复杂岩溶区桩基施工预注浆处理及混凝土二次封底技术探讨

'DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2013．02．084复杂岩溶区桩基施工预注浆处理及混凝土二次封底技术探讨刘静霞(中铁十八局集团第六工程有限公司，天津300222)摘要：以汤逊湖特大桥为例，介绍了复杂岩溶地区桩基钻孔前采用的预注浆处理技术及断桩事故处理的混凝土二次封底施工技术应用，保证了桩基施工进度和施工质量。关键词：多层溶洞；预注浆；混凝土二次封底中图分类号：TU473．1+4文献标志码：A文章编号：1672—4011(2013)02—0180—03SecondarybackcovertechnologyofprocessingandconcretecomplexkarstareaofpilefoundationconstructionpregroutingHUr,,fei(鳓mRa／／utry18nBureau鼠叩Co．磁，Tianfin3(11222，‰口)9Abstract：Pilefoundationdrillingcomplexkarstregionsusm‘gpre—groutingtechnologydealwiththeaccidentandbrokenpileconcretesecondarybackcoverconstructiontechnologyappli-cationstocaseofTangxunhuBridge．toensurethatthepilefoundationconstructionprogressandconstructionquality．Keywords：multilayereave；pregrouting；Concretesec-ondarybackcovertechnology0前言桩基础是受力关键部位，又是第一道工序，其施工质量和速度严重影响后续施工。新建武汉至咸宁城际铁路I标段汤逊湖特大桥工程所处地理环境，岩溶范围广，岩溶大小、层数以及填充状态各异，地质条件十分复杂，给桥梁基础施工带来了较大的困难。因此必须因地制宜地采取相应有效可行的措施，方能顺利成孔成桩；否则，将给工程造成较大的资源投入和工期压力。现就汤逊湖特大桥岩溶区桩基施工技术措施总结分析，供类似桩基工程借鉴。1工程概况位于湖北城际铁路武汉江夏市区的汤逊湖特大桥起止里程为DK01+521．84～DKl3+433．66，全长11．9km，372个墩台。岩溶桩基分布广泛，桩长30～82m，全桥岩溶桩基数量为1968根，约占桩基总数的55％。桥址区地质结构复杂，下伏岩层主要为灰岩和砂岩，灰岩地段岩溶发育程度高、规模大，溶洞成串出现，暗河纵横交错，溶洞形状各异，错落无序，有的溶洞发育规模作者简介：刘静霞，女，工程师，研究方向：路桥施工及管理。大，部分上下分布有2～3层、有的高达8层溶洞，有的腔体高度达33m。沿线地下水类型为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水及碳酸盐岩类岩溶水。(1)按照溶腔高度分类。大于20m的桩基23根，占岩溶桩基的比例为1．2％；介于10～20m之间的桩基344根，占岩溶桩基的比例为17．5％；介于5～10m之间的桩基984根，占岩溶桩基的比例为50％；小于5m的桩基617根，占岩溶桩基的比例为31．3％。(2)按照溶腔高度分类。大于20m的桩基溶腔累计深度为423m，占桩基溶腔累计深度的比例为7％；介于10～20m之间的桩基溶腔累计深度为1182m，占桩基溶腔累计深度的比例为19．5％；介于5～10m之间的桩基溶腔累计深度为1889m，占桩基溶腔累计深度的比例为31．5％；小于5m的桩基溶腔累计深度为2564m，占桩基溶腔累计深度的比例为42％；岩溶特别发育的桩基，集中分布在98—111号、151～165号等29个墩。2桩基预注浆施工2．1溶洞预处理的目的该桥所处的喀斯特地质，如果按照传统的方法直接施工，采用原有的桩基钻进过程中的溶洞病害处理(回填片石、粘土等)的被动办法，钻一根处理一根，不仅施工质量难以保证，施工进度压力巨大，为此，现场施工采用预注浆施工技术先行对范围内相应的桩基进行处理，加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度，防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成Hj，形成流水作业，既能提高效率，也能保证质量。2．2桩基常规预注浆技术H1在桩基开孔之前，依据设计图纸的地质资料岩溶发育情况进行预注浆；对于腔体高度大于等于1．0m小于3．0m的溶洞一般直接采用注浆；对于多层、单层溶洞面积大、且溶洞之间互相串通的溶洞(溶腔高度大于等于3．0m)，先对以上桩位进行间歇式注浆，主要方法为边灌砂边注浆、或直接注砂浆，必要时可掺入水玻璃、粉煤灰等胶合填充材料，注浆压力达到0．5～1．0MPa。溶洞预注浆处理主要工艺流程为：注浆孔布设一放点一钻机就位一钻进成孔一下注浆管(套管)一分层注浆一结束移孔。2．2．1注浆孔的布设注浆孔根据设计地质剖面图一般布置在钻孔桩直径范 围内布置一个注浆孔，岩溶发育区可以根据溶洞发育方向，在溶洞发育侧加密注浆孔，必要时可以加密至3～4个注浆孔。注浆孔的深度一般以穿过溶洞顶板即可。2．2．2钻孔各注浆孔采用XYl00型和XYl50型钻机引孔，首先采用127～108mill口径钻具开孔，土层必须干钻，全程跟管钻进，套管护壁封至土石界面以下0．5—1．0m，套管底部采用止浆塞封闭使套管外壁与岩层结合紧密，不漏浆，然后改用89mm口径岩芯管钻至设计孔深；孔口采用法兰盘与套管对接封闭。开孔时要轻加压、慢速、大水量，防止将孔开斜。加固深度不能小于设计深度，若施工过程中遇溶洞，应钻至溶洞底板下1．0m钻进过程中注意观察地层变化，详细作好钻孔记录(每个注浆孔垂直偏斜率、孔位偏差、钻孔倾角、钻孔深度、钻孔时间等)。对岩溶发育、注浆量大的地段，应追加适当的注浆孔，设3—5％的注浆验证孔，验证孔主要布置在岩溶发育等薄弱部位，验证孔同样应作为补注浆孔进行注浆。钻孔遇坍塌掉块、空洞裂隙、漏失地层难以钻进时，确定部位查清原因，可先进行注浆处理，而后进行钻进，也可采用自下而上的注浆成孔方式。图1钻孔及注浆施工现场2．2．3注浆深度及范围施工时根据先导勘探孔揭示桩基地层中的岩溶发育情况，综合分析现场先导孔的勘探成果，整理资料，上报设计单位和监理，确定相关注浆深度及范围。注浆机采用BWl50型水泥浆注浆泵和UB8．0型砂浆注浆泵。2．2．4注浆配合比的确认通过本次注浆加固试验，总结出在本试验段地质情况下土层及岩溶内注浆的施工方法，适宜配合比、灌浆压力与灌浆量的关系曲线(确定适宜压力)、合适的机械选型配置，确定注浆后土体岩溶的注浆加固效果以及控制措施等。施工中根据不同的地质情况共采用了以下处理方式：(1)纯水泥浆。水灰比0．8：1～1：1，适用于填充一般小溶洞或充填式溶洞。(2)双液水泥浆。水：水泥：水玻璃=(0．8～1．0)：1：(0．08～0．20)适用于岩石裂缝、流水或串通性较大溶洞。(3)水泥砂浆冰：水泥：砂=0．6：1．0：1．0，适用于无填充物的大溶洞。2．2．5注浆的标准当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆。(1)注浆孔口压力维持在0．2MPa左右，吸浆量不大于40L／min，维持30min。(2)冒浆点已出注浆范围外3—5m时。(3)单孔注浆量达到平均注浆量的1．5～2．0倍，且进浆量明显减少时。当达不到上述结束标准时，应清孔再次注浆。全充填溶洞一般均采用单液注浆；当连续注浆单孔超过15t水泥不见升压时，采取水泥砂浆或双液注浆；以上方法效果不奏效时，直接采用间歇式注浆；注浆量过大时，提请有关四方会勘，现场及时采取有效的工程措施进行处理。2．3特殊预注浆处理对于多层、溶洞之间互相串通的溶洞(单层溶腔高度大于3．0m)，采用常规方法处理时间和费用巨大，进度和经济的性价比不好时，采用止浆效果好的环形浆体帷幕法。环形浆体帷幕法原理：先在承台四周每隔3—4m和承台中间桩位同步按相邻桩长深度进行钻孔；其次通过上述化学注浆法沿承台四周注浆，快速形成高强速凝的环形浆体帷幕；再对承台范围内的桩位进行水泥注浆，充满所有承台帷幕内的桩基溶腔。此法是通过对漏浆处的裂隙或溶洞口进行化学注浆，此浆体具有速凝、早强、流动性差的特点，固结强度要求达到30MPa，其抗渗系数可达10一7m／s，很快可以凝结成帷幕，像墙体一样堵住洞口，从而达到止浆的目的。具体工艺见图2。工艺流程：钻孔一周边化学注浆一中间水泥注浆一冲击成孔围2环形帷幕注浆示意图3混凝土二次封底技术岩溶桩基混凝土灌注过程中难免出现混凝土面下沉导致导管悬于混凝土面造成断桩。断桩事故的处理必须及时果断，此时应根据现场实际情况迅速采取补救措施。经现场有经验的施工技术人员判定，若下沉后的混凝土面表面没有大量沉碴，没有坍孔，要立即补泥浆并进行二次混凝土封底(一定要放隔水栓)，封底时一定要随着大料斗混凝土料下落的瞬间将导管迅速插入既有的混凝土面，不得小于1．0m，一般情况下，料斗存放的料越多越好，导管插入混凝土越深，二次封底效果越好。要求在灌注结束时一定要将结合面的混凝土全部冲出桩顶以上1．5m，以防结合面离析、夹泥等。目前我单位所施工的汤逊湖特大桥岩溶区桩基因混凝土面突然下沉，出现二次封底的桩基达100根，若每根桩按二次冲孔处理，桩长按40m计算，每延米单价按1800元计入，处理费用高达720万。采用此施工工艺可避免浪费成本720万，为项目创造了良好的效益。4结束语(1)本工程采用注浆预处理的方式进行桩基施工，虽然注浆量有所增加，但各类回填量相应减少，极大减少了(下转第183页) 2013年第2期第39卷总第172期4高压喷射灌浆施工于IIJ适材SichuanBuildingM口terials(1)施工设备。高压喷射灌浆施工设备是按照高压喷射灌浆工艺的要求，由多种设备组装而成的成套设备，共分造孔、供水、供气、供浆、喷灌等五大系统和其他配套设备等六个部分。(2)施工及工艺。用高压喷射灌浆进行防渗加固，首先要全面了解各项工程的技术要求，然后对其所要处理的工程进行现场调查，搜集和了解该工程的水文、地质资料及工程的设计，据此编制施工组织设计方案，选择合适的高喷设备。据目前的国内有关资料，综合实践经验，不同喷射类型的高压喷射灌浆施工工艺技术参数的配合见表1。表1高压喷射灌浆主要工艺技术参数一=弋单管法二管法三管法项目＼中国日本水压(MPa)30—6020～70高压水水量(L／min)50～8050～70气压(MPa)o．7O．7压缩气气量(m3／min)l一3l～3>1浆压(MPa)300．1～1．OO．3～4．5水泥浆浆量(L／Ⅱlin)25—10050—20050—80120～200提升速度(cm／IIlin)20—255—105～405～200旋转速度(r／IIlin)205～lO5—10摆动速度(o／8)5—30喷嘴直径(mm)2．O一3．22．O～3．21．8～3．O1．8～2．3(3)孔距及布置形式。高喷灌浆的孔距及布置形式的设计合理与否，对高压喷射灌浆的造价及质量影响很大，应结合现场试验精心设计，选取较为合理的、适宜的孔距及布置形式，以确保施工质量，降低工程造价。作为防渗工程，临时性和一般性的工程常采用单排布孔，重要工程布置成双排或多排孔，以确保施工质量。防渗工程中常用的定喷板墙，大多采用交叉折线形连接，俗称“人”字形。这种连接形式，连接可靠，结构稳定性好。喷射方向与轴向的夹角一般设计为20。～300，连接角度120。一1400，布孔施工时可按由疏到密的原则，分序施工，先喷一序孔，再喷二序孔。旋喷桩直径的大小，依据地层、水文地质情况的不同亦有差别，对此应做出正确的估计。目前我国水利工程的旋喷桩直径多采用1．5m左右，具体到某一工程，正确的旋喷桩直径也应通过现场试验来确定。5施工程序和工艺(上接第181页)漏浆、塌孔等问题的出现，也明显的缩短了岩溶桩基成孔时间，成孔质量也相对提高，同时不妨碍正常的流水作业施工，有效地了保证了工期。(2)通过混凝土二次封底工艺的使用，有效的减少了断桩事故的发生。通过桩基检测报告分析比较，二次封底的桩基：I类桩合格率达80％，Ⅱ类桩达到95％。此项工作存在着一定的风险性，但对深桩在混凝土灌注过程中出现堵管、导管漏水、导管悬出混凝土面等形成的断桩处理不·183·2013年4月施工程序大体分为钻孔、下注浆管、喷射、提升等，如图1所示。(A)钻孔；(b)下注浆管；(c)喷射提升；(d)成桩或成墙图1施工程序示意图(1)钻孔。首先把钻机对准孔位，垫稳、垫平机架。控制孔位偏差不大于1～2cm。钻孔要深入基岩O．5～1．0m，钻进过程要记录完整。严格控制孔斜，孔斜率可根据孔深，经计算确定，以两孔间所形成的防渗凝结体保证结合，不留孔隙为准则。(2)下喷射管。将喷射管下放到设计深度，将喷嘴对准喷射方向。用震动钻时，下管与钻孔合为一体进行。为防止喷嘴堵塞，可采用边低压送水、气、浆，边下管的方法，或临时加防护措施，如包扎塑料布或胶布等。(3)喷射灌浆。当喷射管下到设计深度后，送入合乎要求的水、气、浆，喷射1～3rain；待注入的浆液冒出后，按预定的提升、旋转、摆动速度自下而上边喷射边转动、摆动，边提升直到设计高度，停送水、气、浆，提出喷射管。喷射灌浆过程中必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及旋、摆、提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。(4)清洗。当喷射到设计高度后，喷射完毕，应及时将各管路冲冼干净，以防阻塞，尤其是浆液系统更为重要。(5)充填。为解决凝结体顶部因浆液析水而出现的凹陷现象，每当喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至孔口液面不再下沉为止。[ID：7964]参考文献[1]GB50202—2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[s]．[2]DIfl5200一2004，水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S]．[3]基坑工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2009．[4]高压喷射注浆技术与应用[M]．北京：中国建材工业出版社，2007．失为一种非常有价值的处理措施。因此，强烈建议一定要选用具有此法较强施工经验的技术人员现场指导施工，保证其成功率；对短桩或能二次处理的桩基，最好不宜选用。[ID：7959]参考文献：[1]刘建民，邬欢，吴木平，等．城市桥梁桩基穿越溶洞预注浆施工技术[J]．施工技术，2011，10(1)：77—79．[2]铁建设120101241号，高速铁路桥涵工程施工技术指南[s]．一『一止㈨'