我國巖溶地區(qū)橋梁樁基施工方法
2010-12-01
1、工程概況
此特大橋位于南方某鎮(zhèn)全長5321.3m，設(shè)有164個(gè)墩（臺），1334根樁，根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)鉆探資料顯示，溶洞樁有507根，均為柱樁，嵌入弱風(fēng)化灰?guī)r。橋址所處地質(zhì)巖溶極為發(fā)育，地質(zhì)情況復(fù)雜，溶洞大概可分為一般溶洞，葫蘆串型溶洞，特大型溶洞。以充填溶洞為主。本橋環(huán)境水具有中等侵蝕性，環(huán)境土具有弱酸性腐蝕。
2、施工方案
由于橋址所處地質(zhì)巖溶發(fā)育，各工點(diǎn)情況不盡相同，溶洞充填物一般為軟塑狀或松散等物，所以鉆孔施工過程中容易出現(xiàn)漏漿、塌孔、卡鉆等事故，造成施工困難，所以在施工中必須熟悉各工點(diǎn)的具體情況，選擇合適的施工方法，以保證施工質(zhì)量、安全和順利進(jìn)行。
2.1施工準(zhǔn)備
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況平整場地，做好鉆孔施工平臺。墩位溶洞較復(fù)雜的，泥漿池盡可能大些，盡量能滿足儲備單根樁的泥漿量。結(jié)合現(xiàn)場地形狀況，鋪設(shè)給水管道，鑒于墩位溶洞復(fù)雜情況，在附近備好漏漿回填所需的黏土、片石（長邊15cm左右）、水泥，以便漏漿時(shí)能迅速補(bǔ)給避免孔內(nèi)發(fā)生大面積坍塌。研究墩位地質(zhì)情況，決定開孔順序，做好技術(shù)交底，提出保證工程質(zhì)量和施工技術(shù)安全的技術(shù)措施。根據(jù)地質(zhì)巖溶節(jié)理裂隙走向，溶洞的大小、多少、巖面的高低等條件進(jìn)行，一般由深到淺、由多到少、由大到小的原則確定，有利于及時(shí)封閉溶洞，隔斷通道。對特大型溶洞或者地質(zhì)較復(fù)雜溶洞，制定好具體的處理措施，備足材料，經(jīng)過研究，采用高壓注漿方法加固，注漿時(shí)選擇外圍側(cè)樁。對溶洞形狀較復(fù)雜和多層溶洞，要提出地質(zhì)鉆孔資料，做好確保施工質(zhì)量和安全的技術(shù)措施，在開工前向工班做好技術(shù)交底。
2.2施工工藝
2.2.1鉆機(jī)選擇
?。?）回旋鉆機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：成孔速度快、清孔快，護(hù)壁效果好。缺點(diǎn)：鉆頭提起慢漏漿后容易埋鉆，穿過溶洞時(shí)容易偏孔。
（2）沖擊鉆機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：鉆頭提起快，糾偏孔容易，適合于所有巖層。缺點(diǎn)：穿過溶洞時(shí)容易卡鉆，過黏土層容易糊鉆。經(jīng)比選，采用沖擊鉆機(jī)成孔，對溶洞的處理也較方便。
2.2.2護(hù)筒埋設(shè)
一般樁位，護(hù)筒長度達(dá)到2.0m即可，河溝邊護(hù)筒須穿過河溝床。對塌孔全回填后重新開孔樁，護(hù)筒根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加長到3.0m～6.0m，埋設(shè)時(shí)護(hù)筒外緣采用黏土回填密實(shí)。對地質(zhì)較差的情況，開孔時(shí)可加些泥塊和片塊，沖擊加固護(hù)筒刃角。
2.2.3成孔
開始鉆孔時(shí)。宜采用小沖程，使成孔堅(jiān)實(shí)、豎直、圓順。對繼續(xù)鉆孔起導(dǎo)向作用。鉆進(jìn)深度超過鉆頭全高加沖程后，方可進(jìn)行正常沖擊，沖程以2.0m～3.0m為宜。但在下列情況時(shí)，應(yīng)采用2.0m以下的中低沖程。①在斜面開孔及在護(hù)筒內(nèi)和在護(hù)筒刃腳以下2.0m～3.0m范圍內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)；②在停鉆投泥重新開鉆時(shí)；③當(dāng)遇到局部砂層或溶洞時(shí)；④在拋石回填重鉆以及在處理特殊情況時(shí)。
在巖溶地區(qū)由于地層情況復(fù)雜，鉆孔時(shí)應(yīng)對不同的地層采用不同的沖擊方法，以保證鉆孔質(zhì)量和鉆孔的順利進(jìn)行。
?。?）在卵石層中，泥漿比重應(yīng)在1.4左右，以加強(qiáng)護(hù)壁和防止?jié)B漏。沖程可以較大，以便破碎卵石。
?。?）砂層或淤泥層中沖擊時(shí)，應(yīng)投黏土并摻人小片石，采用小沖程沖擊，將黏土和片石擠進(jìn)孔壁加固。遇有流砂現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)增大泥漿比重，提高孔內(nèi)壓力，并投黏土塊和小片石，采用小沖程。
?。?）在溶洞中鉆進(jìn)，由于樁孔進(jìn)入溶洞范圍內(nèi)，溶洞不是整齊的，頂板和底板犬牙交錯(cuò)，高低不平，鉆進(jìn)溶洞頂板及底板都存在一個(gè)斜面開孔問題，因此必須采取相應(yīng)措施。根據(jù)地質(zhì)柱狀圖掌握鉆進(jìn)標(biāo)高或沖擊聲判斷，鉆進(jìn)接近頂板0.3m～0.5m時(shí)應(yīng)控制沖程在1.0m以內(nèi)?？斩磧?nèi)鉆進(jìn)須分層面填黏土坯和石塊，經(jīng)反復(fù)沖砸形成泥壁，堵塞原洞內(nèi)填充物的活動通道，防止孔壁坍塌和泥漿流失。鉆頭在洞內(nèi)沖擊高低不平的巖面時(shí)，或一面有巖，一面懸空時(shí)，容易造成卡鉆或斜孔事故。糾偏方法是拋填片石和黏土坯或用低沖程打密，反復(fù)循環(huán)多次，保證沖孔質(zhì)量。
?。?）對于特大型空溶洞或半充填的溶洞，采用內(nèi)套護(hù)筒隔離上部松軟地層的方法進(jìn)行處理。采用長護(hù)筒時(shí)，護(hù)筒與巖石面接觸處的造壁處理。如打入巖面的鋼護(hù)筒刃腳只有一點(diǎn)或幾點(diǎn)接觸巖面，在護(hù)筒刃腳下，用10cm～15cm邊長的片石和黏土，以低沖程反復(fù)沖砸，擠壓泥石堵塞溶洞，形成堅(jiān)實(shí)的泥石壁，保證施工過程不坍不漏。鋼護(hù)筒準(zhǔn)備通過溶洞時(shí)，先用鉆頭沖擊若干次后再將鋼護(hù)筒打至下一層的巖面。為防止掉鉆頭，要求每班檢查1-2次鋼絲繩、卡扣、滑車、鉆頭、卷揚(yáng)機(jī)等機(jī)具設(shè)備，若發(fā)現(xiàn)鋼絲繩在同一旋距內(nèi)斷絲超過2根，則應(yīng)予更換，其他機(jī)具發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理或更換。在鉆孔中，必須隨鉆隨取樣。鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，及時(shí)清孔，盡量減少孔內(nèi)沉淀，便于再次清孔。清樣、投片石及黏土坯數(shù)量要做好記錄，鉆進(jìn)資料應(yīng)齊全完整，并有崗位負(fù)責(zé)人簽字。沖孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)施工單位要立即檢查孔位、孔深、孔徑、孔形、斜度，確認(rèn)滿足設(shè)計(jì)要求后填寫鉆孔記錄表，經(jīng)工點(diǎn)技術(shù)負(fù)責(zé)人簽認(rèn)后，方可進(jìn)行下道工序。
2.2.4清孔
在鉆孔距設(shè)計(jì)標(biāo)高10cm時(shí)就開始清孔，第一次清孔時(shí)就清干凈巖樣，待下完鋼筋籠后再次清孔時(shí)方便快速，以能感覺到孔底巖石為完畢。對多次坍孔的情況，以孔底干凈為主，對孔較深難以清干凈時(shí)采用加雙泵或加壓的措施。
2.2.5安裝鋼筋籠
鋼筋籠主筋接頭采用單面搭接焊，每一截面上接頭數(shù)量不超過50％。加強(qiáng)箍筋與主笳連接全部焊接。鋼筋籠的材料、加工、接頭和安裝符合要求，鋼筋骨架的保護(hù)層厚度由厚7cm的圓形C30水泥砂漿墊塊來保證，砂漿墊塊按豎向每隔2m設(shè)一道，每一道沿圓周布置6個(gè)。使用16t汽車吊裝鋼筋籠。并在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土過程中發(fā)生浮籠現(xiàn)象。
2.2.6灌注水下砼
水下混凝土坍落度采用180mm～200mm，灌注混凝土開盤后，首批連續(xù)人孔混凝土量。必須滿足導(dǎo)管底節(jié)埋人混凝土深度不小于1m.水下混凝土應(yīng)連續(xù)灌注，不得中間停頓。在灌注中，要根據(jù)灌注速度提升導(dǎo)管，但導(dǎo)管埋人混凝土的深度，不得小于2m，并不宜大于6m.水下混凝土灌注面：應(yīng)高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m，以便清除浮漿，確?；炷临|(zhì)量。
2.2.7質(zhì)量檢測
所有鉆孔樁樁身混凝土質(zhì)量均進(jìn)行樁基無損檢測。按設(shè)計(jì)要求在鋼筋籠安裝時(shí)預(yù)埋聲測管，成樁后進(jìn)行超聲波檢測。對質(zhì)量有問題的樁，鉆取樁身混凝土鑒定檢驗(yàn)。
2.3成樁出現(xiàn)問題及處理措施
由于本工程不良的地質(zhì)狀況。必須針對成樁過程中有可能出現(xiàn)的意外情況，采取以下必要的預(yù)防及處理措施：
2.3.1挖孔樁混凝土護(hù)壁底部碎石層坍孔
?。?）發(fā)生原因：挖孔至碎石層時(shí)，地下水沖刷嚴(yán)重，碎石土局部垮塌。
?。?）采取措施：鉆進(jìn)前向孔內(nèi)回填做成球狀的優(yōu)質(zhì)黏土團(tuán)夾部分塊石2m-4m，鉆機(jī)小沖程反復(fù)沖砸，在混凝土護(hù)壁底部形成緊密不塌不漏的可靠護(hù)壁，同時(shí)將泥漿調(diào)黏，比重調(diào)升至1.6左右。
2.3.2鉆進(jìn)過程中漏漿
發(fā)生原因：鉆孔樁位有溶洞。
采取措施：①在孔口附近備足優(yōu)質(zhì)黏土、片石，當(dāng)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時(shí)，立即用挖掘機(jī)向孔內(nèi)回填黏土，必要時(shí)向孔內(nèi)投入整袋水泥進(jìn)行堵漏。②如漏漿數(shù)量有限，在回補(bǔ)漿液后漿面恢復(fù)，則表示遇到的是不連通溶洞，若進(jìn)尺正常，則表明溶洞較小，可繼續(xù)鉆進(jìn)；若進(jìn)尺突然加快，則表明遇到較大的填充物不密實(shí)的溶洞，向孔內(nèi)拋填片石和團(tuán)狀黏土反復(fù)沖砸，使孔周圍形成完整的護(hù)壁，繼續(xù)鉆進(jìn)。③如漏漿數(shù)量較大，回補(bǔ)漿液后，孔內(nèi)漿面不回升，則表明遇到了連通的地下溶洞，采用向孔內(nèi)拋填片石和團(tuán)狀黏土，再反復(fù)沖砸的辦法進(jìn)行堵漏，直至漿面不再下降。④如判斷溶洞較大，溶洞內(nèi)無填充物或填充物較少時(shí)，可選擇向孔內(nèi)放入固定的鋼管，鋼管上置碎石料斗，向洞內(nèi)灌入碎石，投料時(shí)振動鋼管以防止堵塞。注漿時(shí)注漿管必須插入填充物底部，邊注漿邊緩慢提升。為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)，可采用間歇注漿方式，注漿10天后可進(jìn)行鉆孔。
2.3.3卡鉆
?。?）發(fā)生原因：①原有混凝土護(hù)壁碎裂、脫落；②碎石層中或溶洞填充物中碎石下落；③鉆頭擊穿溶洞頂部；④出現(xiàn)探頭石梅花孔、溶洞、溶槽等。
（2）采取的預(yù)防處理措施：①為防止挖孔段混凝土護(hù)壁脫落而造成卡鉆，在起鉆、下鉆過程中慢起慢放；②為防止碎石下落造成卡鉆，在穿越碎石層、溶洞時(shí)，向孔內(nèi)拋填熟黏土團(tuán)，同時(shí)調(diào)高泥漿比重；③當(dāng)鉆進(jìn)至較大溶洞頂部時(shí)，改用小沖程沖砸；④準(zhǔn)備鋼軌焊制的小鉆頭，在出現(xiàn)卡鉆時(shí)，用小鉆頭沖擊，砸碎卡鉆物體；⑤如已發(fā)生卡鉆，應(yīng)仔細(xì)分析原因，以免越卡越緊或發(fā)生掉鉆。
2.3.4斜孔、彎孔
?。?）發(fā)生原因：由于溶洞的存在、斷裂帶或其他原因，地質(zhì)不均勻。
?。?）采取措施：隨時(shí)觀察鋼絲繩的位置，如發(fā)生偏移，表示已發(fā)生斜孔，如傾斜度在規(guī)范允許偏差內(nèi)，可繼續(xù)鉆進(jìn)，如超出規(guī)范，則采取向孔內(nèi)反復(fù)回填片石，反復(fù)修孔。
2.3.5清孔過程中漏漿
?。?）發(fā)生原因：清孔過程中較稀的泥漿沖洗，可能使原先被堵上的溶洞重新漏漿。
?。?）采取措施：①測量孔底沉碴厚度，若沉碴明顯減少，則表明漏漿位置處于孔底，該層不宜作為持力層，則按上述第四條情況處理，繼續(xù)鉆進(jìn)，直至下一巖層內(nèi)50cm；②若漏漿數(shù)量有限，可繼續(xù)清孔，正常施工；③若漏漿無法回補(bǔ)滿，孔內(nèi)沉碴厚度無變化，則查看原有鉆進(jìn)記錄，判斷該孔在哪個(gè)深度上漏漿，采用回填團(tuán)狀熟黏土至溶洞以上，沖擊堵漏，直至正常；④若無法堵漏可采取樁內(nèi)預(yù)埋壓漿管，采用樁底后壓漿技術(shù)處理孔底沉碴。
2.3.6灌注過程中漏漿
?。?）發(fā)生原因：原有的溶洞堵口又被比重較大的混凝土壓破。
?。?）采取措施：①灌注現(xiàn)場始終保持兩輛以上的罐車待灌；②在灌注混凝土?xí)r，始終保持孔口以上導(dǎo)管長度5m左右；③若遇灌孔時(shí)漏漿，則將導(dǎo)管隨漿面同時(shí)下放，保持導(dǎo)管埋深；④若出現(xiàn)大方量超灌，且混凝土面不上升，可在灌注一定方量后暫停片刻，再進(jìn)行灌注；⑤灌孔前通知混凝土供應(yīng)商保證混凝土供應(yīng)。
2.4施工過程中技術(shù)措施
2.4.1鉆孔過程中發(fā)生漏漿
發(fā)生原因：本工程施工過程中多次發(fā)生了連續(xù)漏漿現(xiàn)象。深度達(dá)4m～12m左右。鉆進(jìn)過程中發(fā)生漏漿，極易導(dǎo)致碎石層和強(qiáng)風(fēng)化層發(fā)生坍孔，進(jìn)而危及行車和現(xiàn)場施工人員機(jī)械的安全。
采取措施：根據(jù)實(shí)際漏漿情況，采用應(yīng)急預(yù)案在最短的時(shí)間內(nèi)對樁孔進(jìn)行回填處理，再反復(fù)沖砸，有效地解決了漏漿問題。
2.4.2卡鉆
發(fā)生原因：施工中出現(xiàn)了卡鉆現(xiàn)象，分析原因主要是碎石層護(hù)壁不夠牢固，導(dǎo)致個(gè)別大孤石滾落造成卡鉆。
采取措施：根據(jù)鉆進(jìn)記錄顯示，鉆進(jìn)過程中在碎石層中曾發(fā)生過偏孔現(xiàn)象，因此推斷孔位位置有較大孤石，而卡鉆位置又與偏孔位置基本一致，因此根據(jù)應(yīng)急預(yù)案采用鋼軌制小鉆頭反復(fù)沖擊的方法，將大孤石卡鉆部分砸碎，解決了卡鉆問題。
2.4.3清孔時(shí)發(fā)生漏漿
采取措施：現(xiàn)場采用向孔內(nèi)補(bǔ)充漿液的方法，但泥漿面一直穩(wěn)定在孔口下6.5m不上升。遂向孔內(nèi)回填10m堵漏，并反復(fù)沖砸，仍不成功，此時(shí)孔底沉碴厚度為34cm。在用撈碴筒撈碴后，仍不滿足柱樁樁底沉碴厚度要求。在報(bào)經(jīng)設(shè)計(jì)及監(jiān)理同意后，采用沿鋼筋籠埋設(shè)2根壓漿管，待混凝土灌注結(jié)束2天后，向樁底壓入水泥漿的方法處理。
2.4.4水下混凝土灌注過程中漏漿
本工程右幅某樁設(shè)計(jì)孔深27.49m，鉆孔過程中在孔深22.5m處發(fā)生漏漿，漏漿高度7m。灌注水下混凝土?xí)r，當(dāng)混凝土面高度到16m時(shí)，突然發(fā)生混凝土漏失，混凝土面從16m迅速降至21m左右。
采取措施：由于事先做好了應(yīng)急準(zhǔn)備，混凝土漏失后，立即將導(dǎo)管隨漿面下插，并連續(xù)進(jìn)行混凝土灌注，避免了斷樁事故的發(fā)生。
2.5施工安全注意事項(xiàng)
?。?）鉆架的滑輪要靈活（應(yīng)采用滾珠軸承，滑輪直徑不小于繩徑的18倍，嚴(yán)禁使用輪緣已破損的滑輪）。
（2）鋼絲繩要勤檢查、勤保養(yǎng)，斷絲超過規(guī)定值的要及時(shí)更換。鋼絲繩的卡子要經(jīng)常檢查，松動的卡子要及時(shí)補(bǔ)擰。
?。?）起落鉆頭速度應(yīng)均勻，不得突然加速，避免碰撞護(hù)筒和孔壁。
?。?）施工中要注意：風(fēng)、水、電安全可靠，井孔周圍清潔整齊，有足夠的照明，交通道路的腳手板、防滑欄桿等平順牢固。
（5）出現(xiàn)漏漿時(shí)，鉆頭要迅速提起，以避免后來提起時(shí)出現(xiàn)塌孔拉翻鉆機(jī)。
?。?）對工人應(yīng)進(jìn)行安全教育、操作規(guī)程教育，嚴(yán)防發(fā)生工程質(zhì)量和人身事故。
