橋梁施工樁基溶洞處理
2016-06-06
橋梁施工中，樁基礎是最為常用的一種基礎形式。樁基礎建設進度和施工質(zhì)量優(yōu)劣將直接影響到整個工程的最終完工情況。長期以來，樁基施工溶洞處理問題由于比較復雜，處理起來比較棘手，令橋梁建設者十分頭痛。實際上，我們雖然承認溶洞處理上的技術難度，但并不是不可以攻克的。只要我們清楚地認識到洞穴的類型、規(guī)模、范圍等地質(zhì)結構信息，同時充分利用工程機械、材料等，就能將橋梁施工中樁基溶洞難題迎刃而解。
1 樁基溶洞處理主要方案
在不同地質(zhì)條件下，針對溶洞的具體特點，橋梁樁基溶洞處理的主要方案包括以下幾種：
1.1 挖孔樁施工方案。挖孔樁施工方案適用于樁基土壤沒有較厚的砂石層或砂層，并且溶洞地下水位偏低。
1.2 鉆孔樁施工方案。鉆孔樁施工方案適用于樁基土壤中存有較多的砂石、中粗砂、碎石等，并且有大量地下水涌出。
1.3 護筒跟進施工方案。護筒跟進施工方案適用于樁基溶洞上方的砂礫層較厚的情況。以護筒跟進樁基，可以有效防止孔壁的坍塌。
1.4 挖鉆結合施工方案。當?shù)刭|(zhì)條件較為復雜，采用挖鉆孔施工方法時，由于無法掌握地下水位的具體情況時，可以采用挖鉆結合的方案方法。
2 樁基溶洞處理施工方法
2.1 適用于鉆孔處理的溶洞
沖擊鉆取孔施工方法下，遠離樁位置設置沖擊鉆的支撐點，不能取可能導致溶洞坍塌范圍內(nèi)的支點，因此，需要估算鉆機支撐點的安全距離。嚴禁直接在孔口安置鉆機，而且鉆機必須用繩子牢固綁拉。當鉆機安裝到位后，鉆機的頂部和機座應保持平穩(wěn)，開機狀態(tài)下不產(chǎn)生位移或沉陷。
2.1.1 當鉆機打至距溶洞頂約1米時，必須準備充足的片石材（厚約5?20厘米）和粘土。粘土和水作成球狀（直徑15?20厘米）。如溶洞為半填充和非填充的溶洞，還應備足水源。此外，鉆機在作業(yè)到1-1.5米時內(nèi)應當變換沖程，逐漸擊穿溶洞頂部，防止鉆頭被卡。
2.1.2 密切觀察鉆孔施工的進度。當即將鉆穿溶洞頂部之前時，必須派專人觀測護筒里泥漿表面的情況。一旦發(fā)現(xiàn)泥漿面迅速下降，應及時補充水。
2.1.3 對于樁基下的大型、特大型溶洞或半充填溶洞，且上方有厚礫石層時，為了因防止泥漿流失導致的孔壁坍塌，宜采用護筒跟進的施工方法。
2.1.4 對于小型溶洞或?qū)哟谓Y構的溶洞，為了防止樁基下的溶洞與其它溶洞合成一個大洞或形成葫蘆狀，如有需要，可先以低標號的級混凝土進行灌注，待樁基下的溶洞有所增加后再進行施工。
2.1.5 鉆孔施工結束后，應先對鉆孔的直徑、深度、形狀、垂直度以及孔底的地質(zhì)條件與設計方案進行詳細的比較，并檢查孔底深層次泥漿沉積厚度。待所有項目均由監(jiān)理工程檢查合格后，方可進行清孔。
2.2 適用于挖孔處理的溶洞
2.2.1 樁基孔壁支護設計與施工。為了確保施工過程的安全性，樁基孔壁應用鋼筋混凝土進行防護，內(nèi)部和外部的結構呈齒形，鋼筋放置在孔壁的內(nèi)側，厚度為15厘米。一般采取現(xiàn)澆混凝土的方法，施工中選用自制鋼模板，孔壁的每段由三塊鋼模板的組裝形成。在澆注混凝土時，先拆卸上一節(jié)的模板再用到下一節(jié)中，以此自上而下的進行周轉。U形卡將每塊模板進行連接，上部和下部由槽鋼圈固定緊密，不再另行設支撐物，方便混凝土的澆筑和下段的挖掘施工。
2.2.2 開挖井孔。挖掘井孔時，為了增大孔壁的摩擦力，應盡量使孔壁不平整。具體的開挖方法視土壤的性質(zhì)決定：土壤屬于亞粘土或粘土等不透水層，比較適宜挖孔，挖孔工具選用短柄鐵鍬，開挖深有1米左右應立即用鋼筋混凝土作護壁；土壤屬于礫石、碎石、粉性粘土等半透水層或透水層時，每開挖1.0-0.5米左右就必須快速做好護壁，以防止塌孔。工程施工到砂層時，每20厘米在上層的護壁外打入直徑20的鋼釬，并在鋼釬上用草袋進行防護，待水被抽干后再澆筑混凝土，每節(jié)的最大施工高度不超過每節(jié)0.5米。
施工作業(yè)人員在挖孔進尺距離頂面約1米的時候，需要系好有可靠連接的安全帶。在有可靠安全帶的保障之后，采用鉆孔的辦法來檢測內(nèi)部承壓水是否存在，如果其內(nèi)部有承壓水就需要等待至其流盡后，再采取措施抽水并接著開挖。當溶洞的頂蓋打通，我們可以排除洞內(nèi)的水或者泥漿之后，將小動物活體放入其中三十分鐘，如果小生物依然活著且正常就可以讓工作人員進入其中。依照工作人員在溶洞中的檢查情況，可以考慮使用磚砌外圈，改外圈需要有足夠的厚度與剛度。在此之后可以采用立模澆筑鋼筋混凝土來保護。當處理完這些之后方可往下挖進。
進入溶洞后，要根據(jù)溶洞內(nèi)填充物的情況分別采取不同的措施。若為空溶洞，首先將積水抽干，用磚砌外圍，然后立模澆筑鋼筋混凝土；若溶洞內(nèi)有填充物，則根據(jù)填充物的種類分別采取不同的措施：
a.填充物是中粗砂、粉細砂時，挖進時應淺進尺，強支護，沿上層護壁外圍每20厘米打入直徑20毫米的鋼釬，然后鋼釬上綁扎草袋作為防護，每節(jié)最大高度0.5米。
b.填充物為軟塑狀黏土、含碎石粉質(zhì)黏土時，采用短柄鐵鍬進行開挖，每挖深1米左右就及時護壁。
3 溶洞處理的其他方法
對于一些地質(zhì)構造特殊的溶洞，當其裂隙發(fā)育較廣，用灌注低標號混凝土填堵無法封住裂隙時，可采取注漿措施，提供成孔條件穿過溶洞。
3.1 根據(jù)地質(zhì)情況在每一根樁的中心位置或橋墩承臺的四角鉆注漿孔，鉆注漿孔也是對地質(zhì)情況的進一步勘探，通過取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細情況。
3.2 用注漿泵注漿，注漿壓力不宜太大，控制在0.5兆帕～1.0兆帕范圍，具體壓力值由現(xiàn)場試驗確定。速度為15升／分鐘～20升／分鐘，其目的是使?jié){液滲透到填充物內(nèi)(包含灌入的砂或碎石)，然后固結，滲透最小直徑定為3.0米，以保證沖鉆成孔時有足夠的固結體。
3.3 單花管注漿，管頭花管段長度為100厘米，孔眼直徑和問距根據(jù)現(xiàn)場試孔后確定，注漿管外徑為70毫米，比鋼套管內(nèi)徑要小。注漿時，通過注漿泵上的PQ儀分析確定注漿的速度和結束時間，壓入量根據(jù)滲透半徑、固結體積來計算，公式為：
Q= πR2Hβμα(1-γ)λ
其中，R為滲透半徑；H為溶洞高度；μ為填充物的孔隙率；α為超灌系數(shù)；λ為地區(qū)性經(jīng)驗系數(shù)；γ、β分別為充填率與充填系數(shù)。這些參數(shù)和系數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。
3.4 為防止?jié){液流失太遠造成浪費，采用間歇注漿方式，使得先注入的漿液與砂子(或碎石)初步達到膠結后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達到規(guī)定最小注漿量和注漿壓力控制值為止。
3.5 注完一個孔后，繼續(xù)對其余孔進行注漿，后注漿的壓力必須調(diào)高，最后封孔。注漿順序依據(jù)施工情況自行掌握。
4 結語
溶洞處理是橋梁樁基施工中難度較大的技術問題，由于其具有不可預見性、復雜性、危險性等特點，在處理過程中應綜合分析各種資料和數(shù)據(jù)，針對不同的溶洞類型制訂相應的處置方案，對隨時出現(xiàn)的新情況做好充分的準備。
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