陳天霄
摘 要:永和大橋約80%橋梁長度位于灰?guī)r區(qū),地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜,巖溶發(fā)育程度高,巖溶成串出現(xiàn),基巖內(nèi)鉆孔長度大,樁基礎(chǔ)施工是大橋質(zhì)量和工期的關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞:永和;灰?guī)r;溶洞;鉆孔樁;壓漿
1 工程概況
吉安永和大橋新建工程為105 國道吉安中心城區(qū)改道跨越贛江、溝通青原區(qū)與吉安縣永和鎮(zhèn)的一座特大橋梁。橋位位于京九鐵路吉安贛江大橋上游約680 米,橋梁走向與京九鐵路橋平行。全長2.419km,起訖里程為K1937+307~K1939+726。整個工程包括吉安永和大橋(1.481Km)及吉安岸引道道路工程(0.936Km)。
吉安永和大橋自東向西分為東引橋、跨贛江通航孔主橋、西引橋三部分。
大橋上部結(jié)構(gòu)采用預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁及T梁,下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、承臺及鉆孔樁基礎(chǔ)。
2 主要技術(shù)難題
本橋約80%橋梁長度位于灰?guī)r區(qū),地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜,巖溶發(fā)育程度高,巖溶成串出現(xiàn),基巖內(nèi)鉆孔長度大,樁基礎(chǔ)施工是大橋質(zhì)量和工期的關(guān)鍵。本文重點講述巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法及施工工藝。
3 巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法及施工工藝
3.1 溶洞統(tǒng)計
永和大橋所處場地巖溶極發(fā)育,溶洞大小0.30~37.00m,溶洞呈無充填、半充填,充填物為碎石,位于灰?guī)r區(qū)鉆孔大部分揭示有溶洞,見洞率95%以上。
3.2 主要施工工藝
3.2.1關(guān)鍵技術(shù)
巖溶地區(qū)鉆孔樁施工的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證成孔過程中不漏漿、或雖漏漿但不發(fā)生塌孔,保證樁孔成孔順利,并滿足承載力要求。
鉆孔樁基礎(chǔ)施工前,除根據(jù)設(shè)計提供的初勘、施勘地質(zhì)資料外,還進行補勘、電磁波層析CT探測等多層次勘察,根據(jù)各墩不同地質(zhì)條件,鉆孔施工時先考慮拋填片石、回填砂及粘土,沖擊鉆將回填物擠入孔壁,溶洞如較大,拋填片石并壓充水泥漿。施工時注意孔內(nèi)水頭保持,防止塌孔。
3.2.2主要施工方法
3.2.2.1對溶蝕發(fā)育輕微、空洞不大、施工時漏漿量小的樁基施工
采用正常成孔方法施工,當鉆穿溶洞漏漿時,反復投入粘土和片石,利用鉆頭沖擊將粘土和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中,增大孔壁的自穩(wěn)能力。
⑴施工工藝流程
施工準備→埋設(shè)護筒→移動鉆機、定位→護筒內(nèi)投入粘土、片石等→鉆孔→抽碴→ 吸泥清碴。
⑵主要施工要點
①開孔時用小沖程沖擊鉆孔,要打得準、打得穩(wěn),間斷沖擊,少抽碴。
②加入小于15cm片石,反復沖擊2-4次,擠密護筒底部周圍土層。
③密切注意觀察鉆機工作情況,周圍地表沉降和護筒內(nèi)水位變化,防止不正常情況發(fā)生。
④根據(jù)地質(zhì)柱狀圖,在接近溶洞時勤觀察、勤檢查,憑手握沖擊主繩的手感,鉆頭沖擊巖層的響聲,抽取的巖樣判斷是否接近巖溶地層。
⑤接近巖溶時,主繩松繩量應(yīng)為1-2cm,防止擊穿巖殼時卡鉆。
⑥鉆穿巖溶地層上殼時,一旦漏漿,要及時投放粘土塊、片石并補水,保持孔內(nèi)水位高度。
3.2.2.2空洞較大且充填物為軟塑狀的單層溶洞條件下的樁基施工
采用振動錘下沉鋼護筒到基巖,然后沖擊鉆孔至溶洞頂板,利用沖擊鉆鉆穿溶洞頂板后,灌注低標號混凝土,使混凝土面高于溶洞頂面,混凝土灌注時采取間歇方式,待混凝土達到一定強度后再繼續(xù)鉆孔,穿過低標號混凝土成孔。
⑴施工工藝流程
⑵施工要點
反循環(huán)沖擊鉆機:采取沖擊成孔時,為防止沖擊振動使鄰孔壁坍塌或影響鄰孔剛灌注的混凝土凝固,待鄰孔混凝土灌注完畢24H后開鉆。
鋼護筒下到巖面后,即開始對覆蓋層和頂板機械沖鉆。在覆蓋層中采用正反循環(huán)鉆進,沖鉆方法與一般沖擊鉆孔相同;在巖石地層中以十字型鉆頭沖擊基巖成孔,鉆進方式為泵吸反循環(huán)。巖層中鉆進時,泥漿濃度控制在1.15-1.20.當鉆穿巖溶頂板時暫停鉆孔,拆移鉆頭,進行溶洞區(qū)水下混凝土的灌注。
3.2.2.3充填物為流塑狀或空洞較大的多層溶洞條件下的樁基施工
⑴施工要點
采用雙護筒跟進方式?jīng)_擊成孔
①外護筒直徑較設(shè)計樁徑大20cm,內(nèi)護筒直徑較設(shè)計樁徑大5cm.
②施工程序:根據(jù)地質(zhì)鉆探資料提供的溶洞分布情況,按照先短后長,先易后難,先外后內(nèi)的原則確定各樁施工順序。
③外護筒下沉到巖面后,開始對覆蓋層和頂板機械沖鉆,其鉆孔方法與傳統(tǒng)的沖擊鉆方法相同,但成孔的樁徑比設(shè)計樁徑大7cm,以便內(nèi)護筒順序通過頂板。
④當鋼護筒打至第一層巖面或穿過溶洞到下一層巖面時,為使開孔堅實、豎直、圓順和對繼續(xù)鉆孔起導向作用,在鉆孔前拋0.5-1.0m3的小片石和適量粘土,借鉆頭沖擊力把泥漿、石塊擠向孔壁,以加固護筒刃腳。
⑤當內(nèi)護筒下沉到位后,在內(nèi)外護筒間進行拋石壓漿處理,以增加護筒的整體剛度。之后進行內(nèi)護筒的排泥和穩(wěn)固巖面的鉆孔。
⑥雙護筒沖擊鉆孔采用吸泥法清孔。為使鉆孔樁混凝土與孔底巖體粘接良好,灌注水下混凝土之前需用高壓水沖射排除殘碴。
⑵護筒刃腳固結(jié)處理
當護筒打至第一層巖面或穿過溶洞到下一層巖面時,鋼護筒周邊不可能與巖面完全接觸,加上巖面一般較傾斜,內(nèi)護筒與巖面之間一般會形成較大間隙,若不加以固結(jié),在入巖沖進過程中會成為樁孔與樁外的通道,極易造成埋鉆和過護筒腳時產(chǎn)生偏孔或斜孔,在施工中利用沖擊成孔時對孔壁會產(chǎn)生擠壓的特點,在鋼護筒刃腳范圍內(nèi)拋填塊石、粘土,用2-4m沖程進行沖壓,使其密實造壁,反復多次,直至孔底平整再向下沖進。
3.2.2.4巖溶發(fā)育且對墩臺樁基有影響的樁基施工
在樁基施工前后進行石粉加水泥壓漿堆填處理,使溶洞封閉,鉆孔過程中不漏漿。
⑴壓漿工藝
⑵施工要點
鉆注漿孔:根據(jù)地質(zhì)情況在每根樁的中心位置鉆注漿孔,通過取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細情況。
施工方法:鉆機采用XU-600型地質(zhì)鉆機,開孔采用φ108mm巖芯管開孔,鉆進分層采樣,直至鉆入基巖面0.5m以下后,下φ108mm套管,并嵌入基巖;套管露出地表0.2-0.5m。用75號水泥砂漿固結(jié)套管,并將孔口套管四周搗實封閉,防止?jié){液從套管周圍串出,影響注漿效果。待固結(jié)套管水泥初凝后,繼續(xù)鉆進,循環(huán)水采用清水。根據(jù)取出的巖芯確定巖溶發(fā)育特征。洗孔后按要求做注水試驗,擰上孔口蓋。
壓漿:壓漿設(shè)備主要為JS350攪拌機、KBY-30/120型注漿泵。在壓漿前先進行注水試驗,確定單位長度吸水量。漿液選用石粉水泥漿,用32.5級水泥,石粉水泥漿配合比為水:水泥:石粉=1:1:0.8。壓漿時注漿壓力不宜太大,控制在0.5-1.0MPA范圍,具體壓力值由現(xiàn)場試驗確定。為防止?jié){液流失太遠而造成浪費,采用間歇注漿方式,使得先注入的漿液初步達到膠
結(jié)后再注漿,循環(huán)注漿多次,直至達到規(guī)定的單位注漿量、注漿壓力控制值為止。
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。注漿順序由現(xiàn)場自行掌握。注漿完后采用鉆孔檢查,檢查孔數(shù)為5%,根據(jù)取芯漿液填充情況直觀判斷注漿效果。
注漿完成等漿液凝固到一定強度后進行鉆孔樁的施工,施工按常規(guī)鉆孔樁施工方法。
3.2.3常見事故的處理
3.2.3.1卡錘
原因:①在基巖段成孔時由于樁錘磨損未及時修補;②在沖擊時發(fā)生掉物、掉石;③鋼絲繩沖放過多,致樁錘傾倒頂住孔壁;④溶洞底板傾斜或遇到半邊溶洞。
處理措施:①慢試法:鉆頭卡在中間任何部位時,應(yīng)將主繩徐放—收緊—徐放—收緊,反復進行使鉆頭旋轉(zhuǎn)從原位槽道提出;②沖擊法:將主繩放松3-5m,用鉆頭副繩吊一重物向下沖擊鉆頭,使之產(chǎn)生松動,主繩重復慢試法;③輔助提升法:用吊機、千斤頂或鉆機副繩穿滑車組加力提升;④水下松動爆破法:測準鉆頭被卡高度后,迅速將乳化防水炸藥捆成兩組,加配重對稱放入鉆頭刃腳部位,之后將鉆機主繩帶緊或以吊機輔助緊提,采用電雷管起爆;⑤確實無法取錘時請設(shè)計單位提出樁基修改方案。
3.2.3.2掉錘
原因:①錘體質(zhì)量有問題,造成錘體斷裂;②鋼絲繩斷裂;③進尺時遇到大溶洞,且填充物為軟塑性土質(zhì)或空洞時,因為控制進尺,沖錘一下進尺數(shù)米,引起掉錘。
處理措施:①選用打撈鉤、沖抓錐等合適的打撈工具將錘體撈起;②確實無法撈起時,請設(shè)計單位提出樁基修改方案。
3.2.3.3塌孔埋鉆
原因:施工時由于碰到溶洞或與樁位外溶洞相通的裂隙,引起突然間大量泥漿漏失。
處理措施:發(fā)生漏漿時要及時補漿補水,維持孔內(nèi)水頭,防止孔內(nèi)外產(chǎn)生過大的水頭差,并迅速堵漏。
4 結(jié)束語
本文重點闡述永和大橋巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法及施工工藝。對該施工工藝的運用和總結(jié)具有非常重要的應(yīng)用價值和實際工程意義,為該類型鉆孔樁的施工技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗。
參考文獻
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[2] 黃繩武 主編.橋梁施工及組織管理.北京:人民交通出版社,1996。