临沂市金雀山路沂河特大桥钻孔灌注桩施工中的溶洞处理
2017-09-04
临沂市金雀山路沂河特大桥工程全长1757.34米，宽11米。上部结构为20米预应力混凝土T型梁，基础为钻孔灌注嵌岩桩。桩径为1.5米和1.2米。桩端嵌入微风化岩石持力层不少于2.0米。最大桩长35米，共有钻孔桩212个。开始施工时由于施工图纸中地质资料不尽详细，对地质情况掌握不够准确，施工过程中发生了许多塌孔现象，为工程的施工带来了困难，也造成了一定的经济损失。对此，我们又加强了对地质的钻探。通过对已完成的各个桩的岩样分析及钻进过程的实际情况，以及补充的地质勘探资料，场地内地质情况如下：
该大桥横跨沂沭大断裂，地质结构极复杂，上部地层为河相冲积砂层，下部基岩层以安山岩、灰岩为主，场地内断裂、裂隙发育，甚至出现安山岩与灰岩互层现象。造成灰岩地层内溶洞、溶沟发育。综合区内地质情况，其不良工程地质条件有如下特点，
1地下水丰富，静止水位高，极容易引起塌孔。
2砂层较厚，一般厚度为5～15米，极易液化。
3岩溶发育。主要表现为溶洞多，有的地方同一桩基有三层溶洞重叠，钻孔过程中常因溶洞的出现而引起泥浆的大量流失，导致孔壁大面积塌坍，这是施工中的一大难点。有的地方岩层有裂隙，造成泥浆的遗漏。
二溶洞的处治措施
1险情的处理
前期施工时，由于没有详细的地质资料，及实际施工中对可能出现的险情估计不足，出现了许多难以预料的情况。先是24－B#孔出现了塌孔现象，钻机也向着塌孔的地方发生了倾斜，幸亏抢救及时，才避免了钻机滑下去的可能。为此，我们对已开钻的孔位加强了准备，机械、人员随时待命，加强防备，因此，没有造成机械损失和人员的伤亡事故。同时，我们又将这种情况及时汇报给业主，请地质钻探队对未勘探的桩位进行了补勘，及时得到了桩位的地质资料，以便做好充分的准备工作。
2处治措施
由于地质情况复杂，而且有的不可预料。施工中在采用岩溶地区常用的处理方法的基础上，又采取了如钢护筒跟进，灌注水下混凝土封堵等措施，并根据实际情况灵活采取方法处理。
(1)加强护壁泥浆
针对该地沙层较厚、孔壁易坍塌的特点，采用在泥浆中添加水泥的办法，加强孔壁强度，提高孔壁抗坍塌的能力。这种方法在应对泥浆流失速度较慢、量较少的钻孔时效果较好。
(2)钢护筒控制
为应对溶洞较大、较多，孔内泥浆流失较快，我们采用下钢护筒来控制。本工程施工工期比较短，质量要求又比较高，我们选用长的钢护筒。其优点是：制做容易，施工方便，扩孔后可直接下沉，不易错缝，还可保证桩基的垂直度和顺直度，接缝严密，混凝土浇注时不易漏浆。因为砂层的下面就是风化岩层，护筒的长度可根据砂层的厚度来确定。钢护筒的内径根据《公路桥涵施工技术规范》来确定。规范规定，钢护筒下沉的倾斜率≤1％，护筒中心偏位≤5厘米该工程桩基的桩径为1.5米，砂层厚一般为10米左右，所以护筒内径取1.7米。在钢护筒的取舍方面，一条重要原则就是从多个方案中选择不影响质量、最节约资金、最不影响工期的方案，所以在实际施工中并不是盲目地将所有桩基都下钢护筒。如果溶洞比较小，砂层较薄，就不用下钢护筒，只要控制好钻孔时泥浆稠度和比重，漏浆时补浆即可。当砂层较厚、溶洞较大时，钢护筒只需穿过砂层，不必穿过溶洞，而用片石和粘土填塞溶洞，这样可节约资金和加快进度。
(3)(i)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。(ii)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。(iii)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。(iv)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。
(4)泥浆各项指标的控制
在施工过程中，为了保证钻孔的顺利进行，而且砂层较厚，容易液化，所以我们要严格控制泥浆的各项指标，以利于有效地进行护壁。根据规范要求，钻孔泥浆由水、粘土和添加剂按适当配合比配置而成其各项指标分别为：相对密度1.2～1.4，粘度22～30，胶体率≥95％，含砂率≤4％。控制好泥浆的各项指标，可以有效护壁以减少和防止流砂塌孔。还可防止钻孔中地下水流失，使其保持饱和状态，地面不至于持续下陷，同时还起悬浮钻渣的作用。清孔后比重控制在1.2以内。
(5)水下混凝土灌注
水下混凝土灌注前的准备工作相当重要。终孔后的清孔和安放钢筋笼及混凝土导管后的清孔，需要严格控制泥浆的含砂率和泥浆比重、粘滞度等，这是特殊地质情况下的特别要求，在各项指标均达到要求后灌注水下混凝土。
三结束语
在施工中，由于施工组织得力，方案得当，桩基施工进展速度较快。已完成的桩基经检测，各项指标均合格并满足规范和设计要求。根据已完桩基的施工，总结出以下几点：
(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。
