廣和大橋主橋基礎(chǔ)溶洞處理施工組織

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　　廣和大橋位于廣州市白云區(qū)石井鎮(zhèn)鴉崗村的白坭河水道上，大橋全長791m，橋?qū)?6m，最大跨徑120m.其基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，其中：Φ150cm64根，Φ200cm44根，共108根。施工總工期22個月。本橋位地質(zhì)屬于第四紀(jì)沉積層覆蓋之下，基巖主要為石灰統(tǒng)壺天灰?guī)r。這些石灰紀(jì)地層沉積成巖以后，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)年代和多次構(gòu)造運(yùn)動，形成北東向褶皺，并有大致平行于褶皺軸向的縱斷層和大致與之垂直的橫斷面層。后來經(jīng)歷了侵蝕和剝蝕作用，并在地下水的化學(xué)和機(jī)械作用下形成一系列巖溶地貌，最后在第四紀(jì)全新世珠江三角洲最后一次海侵中，形成以沖積相為主的第四紀(jì)松軟沉積層。從地質(zhì)資料分析，溶洞分布較廣。主橋位溶洞分布廣而多。在橋位方案論證中，第一方案，28個鉆孔，有12個發(fā)現(xiàn)了溶洞；第二方案，28個鉆孔，有17個發(fā)現(xiàn)溶洞；第三方案，28個鉆孔，有11個發(fā)現(xiàn)溶洞，最大的溶洞約16m.溶洞按其填充狀態(tài)可分為空的、半填充的和完全填充的三類：按其填充物的性質(zhì)可分為粘性土、砂礫和稀土三類；按其漏水情況可分為漏水和不漏水兩類。溶洞的走向與河流的流向相同。

　　根據(jù)上述地質(zhì)條件，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面經(jīng)過比較，選擇了靜壓化學(xué)灌漿法、套內(nèi)護(hù)筒法等施工技術(shù)配合使用處理溶洞，取得預(yù)期的效果，推介如下。

　　1. 主橋樁基對溶洞的處理

　　主橋樁基精確放樣后，在樁基施工平臺上用地質(zhì)鉆于樁中心進(jìn)行超前鉆，必要時(shí)增加鉆位。根據(jù)超前鉆的結(jié)果，確定護(hù)筒的打入深度。有溶洞的樁位，護(hù)筒沉至風(fēng)化巖層，置于強(qiáng)風(fēng)化巖面上，這樣可穿過土洞。護(hù)筒的底部即為巖層或溶洞的頂部。沒有溶洞的樁，護(hù)筒沉放要穿過淤泥質(zhì)亞粘土、砂礫層，置于砂礫質(zhì)亞粘土層至少2m深。

　　根據(jù)溶洞的不同類型，最后決定兼用兩種不同的施工方案。圖1布孔平面及剖面示意方案A當(dāng)溶洞內(nèi)有填充物填滿或有流砂的，或當(dāng)溶洞為空洞或填充物不滿（水洞）且深度在3m以內(nèi)的，在鉆孔樁施工前先進(jìn)行預(yù)處理，采用靜壓化學(xué)灌漿法固結(jié)填充物和流砂，或用此法填滿溶洞，在固結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度以后再鉆孔施工。

　　方案B當(dāng)溶洞為空洞，且深度在3m以上的，擬用套內(nèi)護(hù)筒法施工，即用內(nèi)護(hù)筒穿過溶洞的施工方案。

　　2. 方案A方案B施工方法

　　2.1方案A（靜壓化學(xué)灌漿法）施工方法

　　2.1.1技術(shù)要求

　　溶洞預(yù)處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達(dá)到一定的強(qiáng)度（20MPa以上），防止鉆孔樁施工時(shí)泥漿流失、流砂及坍孔等情況的發(fā)生，保障成孔及水下混凝土澆注等一系列施工工序的順利完成。溶洞預(yù)處理施工，在鉆孔樁施工之前進(jìn)行，相當(dāng)于在樁基礎(chǔ)施工過程中，于鉆孔樁施工工序之前加入一道預(yù)處理工序，與樁基施工的各工序一起形成流水作業(yè)。

　　2.1.2施工方案

　?。?）處理方法選擇由于溶洞埋藏較深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法處理，有效的處理方法是灌漿法。而在眾多的灌漿法中，因溶洞的不規(guī)則性，決定了其處理的最有效和比較經(jīng)濟(jì)的方法是靜壓化學(xué)灌漿法。因此，采用靜壓化學(xué)灌漿法，同時(shí)也可兼用噴射灌漿法，促進(jìn)填充物強(qiáng)度的加強(qiáng)。

　?。?）靜壓化學(xué)灌漿的加固特點(diǎn)漿材可在幾秒或在幾十秒內(nèi)瞬間凝固，可控制漿液灌注在一定范圍內(nèi)且不流失，材料的利用率高，比較經(jīng)濟(jì)。

　　漿材的結(jié)石率為100％，即1m3體積漿材可得1m3結(jié)石體。

　　對溶洞中的砂、礫等土體，漿液是通過滲透作用板結(jié)砂和礫的；對于溶洞中的稀土、亞粘土等土體，漿液是通過劈裂、擠密作用加固土體的；對于無填充物和半填充溶洞的空間，漿液是通過充填作用填滿溶洞的。

　　漿液在土體中的滲透擴(kuò)散方向是往小主應(yīng)力面方向，漿液固化后，小主應(yīng)力面得到加固，而原次小主應(yīng)力面變成小主應(yīng)力面。這樣，通過對小主應(yīng)力面反復(fù)不斷的加固，一方面滲透、擠密溶洞中的土體的空隙，充填溶洞的空間，在樁體周圍形成防水帷幕，防止流砂和保證護(hù)壁泥漿不流失；另一方面，提高溶洞中土體的承載力和抗剪力形成擋土墻，防止坍孔。

　　靜壓化學(xué)灌漿的關(guān)鍵在于漿材的配方和工藝。

　　鉆孔：孔徑80mm，孔深要求達(dá)到最深溶洞的底部。

　　材料：普硅425＃水泥（新標(biāo)準(zhǔn)為普硅32.5MPa水泥）與化學(xué)漿。

　　工藝：采用雙液灌漿系統(tǒng)進(jìn)行全孔灌漿，要求少量多次、反復(fù)灌漿。

　　2.1.3主要施工機(jī)械設(shè)備

　　主要機(jī)械設(shè)備有：BW250泥漿泵，BW150泥漿泵，100型鉆機(jī)，泥漿攪拌機(jī)和貯漿槽，高壓灌漿管及其配件。

　　2.2方案B（套內(nèi)護(hù)筒）施工方法

　　2.2.1內(nèi)護(hù)筒長度的確定護(hù)筒長度L＝h＋3（m）（h為地質(zhì)超前鉆確定的溶洞高度）

　　2.2.2內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑的確定

　　內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)大于Φ220cm，同時(shí)外徑應(yīng)小于外護(hù)筒內(nèi)徑5cm左右，如果只下一次內(nèi)護(hù)筒（一層溶洞），內(nèi)護(hù)筒內(nèi)徑選用233cm，壁厚為1cm，則外徑為235cm（主橋外護(hù)筒內(nèi)徑為240cm）、當(dāng)遇到第二層溶洞時(shí)，第二層溶洞的內(nèi)護(hù)筒（即第三次護(hù)筒）選用220cm內(nèi)徑。

　　2.2.3溶洞頂部沖孔

　　根據(jù)超前鉆的資料，當(dāng)鉆孔施工接近溶洞頂部時(shí)，提起鉆頭、鉆桿，移開鉆機(jī)（GPS－30），采用沖擊鉆機(jī)YKC－30沖孔，沖孔鉆頭外徑235cm.用沖擊鉆沖孔時(shí)，要求輕錘慢打，使孔壁圓滑堅(jiān)固，提升高度一般不超過50cm.所有卡扣及鋼絲繩必須先經(jīng)測試檢查，其它施工工藝及注意事項(xiàng)與常規(guī)相同。

　　2.2.4內(nèi)護(hù)筒的沉放方法

　?。?）當(dāng)沖擊穿過溶洞頂部時(shí)要反復(fù)提升沖錘，在頂部厚度范圍上下慢放輕提，沖錘不明顯受阻礙，說明頂部已成孔并且是圓滑垂直的，此時(shí)用鋼絲繩活扣綁住內(nèi)護(hù)管，用吊機(jī)（或沖機(jī)自吊）把內(nèi)護(hù)筒放入外護(hù)筒內(nèi)至孔底。到孔底后，內(nèi)護(hù)筒不會靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）、此時(shí)，GPS－30鉆機(jī)重新就位。

　?。?）護(hù)筒沉設(shè)利用GPS－30鉆機(jī)進(jìn)行，在鉆機(jī)的鉆桿上附加壓架，利用鉆機(jī)的鉆進(jìn)壓力和鉆桿、鉆頭的重量，使內(nèi)護(hù)筒隨鉆頭的鉆進(jìn)而下沉，直到溶洞的底部。

　　2.2.5內(nèi)、外護(hù)筒間空隙及內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部間空隙的處理

　　（1）在內(nèi)護(hù)筒底部及頂部100cm范圍內(nèi)回填砂、碎石，中部回填中砂。

　?。?）用高壓噴射灌漿法（施噴法）對回填體進(jìn)行灌漿處理。灌漿后，內(nèi)護(hù)筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結(jié)，固結(jié)強(qiáng)度要求達(dá)到30MPa，其抗?jié)B系數(shù)可達(dá)10－7m／s.灌漿處理后，即可重新沖孔。

　?。?）在內(nèi)護(hù)筒頂部及底部100cm范圍內(nèi)回填小碎石素水泥混凝土，內(nèi)護(hù)筒中部回填砂，同樣能起到堵塞空隙的目的。

　?。?）對于需要處理多層溶洞的樁基，一般仍采用上述灌漿法填充固結(jié)空隙進(jìn)行施工。目的是為了增加溶洞底部（同時(shí)有可能是下層溶洞的頂部）附近填充物的密度和強(qiáng)度，并且增加內(nèi)、外護(hù)筒間的膠合力。

　?。?）重新沖鉆，直至嵌入完整基巖。當(dāng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，經(jīng)監(jiān)理工程師同意即可終孔，此樁即成孔。成孔后的工序工藝與常規(guī)相同，并不贅述。

　　3. 結(jié)語

　　3.1根據(jù)溶洞的不同類型，用方案A、方案B進(jìn)行分類處理，處理方法可靠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

　　3.2化學(xué)灌漿法對溶洞的預(yù)處理達(dá)到預(yù)期目的，有效防止了鉆孔樁施工時(shí)泥漿流失、流砂及坍孔現(xiàn)象，可保證成孔及水下水泥混凝土澆注等工序順利完成。套內(nèi)護(hù)筒法要求對施工過程的每個環(huán)節(jié)（從確定內(nèi)護(hù)筒長度、內(nèi)徑到沉放方法乃至內(nèi)外護(hù)筒間空隙、內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部間空隙的處理）都必須落實(shí)到位，便可順利成孔。

　　3.3只要對其施工過程嚴(yán)格把好技術(shù)關(guān)，可有效縮短工期，保證了工程質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。