对桥梁桩基施工中溶洞处理技术探讨Word文档下载推荐.docx
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一、工程概况
某桥起讫桩号为K0+957.580—K1+643.855,桥梁长度640.295m。
主桥与引桥下部基础设计均为钻孔灌注桩,全桥21墩台,共118根桩基,主桥桩的基础桩尖设计嵌人微风化岩层(要求大于2.5米),水下混凝土强度为C30;
引桥桩的基础桩尖设计嵌人微风化岩层(要求大于2.0米),水下混凝土强度为C25。
桩基类型有:
DΦ1.2m、DΦ1.5m、DΦ1.8m。
桥位跨河涌,地质均为多熔岩地带。
二、桩位地质存在的危害
桥址地质分层构造为(自上而下):
填筑土、淤泥、粉砂、亚粘土、粉砂、砾砂、粗砂、亚粘土、粗砂、殘积砾质亚粘土、微风化灰岩。
地质资料显示7#~21#墩段,均发现岩层多个层面分布着大小等,全填充、半填允或无填充的溶洞、土洞,这些溶洞位于灰岩层,层面标高一般为-5m~-45m不等,最深的达-66m,有些为单层分部,小的仅几十厘米,大的达十几米深,如7#-3、10#-5、6、7溶洞为多层面分布,10#-5、6、7还存在3-4层的溶洞。
桩位处流塑状淤泥层较厚,淤泥层下面几乎都有5~15m左右的砂层,当钻机冲进全允填、半充填或无充填的溶洞、土洞时,会突发漏浆,引起砂层和淤泥层同缩流失,并造成地陷,无法成桩,也直接威胁人机安全。
在开工初期,设计地质钻探只提供部分桩位钻孔地质资料,加之该溶洞区域的地质情况变化大,特别是相邻桩位地质,在采用常规推理相邻桩位地质条件进行施工时,导致多根桩位护筒与地面沉陷,形成锅状,造成桩基础施工无法正常进行,还影响到相邻桩位。
三、溶洞处理方案
溶洞的处理原则是当钻孔通过溶洞时使其孔内护壁完好牢固,防止泥浆瞬间流失、造成孔壁坍塌的发生,保障顺利成孔及水下混凝土灌注等一系列施工工序的顺利完成。
处理时应根据“一桩一孔”(主桥桩“为一桩三孔”)钻探地质资料进行分析、研究后,确定可行的处理方案。
根据地质情况,施工中对溶洞的处理主要分三种:
①桩位只有一些封闭式或规模较小(一般小于3m)的溶洞或土洞,采用常规抛填处理方案;
②桩位存在开放式的溶洞或土洞并且规模较大(大于3m),先采用常规抛填处理,在多次抛填处理没有效果时再采用钢护筒防护方案。
③对于7#-3、10#-5、6、7桩位的溶洞采用静压化学灌浆法进行预先处理的施工方法。
四、处理方案及施工技术
1.常规抛填处理方案
(1)、材料准备
抛填材料一般采用混合料比较好,可以采用片石、砖块、土包(编织袋装粘土)、粘土混合堆放,一般比例为1:
2:
l:
0.5。
抛填材料数量必须要足够并堆放在距桩孔较近易取的地方,同时配备运输车辆随时待命,另外配备不少于80m大的泥浆池及相应的抽浆设备,以便发现漏浆时能够及时补浆。
(2)、溶洞顶部冲孔
冲孔至离溶洞顶板lm左右时,加大泥浆比重,同时低冲程(高度应该控制在1米内)慢速冲进逐渐击穿顶盖,防止卡钻。
要安排专人观测护筒内泥浆面的变化情况,一旦发现泥浆面下降应迅速提锤同时进行补浆及抛填混合料,待泥浆面稳定后,继续采用低冲程慢冲挤混合料,使其形成泥石孔壁稳定穿过溶洞区。
对于一些溶洞面积相对较大,一次抛填可能达不到成孔目的,必须经过反复几次的抛填处理才能成孔。
(3)、技术要点
处理此类溶洞时,发现漏浆时处理速度要快,先抛填比重较大的材料,以防止泥浆比重和浮力较大,阻碍抛填材料迟迟达不到孔底,回填高度一般以高于淤泥层底面5~lOm或能稳住泥浆为宜,避免回填少了堵不住漏浆,回填太高又浪费材料和重新冲进时进度缓慢。
为达到安全施工,防止万一因溶洞漏浆引发地面沉陷造成钻机机身倾翻,确保人机安全,在采用本方案时须增加钻机刚性平台辅助方案。
钻机刚性平台方案的主要材料为I45#工字钢,平卧井字型布置,平台面积一般比桩机各加宽2~4m。
2.钢护筒防护方案
(1)、钢护筒制作
钢护筒材料采用Q235,板厚10mm,每节护筒度可以根据需要下孔深度及现场设备要求制作,尽量减少焊接节数,分段接长、分段振沉。
每节护筒的接长均应在外圈加焊一层宽20cm的加强板,底节刃脚则为40cm,加强板厚8cm,以防钢护筒振裂。
(2)、内套钢护筒内径确定
对有些桩孔需要套双层护筒或三层护筒,内层护筒比外层护简直径缩小10cm。
(3)、护筒的沉放方法
①根据地质资料柱状图确定护筒下孔深,原则上需把护筒套过淤泥层、砂层等冲进至粘土层以下2m或中风化砂岩、强风化砂岩上,才能确保即使突发溶洞严重漏浆,也能起到防止淤泥层、砂层瞬间回缩的作用,从而保证地面不发生沉陷,确保人机安全。
②用吊机(或冲机自吊)把护筒放人孔底,钢护筒套入接长,联接振动锤,振沉钢护筒。
振沉时应注意护筒的垂直度,可采用手拉葫芦或支撑的方法,确保轴线一致。
(4)多层溶洞钢护筒的套进
①对于多层溶洞间距相差不大的可采用一次到位套进方式。
当冲击钻冲至接近溶洞顶面时,将钢护筒套入孔内,振沉稳固,钻机低冲程击穿溶洞,抛填混合料、补浆稳定后接长钢护筒续振至溶洞底直至成孔,这种做法需用大吨位振动锤,特别是孔越深或溶洞层面越多,要求振动锤的激振力更大。
②对于多层溶洞且间距相差较大的可采用多层内套护筒套进方式。
第一层钢护筒套进并穿过第一层溶洞后,根据第二层溶洞的孔深和第一层护筒脚的深度,计算出第二层所需护筒长度,其护筒长度为第一层护筒脚至第一二层溶洞底深+2m(考虑钢护筒界面交替2m),采用钢丝绳将第二层护筒慢放入孔中,然后将钢丝绳抽出,第2层护筒形成后用冲锤内置引导护筒垂直入孔。
穿越多层溶洞则继续套入多级护筒,直至成孔。
这种做法可节约材料,但有时护筒难以沉放到位,护孔和防止漏浆较差,内置护筒不牢同,垂直度难以得到真正的有效控制。
(5)、溶洞顶部冲孔
与常规抛填一样要求,冲孔至离溶洞顶板1m左右时加大泥浆重,同时采用低冲程(高度应控制在1m内)慢速冲进逐渐击穿顶盖并及时抛填混合料及补浆。
(6)技术要点
①护筒振沉时其垂直度控制是比较关键的,如果控制不好,由于护筒下孔深度较深而产生较大的倾斜,容易造成护筒底部卡锤甚至无法冲进。
在分段连接时,必须采用导向架进行垂直度控制,上下节对焊时,下节应露出施工护筒面不少于2m,以便观测其与上节的垂直度。
对焊接口应水平,并经检查水平和垂直度符合要求后才能施工与焊接。
护简接长完毕,应再次检查和校正中点符合后才能振沉。
②混合料的堆备应比较充足,加大泥浆储量,各应急机械均应处于待命状态,随时处理出现的问题。
②冲进过程中,护筒内泥浆面设置浮标,以便操作人员随时观测泥浆面的稳定情况。
3、静压化学灌浆法
(1)采用静压化学灌浆法进行预先处理的施工方法,是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度(20MPa以上),防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生,保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序能顺利完成。
溶洞预处理施工,在钻孔桩施工之前进行,相当于在桩基础施工过程中,于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序,与桩基施工的各工序一起形成流水作业。
(2)静压化学灌浆的加固特点是浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固,并控制浆液灌注在一定范围内且不流失。
浆材的结石率为100%,即1m3体积浆材可得1m3结石体。
对溶洞中的砂、砾等土体,浆液是通过渗透作用板结砂和砾的;
对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体,浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的;
对于无填充物和半填充溶洞的空间,浆液是通过充填作用填满溶洞的。
浆液在土体中是往小主应力面方向渗透扩散的,浆液固化后,小主应力面得到加固,而原次小主应力面变成小主应力面。
小主应力面通过如此反复不断的加固,一方面渗透、挤密溶洞中土体的空隙,充填溶洞的空间,在桩体周围形成防水帷幕,防止流砂,保证护壁泥浆不流失;
另一方面,提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙,防止坍孔。
(3)灌浆施工
①钻孔:
根据溶洞的情况在桩位处钻2-4个孔径80mm的注浆孔,孔深要求达到最深溶洞的底部。
②材料:
普硅425#水泥(新标准为普硅32.5MPa水泥)与化学浆。
③工艺:
采用双液灌浆系统进行全孔灌浆,要求少量多次、反复灌浆。
④施工机械设备:
主要机械设备有BW250泥浆泵,BW150泥浆泵,100型钻机,泥浆搅拌机和贮浆槽,高压灌浆管及其配件。
五、溶洞处理要点及注意事项
①必须对岩溶区域地质构造的复杂性给予思想上的高度重视,并在施工初期就成立各相关单位及顾问、专家组成的溶洞桩基处理技术小组,详细研究桩基的地质钻探资料及设计要求,论证并制定切实可行的溶洞处理方案。
②严格遵循“一桩一孔”(主桥桩“一桩一孔”)钻探及“一桩一案”的施工原则。
③严格把握好现场的开孔原则,务必把各项准备工作、应急措施做到位后才允许开孔。
④提高施工现场工人、技术人员的责任心,制定详细可行的施工细则、程序,并要求严格执行。
⑤针对某些地质情况较差的桩基,施工处理方案可以考虑其他方式,例如:
联系设计更改桩性和终孔标高,桩边加打预应力管桩联合为一个群桩墩台整体受力设计或者加固(旋喷注浆)桩底受力层使地基承载力满足设汁要求,而不必穿过多层溶洞。
六、结束语
钻孔灌注桩在桥梁工程属隐蔽工程,其施工技术性强,施工中处理不当将会带来巨大经济损失及施工安全,同时影响到桥梁施工的工期,成熟的施工工艺是保证质量和安全的手段。
此外,在施工过程中,还须完整的质量控制体系,才能做出合格的工程。
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- 桥梁 桩基 施工 溶洞 处理 技术 探讨