严重漏水或半漏水,护筒内水未全充填的溶洞,即套入一层护筒至该溶洞底部,头高度不能保持时,则采用片石加粘土反复回填遇到几层即套入几层,以防冲至下一层溶洞时该冲击,使其形成泥石护壁,直至不再漏浆为止。溶洞处出现坍孔。各层钢护筒直径一般相差15cm(3)粘土片石筑壁法施工出现漏水时,则增加左右,如冲一<150cm的桩需套入三层护筒时,各层采用钢护筒。钢护筒必须穿透砂砾或卵石等透水护筒直径分别为<210cm(定位护筒)、195cm、层,落至不透水的土层上,可防止因漏水使筒内水180cm、165cm。头高度急剧下降造成坍孔。(4)孔口周围备用大量的片石及散装和袋装(4)当溶洞较大,洞内又无充填物或有流塑充黄土,当冲进过程中泥浆液面缓慢下降时,分析可填物,漏水很严重,虽采取片石加粘土反复打密,能进入裂隙带,此时按比例投入散装黄土和片石,但仍无法形成泥石护壁的,则采取钢护筒跟进法反复冲击封填即可。若泥浆液面骤然降低,可能施工。即边冲孔,边接高护筒,震动下沉,以阻断遇到了溶洞,须快速按比例投入大量片石和袋装洞内流塑充填物或水的流动。黄土,将已冲好的孔回填,直至孔内水头高度保持施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能,使护稳定,然后重新冲孔。如再有漏浆,重复前述过筒顺利下沉。一般钻头外径和护筒内径空隙控制程,直至接近该溶洞底部后,套入钢护筒护壁。为在3～5cm,保证冲击钻能在护筒内顺利提升或下方便地根据捞取的渣样准确判断出所处地层,用冲。遇到护筒不能跟进时,应采取措施进行处理。于抛填的片石最好从颜色上与该地层的岩样区分如冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小,护筒开来。不能下沉时,可采用小药量电雷管爆破,将突出的(5)当遇到孔底桩径范围内半边软半边硬的岩石部分炸掉。如2-6桩,桩径为180cm,钻头外情况时,分析是刚好落在了溶洞的侧壁上,此时若径采用175cm,护筒内径为182cm,间距为3.5cm,按常规冲击,会出现偏锤、斜孔的现象,此时须在用74kN的振动锤将钢护筒沉到基岩顶面。用一软基侧抛入片石进行冲击,反复抛入多次冲进,以层护筒跟进到底,避免了多层护筒跟进。但当遇保证桩孔的垂直度。多岩洞的长桩,护筒跟进困难,亦可如前述用下大2.2.3　桩基砼浇筑护筒套小护筒方法。不过,有些施工单位认为应孔底标高达到设计标高后,经监理工程师确当尽量避免采用双层或多层护筒跟进。认后即停止冲击,采用泥浆循环法清孔,注意保持(5)当采用泥石筑壁法冲孔已穿过多个溶洞,孔内泥浆浓度,防止孔壁坍塌。二次清孔时采用且均已造壁成功,继续冲孔时,上面已形成的泥石空压机通过导管向孔底鼓风,将残余或新沉淀的护壁突然坍塌、漏水,这时已无法再进行泥石护沉渣吹起,借泥浆循环排出孔外。再按要求浇筑壁,必须将护筒跟进到溶洞处堵漏。桩基砼。4　广清高速公路新华高架桥3　练屋中桥该高架桥段全长4720m,地质情况极为复杂,该桥为2×30m,计18根桩,共穿过大小溶洞岩溶极其发育,经采用物探和逐桩超前钻后,探明126个,其中有一根桩连续通过13个,最大的溶洞的溶洞深度超过3m的约有40个墩位,大溶洞甚为22.1m。至达10m深,且岩面起伏不平,无强风化带,均为施工前,根据地质报告弄清溶洞所在位置、溶中风化带和微风化岩石。洞大小、有无充填物和是否漏水。据此确定每个该桩原设计为钻孔桩或冲孔桩基础,但在具桩的施工方案,且密切注意桩基处地质变化,视施体施工过程中塌孔、漏浆、卡锤、埋锤、斜孔等工程工中突发事件采取相应的应变技术措施。事故时有发生,工程质量和施工进度均难以保证。·24·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 2001年第1期　　陈　劲　余　烈　　广东石灰岩地区桥梁桩基施工有关问题探讨　　总第67期针对此情况,决定先摸清地质情况,进行逐桩地质12m,荷载标准为汽—20,挂—100。1990年1月主超前钻探。对于地表层土质较好,地基承载力较墩基础开工,桩基完工后进行小应变桩基检测。高的墩位,采用扩大基础;对于较差土质的覆盖层1992年1月20日大桥建成,投入使用。但无溶洞的墩位,采用冲、钻孔桩;对于有一定厚1998年11月,检查发现大桥桥面局部下沉,度的覆盖层(大于20m)且地表层承载力不足,基岩即9号墩T形刚构向东北方向倾斜,导致T构牛腿中存在溶洞的墩位,则采用打入预应力管桩基础与简支T梁之间相对水平位移6cm,橡胶伸缩缝拉形式。断,在东北方向8号及9号墩T构牛腿与挂梁已顶根据该桥桩基施工总结,一般在石灰岩地区住,两处伸缩缝已拱起,该处桥面下沉约8cm。钻孔桩施工,存在以下问题:经综合分析设计、施工原始资料,地质钻探、(1)规范要求桩端必须嵌入微风化岩1倍桩桩基检测及抽芯报告等资料,认为:径,且其下3倍桩径范围内无溶洞,对顶板厚度小(1)桥位处溶洞十分发育,溶洞的形态、产状于3倍桩径的溶洞必须穿越,这就要求成孔机械必复杂,隐伏溶洞的形态、产状难以探明;且桥位处须有很强的破岩能力,一旦桩锤冲穿溶洞顶板,跑有断裂带2条以上,岩面起伏较大,客观上决定了浆后易引起孔壁塌方。但钻头在坚硬的石灰岩中桥梁设计与施工的困难,难以确保避免溶洞地质钻进缓慢,且容易卡钻,不易满足要求。带来的不利影响。(2)钻头在溶洞、土洞中易埋钻,而且绝大多(2)主墩9号墩墩身向河中倾斜,是由于9号数钻头提不上来。墩两排桩的不均匀沉降引起的。对9-1桩钻孔抽(3)钻孔过程不能挤土造壁,不能确保灌注水芯,桩底有15cm沉渣,再下为1.97m灰岩,之下就下砼时的质量和避免砼的大量扩散。如是冲孔是一深1.55m的溶洞。对9-3桩钻孔抽芯,桩底桩,由于基岩表面溶隙、裂隙发育且岩石破碎,在也有15cm沉渣,再下为0.79m灰岩,之下就是一桩锤的冲击和泥浆液压作用下,空隙增大、贯通,深0.4m的溶洞。两根嵌岩桩桩底的沉渣均超过泥浆填补了空隙。溶洞大者,浆面在几min内就可了规定要求不大于5cm的规定值,且桩下1.97m下降几m甚至十几m,若不采取特殊的护壁措施,和0.79m有溶洞,可能产生沉渣受力压缩变形或补浆又不及时,土层自持性差或基岩面破碎,会导溶洞顶面受力陷塌、岩层变形而引起桩基下沉。致孔壁塌方,并带动地表土体呈漏斗型塌陷。如(3)8、9号主墩旁有地质断裂带,可能对主墩果桩孔下是暗河,而暗河又常与河流、湖泊相连,基础有影响。由于地下溶洞十分发育,墩台处岩一旦桩孔跑浆后,无论补多少浆,浆面都难以上面起伏较大,8、9号墩桩基长短不一,最长22m,最升,甚至引起连带塌孔。花清高架桥B-90-2桩短4.2m,桩基可能落在陡峭岩层的边缘,若岩石稳塌孔就属此类现象,不仅使107国道近半幅塌陷,定性较差,也可能发生桩基位移。而且路面砼板下悬空深达3m,并引起斜向100m远大桥建成正常使用了6年才发现桥墩倾斜问处连带塌孔。同时,石灰岩地区由于基岩表面溶题,其原因较为复杂,主要是桥位处地质复杂,岩沟、裂隙、落水洞上方接触的软土层在地下水潜蚀溶发育侵蚀导致桩底支承面受力变形引起桥墩不和冲刷下,土粒带走,形成土洞,穿过这类土洞的均匀沉降。桩在覆盖层中出现漏塌后,处理不及时,就会引起6　结语塌孔。鉴于石灰岩地区地质复杂多变,目前我省公(4)由于石灰岩地区基岩面高低起伏,桩锤碰路桥梁建设在桩基施工前,都要求进行详细的施到倾斜的岩面就会沿壁面偏斜,导致孔偏斜。工钻探,应用地质钻机进行超前钻,逐桩探明桩位5　西牛大桥处地质情况,根据实际的地质情况,调整或变更设该桥地处省道348线,跨小北江,长436.8m,计。并采取针对性强的施工方法与工艺,应用先桥跨布置为5×16m+2×30m+45m+65m+45m+进的无损检测仪器进行逐桩检测或钻孔抽芯,可2×30m+5×16m,其中16m及30m跨为简支T梁,最大限度地保证桩基质量与安全。45m及65m跨为带25m挂梁的T型刚构,桥宽(收稿日期:2001-01-06)·25·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.'