岩溶地区桥梁桩基施工技术.ppt

'岩溶地质桥梁钻孔桩施工——桥梁施工技术 前言由于在岩溶地区进行桥梁钻孔桩施工过程中，极易发生坍孔、卡钻、埋钻现象，威胁施工安全、影响工程质量、制约工程进度。通过对岩溶地区溶洞分析，结合工程实际，提出了针对各种溶洞不同的处理方法和施工方法，可供岩溶地区钻孔灌注桩施工参考。 目录一、溶洞分类二、方案选定三、溶洞处理方法四、钻孔施工五、质量控制 一、溶洞的分类根据地质结构和溶洞的情况发育情况，溶洞可分为以下几种类型：1.按溶洞的大小分（1）大溶洞：溶洞高度＞3m；（2）小溶洞：溶洞高度＜3m。2.按溶洞填充状态分（1）全填充溶洞：洞内完全充填亚粘土、亚砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、软塑、流塑状；（2）半填充溶洞：洞内一半左右有填充物，顶部为空腔；（3）无填充溶洞：洞内无填充物即空洞。3.按是否漏水分（1）全漏水溶洞：严重漏水并与其它溶洞或地下河连通；（2）半漏水溶洞：溶洞洞壁存在裂隙，有渗漏水现象；（3）不漏水溶洞：溶洞完整，无渗漏水现象。4.按溶洞垂向个数分（1）单个溶洞：桩基范围内仅有一层溶洞；（2）多层溶洞：桩基范围内仅有多层溶洞。 二、方案选定根据溶洞大小及填充情况等，选定经济可行的处理方案，一般选定原则见下表：溶洞高度填筑情况处理方案3m以下填粘土或片石3m～6m全填充填粘土块或片石半填充或无填充灌低标号混凝土、压浆3m～10m半填充或全填充压双液浆无填充灌砂、压浆10m以上全填充填粘土块和片石半填充或无填充钢护筒跟进 三、溶洞处理方法注双液浆法注双液浆一般适用于10m以下半填充或全填充溶洞的处理。（1）目的溶洞内注双液浆预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间，并达到一定的强度（20MPa以上），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。（2）加固原理注双液浆加固的特点是注浆材料可在十几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。浆材的结石率为100％，即1m3体积浆材可得1m3结石体。对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。 三、溶洞处理方法注双液浆法（3）工艺压浆材料采用普硅32.5R水泥与化学剂（水玻璃）。1.布孔根据桥墩台桩基布置和溶洞分布，每个墩台布置6～8个压浆孔。施工可以利用桩基地质勘探钻孔逐桩进行注浆，以便节省钻孔时间和费用。2.钻孔注浆孔径为80mm～110mm，钻孔采用地质钻机，孔深要求达到最深溶洞的底部。注浆管插入溶洞中下部。3.压浆采用双液压浆系统进行全孔压浆，要求少量多次、反复压浆。双液浆配制时，控制浆液比例，反复试验，掌握浆液的凝固时间，凝固时间太快，不利于注浆施工，凝固时间太慢，浆液流动性大，用量大，不经济。 三、溶洞处理方法灌砂、压浆法灌砂压浆是溶洞预处理方案之一，一般适用于6～10m无填充溶洞的处理。主要通过灌砂填塞溶洞空间，采用压浆将洞内砂砾板结、凝固成坚实的混和体，防止在钻孔过程中出现漏浆、塌孔等现象。灌砂压浆孔和注双液浆钻孔施工方法相同。灌砂采用干燥、干净的中粗砂，并进行清筛，防止掺有杂物造成堵管。一个桥墩内各注浆管内灌砂、注浆轮流进行，也可同时进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约4～5m，然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。 三、溶洞处理方法填充粘土和片石法采用粘土和片石填充适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理，优点是方便、快捷，节省费用。当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部流失或部分，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1：1体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部1～2m。溶洞回填完成后，向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻头冲击，使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应再次回填、冲击，一次不行两次，两次不行三次，反复回填、反复冲击，直至形成泥石护壁不再漏浆为止。高度10m以上溶洞采用回填片石、粘土处理溶洞时，钢护筒必须穿透砂砾及卵石等透水层、座落在不透水层上，尤其是多层溶洞，以防止溶洞漏水、钻孔内水头急剧下降而造成坍孔。 三、溶洞处理方法灌低标号混凝土法对于较大的溶洞，尤其是半填充或无填充溶洞，有时采用填粘土和片石的方法难以成孔，或者成孔后在灌注水下混凝土时孔壁被压垮，这时可采用灌低标号混凝土的方法处理。施工准备和开孔方法同填粘土块和片石方法，当击穿溶洞顶壳发生漏浆时，为节约混凝土灌注量，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再灌低标号混凝土。混凝土灌至溶洞顶1m以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。 三、溶洞处理方法钢护筒跟进法在溶洞较大，洞内无填充或有流塑充填物，漏水严重或与暗河连通时，采取片石粘土回填、灌注混凝土仍然无法成孔时，可采取钢护筒跟进法施工。这种方法就是一面冲孔、一面接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻孔施工。在垂向溶洞较多、桩基较长时，钢护筒跟进困难，不能一层跟进到底时，可分次钻孔、分级跟进护筒（1）钢护筒内径的确定现场根据桩孔穿过大溶洞的数量，确定钢护筒级数，每增加一级，钢护筒内径增加0.25m，最小一级钢护筒直径大于桩径0.2m。为保证钢护筒的刚度，防止受压变形，钢护筒采用8～10mm钢板卷制。 三、溶洞处理方法钢护筒跟进法下沉钢护筒时，由大到小，分级逐次下沉进行。先钻大孔，下沉大护筒，再钻小孔、下沉小护筒。如果穿过1层溶洞，就采用1级钢护筒，每增加1层溶洞，就增加1级钢护筒。护筒跟进法施工顺序见下图。钢护筒跟进法施工示意图 三、溶洞处理方法钢护筒跟进法（2）钢护筒长度的确定钢护筒长度的确定，护筒长度L＝h＋3（m）（h为地质超前钻确定的溶洞高度），如果钢护筒太长可分节下沉，在孔口焊接连接。 四、钻孔施工钻孔施工工艺流程岩溶地区冲击钻孔施工工艺流程如下图。多层溶洞研究设计和地质资料制定详细的施工方案和安全质量保证措施测量放样埋设护筒制备泥浆、建循环系统钻机就位钻机施工第一次清孔终孔检查继续钻进岩溶处理钢筋笼安放导管试拼并做水密试验安装导管制作钢筋笼并移至孔位二次清孔灌注桩基混凝土测量砼面高度和埋管深度拔除护筒桩基检测试件制作 四、钻孔施工钻孔施工准备（1）根据地质资料预测施工中可能出现的问题，制定钻孔施工方案，并向钻机操作人员进行技术交底。（2）备足粘土块、片石和水泥等材料。（3）钻孔施工前，测设墩台中心线，按设计图纸正确测定桩孔中心线，并设置护桩。 四、钻孔施工埋设护筒钢护筒根据桩径大小、地层条件分别采用6～10mm厚钢板卷制焊接成圆形，直径较桩径大约40cm。护筒长依据设计、地质、水文情况选定，由单节或多节短护筒焊接而成。护筒一般长为1.5～2.5m。单节钢护筒采用人工挖孔埋设，使筒顶高出地面500mm，护筒底部四周填塞粘土夯实，防止漏浆；护筒埋设好后，护筒中心与设计中心偏差不得超过50mm，倾斜度不得大于1%。多节钢护筒第一段人工埋入，钻孔达到一定深度后，焊接第二节，在护筒顶放置护帽，利用钻头将钢护筒冲击入土，然后冲孔，再焊接第三节护筒，如此循环，直至达到需要深度。 四、钻孔施工钻孔钻机就位时用方木垫平，将钻头中心线对准桩孔中心。冲击钻孔一般采用钻头冲击造浆。冲击造浆时，在护筒内投入优质粘土块和不大于150mm片石并注水，用钻头把粘土冲击成粘稠状泥浆，存放在泥浆池内备用。取样测试泥浆各项指标，泥浆的性能指标应满足下表。序号测定项目指标范围备注1比重1.1～1.42黏度一般地层16～22s，松散易塌地层19～28s清孔后符合指南要求3含沙率新制泥浆不大于4%4胶体率不小于95%5ph值＞6.5 四、钻孔施工钻孔开孔时用小冲程钻孔，低锤轻打，同时加入小于15cm的片石，反复冲击2～4次，挤密护筒底部周围土层，确保钻孔开孔圆顺，防止坍孔。钻进至护筒底2～3m后加大冲程，主绳放长量为3～5cm。同时加强钻孔地质检查、复核，并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化，防止不正常情况发生。根据地质柱状图，在接近溶洞时勤观察、勤检查，钻头冲击岩层的响声、抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳放长量控制为1～2cm，防止击穿岩壳时卡钻。钻穿岩溶地层上壳时一旦漏浆，及时投放粘土块、片石并补水，保持孔内水位高度。漏水严重时，可填充稻草和水泥等混合物，每次填满后补水，再重新冲击钻进，挤压填充物填充溶洞或堵塞溶洞，最终到不漏浆为止。通过溶洞层后，继续钻孔，直至设计深度。 四、钻孔施工换浆、清碴随着孔内钻碴增多，泥浆变得粘稠，粘滞性逐渐增大，钻孔速度逐渐下降，必须进行换浆清抽碴。清碴可采用抽碴法、换浆法进行，一般情况下每钻进0.6～0.8m清碴一次，向孔内压入新鲜泥浆，同时将孔内粘稠泥浆置换出来。桩孔钻至设计标高后，及时请监理工程师和设计单位对孔深、孔径、孔的倾斜及孔位偏差进行实测检查、签证，合格后进行清孔。 四、钻孔施工第一次清孔当孔底标高及孔径达到设计要求、检测合格后，即可进行清孔。清孔可采用管径150mm的吸泥机进行，同时应及时向孔内注入清水或新鲜泥浆，保持孔内水位，避免塌孔。当孔内排出的泥浆各项指标复核规范要求后，即可停止清孔，质检通过后，吊装钢筋笼。 四、钻孔施工吊放钢筋笼钢筋笼在钢筋加工厂制作，钢筋笼较长时可分段加工、制作，分段运输到现场吊装、接长。在地下水或地表水具有腐蚀性的地方，钢筋要按设计要求进行防腐处理。钢筋笼制作完成后，运到现场，利用钻架或汽车吊及时吊放钢筋笼，并按规范要求进行焊接接长。 四、钻孔施工安装导管导管用Φ300mm无缝钢管制作，每节长2.0～5.0m，配1～2节长0.5～1.5m短管，丝扣连接。使用前对导管进行水密、承压和接头抗拉试验，保证导管不漏水。导管安装后，其底部距孔底留250～400mm的空间。砼浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置砼漏斗。 四、钻孔施工第二次清孔由于安放钢筋笼及导管时，孔底又会产生沉碴，所以钢筋笼及导管就位后，利用导管进行第二次清孔。二次清孔时，在导管顶部安装一个弯头和皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管置换沉碴。当孔内泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2％，黏度为17～20s，桩底沉碴厚度满足规范要求（柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于20cm）时，清孔合格，即可浇筑水下混凝土。 四、钻孔施工灌注混凝土混凝土施工前编制钻孔灌注桩混凝土施工细则，严格按规范操作，确保混凝土质量满足强度和耐久性要求。混凝土在拌合站采用自动计量的强制式拌合机拌合，原材料检验合格。混凝土采用搅拌运输车运输，防止运输途中出现离析、造成塌落度损失。桩基水下混凝土采用导管法灌注施工。导管利用钻架或汽车吊提升。安装导管时使其置放孔中，轴线顺直，平稳沉放，防止挂钢筋笼和碰撞孔壁。导管上口设漏斗和储料斗，下口距孔底约0.4m。灌注混凝土前，采用射水或射风冲射钻孔孔底3～5分钟，使孔底沉碴充分翻动、上浮，减少孔底沉碴。在漏斗底口设置橡皮球隔水设施，采用砍球法灌注首批混凝土，首批混凝土的数量应能满足导管初次埋置深度（不小于1m）。灌注开始后，应连续地进行，严禁中途停灌。当混凝土面升到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，应尽量减缓混凝土灌注速度，减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力。导管提升时，要保持位置居中，根据导管埋置深度确定提升高度，提升后导管埋升不得小于1m。桩顶灌注标高应比设计标高超灌0.5m以上。施工用的钢护筒，在灌注结束后，混凝土初凝前拔出。 四、钻孔施工施工注意事项（1）在灌注过程中，当导管内混凝土不满含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，不可整个地灌入漏斗和导管，以免在导管内形成高压气囊，使混凝土灌不下去。（2）钻机操作人员必须穿绝缘胶鞋，带安全帽。（3）钻进过程中应随时注意孔内有无异常情况，钻架是否倾斜，各连接部位螺栓是否松动。（4）导管提升不能过猛，防止导管拉断，同时也防止导管提离混凝土面，造成断桩事故。 五、质量控制钻孔质量控制（1）钻机定位时，钻头中心与孔位中心偏差不得大于5cm，确保钻孔定位准确。（2）钻孔施工中，经常校核空位，防止出现偏孔，确保钻孔中心与设计桩位偏差不大于5cm。（3）钻孔过程中，经常采用检孔器检查孔径、孔形，防止出现缩孔和梅花孔，确保桩径符合设计要求、钻孔倾斜度不大于1％。（4）清碴采用二次清孔法，灌注混凝土前采用射水或射风冲射孔底清除孔底沉碴，确保孔底沉碴厚度符合规范要求（柱桩不大于5cm，摩擦桩不大于20cm）。 五、质量控制钢筋加工、安装质量控制（1）钢筋的品种、规格必须设计要求。原材料加工前进行抽验，各项指标必须符合规范要求。（2）钢筋的形状和尺寸严格按设计要求加工，误差严格控制允许范围内。（3）钢筋骨架直径、主钢筋间距、加强筋间距和螺旋筋间距符合设计要求，误差控制在规范允许范围内。（4）钢筋连接符合规范规定，采用双面焊缝搭接接时焊缝长度不小于5d（d为钢筋直径），采用单面焊缝搭接接时焊缝长度不小于10d（d为钢筋直径），焊缝要饱满，高度不小于0.3d（d为钢筋直径）、且不小于4mm，宽度不小于0.7d（d为钢筋直径）、且不小于8mm。并不得出现夹碴、烧筋等现象，焊接强度试验满足规范要求。（5）钢筋焊接前进行预弯折，确保钢筋焊接后轴线基本重合，轴线偏移不大于2mm。 傳統鋼筋籠生產流程主筋标示內箍支撐环位置 傳統鋼筋籠生產流程焊接內箍支撐环于两主筋上 傳統鋼筋籠生產流程焊接外围主筋於內箍支撐环上 傳統鋼筋籠生產流程焊接斜撑防止钢筋笼滚动 傳統鋼筋籠生產流程焊接內围十字支撑 傳統鋼筋籠生產流程外箍筋安装及焊接 傳統鋼筋籠生產流程钢筋笼制作完成 傳統鋼筋籠生產流程标示牌号钢筋笼存储区 傳統鋼筋籠生產流程吊放在平板拖車上运至工地 经由裁切机裁剪过后的主筋经由小型門吊將主筋吊送到钢筋笼自动成型机旁边的主筋待用架上，再由工人(约六人)將主筋放在钢筋笼自动成型机的主筋弧形导板上，並适度的旋转主筋弧形导板较先进钢筋笼加工方法 装內箍筋，主筋受围束压力而不內縮！导线器前转盘较先进钢筋笼加工方法 固定位置的立式旋转盘座(后转盘)导线器较先进钢筋笼加工方法 完成后的成品活动側立式旋转盘座(前转盘)支托架固定位置的旋转盘座在此棚下较先进钢筋笼加工方法 钢筋頂端段的主筋加套软塑料袋较先进钢筋笼加工方法 以液压頂升，以吊車提较先进钢筋笼加工方法 五、质量控制（6）且不小于50cm，同一截面内接头数量不得大于布筋数量的50％。（7）钢筋笼现场连接时，要上下对正，保持垂直，钢筋笼焊接后倾斜弯曲度不大于1％。（8）钢筋加工时，按设计要求设置防护层垫块，确保钢筋保护层厚度。（9）钢筋笼制作时，按设计要求安装声测管。声测管接头处采用套管套接，并焊接牢固，两头进行封堵，防止进入泥浆。（10）现场连接焊接施工由有经验的焊工操作，焊接前按规定进行焊接试验，确保焊接接头质量。（11）钢筋笼时准确对位，到位后采用钢筋或角钢固定在灌注架上，防止出现钢筋偏斜、上浮等。（12）钢筋笼在运输、吊装过程中，采取必要的措施，防止钢筋笼弯曲，避免产生变形。 五、质量控制混凝土拌合质量控制（1）配制混凝土的水泥、矿物掺合料、细骨料、粗骨料和外加剂等原材料必须经过检验和试验，满足规范规定。（2）配制混凝土的粗细骨料强度、含土量符合规定要求，碱骨料反应满足规范规定，混凝土最大碱含量不大于3.0kg/m3。（3）混凝土拌合严格按监理工程师审批的配合比施工，并根据现场粗细骨料的含水率调整配合比，确保混凝土的水灰比。（4）混凝土采用有自动计量装置的强制式拌合机集中拌合，并且在每次拌合前校验磅秤，原材料称量误差控制在规范允许范围之内，其中胶凝材料（水泥、粉煤灰）为±1％，外加剂为±1％，粗细骨料为±2％，拌合用水为±1％。（5）混凝土延续拌合的最短时间经试验确定，一般不少于2min，塌落度和含气量符合规范规定。（6）混凝土采用搅拌车运输，运输过程中按规定速度进行搅拌，防止发生离析、泌水和塌落度损失。 五、质量控制混凝土灌注质量控制（1）桩基混凝土采用导管法灌注。导管采用内壁光滑的钢管，死扣接头，防止勾挂钢筋笼。（2）导管安装前进行试拼和试压、试拉，确保接头连接牢固、死扣严密，防止漏浆。（3）导管安放在钻孔中央，在灌注前进行升降试验，试验合格后固定在灌注架上。导管下口距孔底约40cm。（4）灌注首批混凝土要进行计算，确保首批混凝土入孔后导管埋入混凝土的深度不小于1m，且保持孔内外水位差要求。（5）混凝土连续进行浇筑，浇筑过程中经常测量孔内混凝土顶面位置，保持导管埋深在1～3m范围。（6）拆除导管时，严格控制导管提升高度，保持导管埋深不小于1m，避免导管提升过高，造成断桩事故。（7）当混凝土浇筑面接近设计标高时，采用取样盒等容器直接取样，以确定混凝土顶面的位置，保证混凝土顶面浇筑到桩顶设计高程以上1.0m左右。'