岩溶地基桥梁桩基施工技术
2009-09-28
工程概况
京福国道主干线徐州市绕城公路四合同段跨陇海铁路特大桥,路线长0.8182ｋｍ,呈南北方向,跨径布置为6×30ｍ+3(5×30ｍ)+6×30ｍ,主跨为预应力混凝土连续箱梁,其余为预制先简支后连续结构。下部结构为明挖扩大基础,2号墩、22号～27号墩为1.5ｍ钻孔灌注桩.
位于低山丘陵与冲积平原过渡地带,以陇海铁路为界,北部岩基裸露,由一系列平行褶皱和断裂组成,地表覆盖黄褐色高液限粘土,具强膨胀性,区内有岩溶发育,多表现为小型溶洞,洞高由0.4～2.5ｍ不等,溶洞均有碎石土等填充物。
地下水不发育,主要为碳酸盐裂隙岩溶水及第四系松散物孔隙水,均对混凝土无侵蚀性。本段地震基本烈度为7度。
钻孔灌注桩施工大桥共有钻孔灌注桩32根,桩位处溶洞比较发育,设计要求逐桩探明溶洞情况,然后钻孔岩溶处理方案的原则。
(1)每根桩必须用地质钻机钻探,详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型,画图列表,为制定相应施工方案提供详实依据。
(2)对填充物进行土工试验,分析其物理力学特性,检测容重、含水量、孔隙率等,为注浆参数计算提供依据。
(3)根据地质钻探资料和填充物情况,对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。
(4)对每种处理方案,都要进行仔细的计算,施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验,取得经验数据,完善施工方案,指导施工。
(5)遇到大溶洞时,必须请监理工程师和设计单位核查,明确处理方案,并报监理批准后实施
溶洞处理方案
(1)对于封闭的比较小的溶洞,采取注浆措施,提供成孔条件穿过溶洞。若洞内无填充物或填充物不满,则采取先填充碎石或干砂,然后注浆;若充填物呈松散或软塑状态时,直接注浆固结即可;若充填物已固结呈硬塑状态时,则可以直接冲孔,但需加强泥浆护壁。
(2)溶洞内无填充物或填充物较少需向洞内填充砂子的,选择一个合适的孔位,放入并固定钢套管,将注砂管与钢套管相连接,在注浆前灌砂。根据成桩直径、围护体积的最小直径及堆积体成形规律,计算填砂量。用压风机将干砂压入,为防止洞内高压阻止灌砂,利用其它孔作为减压孔。待达到计算的填充体积,压力稳定时,即可停止。
(3)若设计要求灌入碎石则必须钻一个大孔(直径不小于30ｃｍ)放入钢管并固定,钢管上置碎石料斗,碎石粒径不大于2ｃｍ,投料时振动钢管,以防止堵塞,填充量控制与填砂控制方法相同。
(4)对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等,冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用,保证泥浆不流失,使钻孔顺利通过岩溶区。
注浆方法钻孔桩通过溶洞时钻孔施工难度大,采取注浆法是十分有效的措施。
(1)根据地质情况在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔,钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探,通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。
(2)用注浆泵注浆,注浆压力不宜太大,控制在0.5～1.0ＭＰａ范围,具体压力值由现场试验确定。速度为15～20Ｌ/ｍｉｎ,其目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂或碎石),然后固结,渗透最小直径定为3.0ｍ,以保证冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部,然后边注浆边缓慢上提,提管速度不宜太快,根据注浆速度确定,应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆,用32.5级水泥,水泥浆配合比为水∶水泥=0.8∶1.0。若需用水泥砂浆,则配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8,需要用双液浆时,水玻璃的含量根据现场试验确定。
(3)单花管注浆,管头花管段长度为100ｃｍ,孔眼直径和间距根据现场试孔后确定,注浆管外径为70ｍｍ,比钢套管内径要小。注浆时,通过注浆泵上的ＰＱ仪分析确定注浆的速度和结束时间,压入量根据渗透半径、固结体积来计算,公式为Ｑ=πＲ2Ｈβμα(1-γ)λ。式中,Ｒ为渗透半径;Ｈ为溶洞高度;μ为填充物的孔隙率;α为超灌系数;λ为地区性经验系数;γ、β为充填率与充填系数。这些参数和系数可根据现场试验确定。
(4)为防止浆液流失太远造成浪费,采用间歇注浆方式,使得先注入的浆液与砂子(或碎石)初步达到胶结后再注浆,循环注浆多次,直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。
(5)注完一个孔后,继续对其余孔进行注浆,后注浆的压力必须调高,最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。
岩溶处成孔经过处理后的岩溶处,成孔方法基本上与普通石质地层成孔方法相同,采取用ＣＺ31型冲击钻冲击的方式成孔。成孔时应注意以下几点。
(1) 冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行,一般等待时间为10ｄ左右。
(2)为防止意外,冲孔前应有备用措施,备好材料,一旦泥浆泄露,及时向孔内投放粘土、水泥和片石,依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构墙,保持孔内泥浆高度,使得冲钻顺利进行。
(3)加大泥浆质量和密度。采用优质泥浆,当缺少优质粘土时,可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末,以提高泥浆胶体率和悬浮能力,其质量配合比为黄土∶水泥∶烧碱=1∶0.2∶0.4,锯末按黄土体积的10%掺入。
(4)当岩面的倾斜较大时,钻头摆动撞击护筒或孔壁,这时,回填片石,使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。
(5)接近岩溶地段,采取轻锤冲击、加大泥浆密度的方法成孔,以防卡钻和掉钻。
岩面检验要点本工程按设计要求桩端须进入完整微风化灰岩0.80～3ｍ,工序中增加了一般地质条件下灌注桩施工所没有的全岩面检验。勘察资料及实际施工表明,本地区属岩溶强烈发育区,岩面起伏、倾角陡,沟槽、裂隙纵横,因此,全岩面的正确判断成为本工程成孔施工的关键。影响全岩面判定的因素较多,而现有的桩基技术规范、规程等均未列出统一的判定标准,受地质条件复杂的影响,全岩面的判断往往意见不一,成为质量控制的一大难题。实际施工中,根据岩溶地区地质条件的特殊性、复杂性及工程特点,经过试桩检验,主要从4个方面来进行全岩面的综合判断。
(1)以桩孔实际见岩高程始,至少进尺50ｃｍ后,可申报全岩面检验,超前钻孔柱状图揭示的岩面高程只作为参考。
(2)查阅机台施工记录,可将基岩进尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作为进入全岩面的控制速度。
(3)可观察井口钢丝绳的摆动情况,锤头触岩面时会出现轻微反弹。
(4)使用细目筛网捞取岩渣,岩屑含量50%～70%,且含泥、含砂量小于4%时,认为入岩。如出现特殊情况或判断标志不明显,意见分歧较大时,则采用钻探揭露的办法来证实,即在桩孔中心四周均匀布设4个～5个勘探孔,用工勘钻机进行钻探,用触探到的各点岩面高程进行比较,判断出全岩面。
