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巖溶地區(qū)鉆孔樁溶洞處理施工技術(shù)
1.工程簡介
武廣鐵路客運專線XXTJV標北鄉(xiāng)特大橋(DK1932+974.51-DK1937+010.89)位于廣東省樂昌市北鄉(xiāng)鎮(zhèn),北接大瑤山3#隧道,南接?xùn)|塘隧道,距樂昌市約8km,橫跨省道S248線。橋跨布置為124-32m簡支箱梁,全長4071.27米,鉆孔樁1113根,直徑分別為φ1.0m和φ1.25m,其中50米以上的樁有139根,70米以上的有17根,最長樁孔深達92米。橋位處巖溶極其發(fā)育,大部分溶洞呈串珠狀發(fā)育,樁基礎(chǔ)最多的穿越23層溶洞。地表卵石覆蓋層厚,最厚達65米。溶洞處理的成敗關(guān)系到樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量、工期和成本。
2.溶洞的分類
根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和溶洞的情況及發(fā)育情況,溶洞可分為以下幾種類型:
2.1 按溶洞的大小分 ①大溶洞:溶洞高度>3m;②小溶洞:溶洞高度<3m. 2.2 按溶洞填充狀態(tài)分 ①全填充溶洞:洞內(nèi)完全充填亞粘土、亞砂土、粘性土等,充填物呈硬塑、軟塑、流塑狀;②半填充溶洞:洞內(nèi)約一半有填充物,頂部為空腔;③無填充溶洞:洞內(nèi)無填充物即空洞。
2.3 按是否漏水分 ①全漏水溶洞:嚴重漏水并與其它溶洞或地下河連通;②半漏水溶洞:溶洞洞壁存在裂隙,有滲漏水現(xiàn)象;③不漏水溶洞:溶洞完整,無滲漏水現(xiàn)象。
2.4 按溶洞垂向個數(shù)分 ①單個溶洞:樁基范圍內(nèi)僅有一層溶洞;②多層溶洞:樁基范圍內(nèi)有多層溶洞。
3.方案選定
根據(jù)溶洞大小及填充情況等,選定經(jīng)濟可行的處理方案
4.溶洞處理方法
4.1 壓注雙液漿法 注雙液漿一般適用于10m以下半填充或全填充溶洞的處理。
①目的:溶洞內(nèi)注雙液漿預(yù)處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間,并達到一定的強度(20MPa以上),防止鉆孔樁施工時泥漿流失、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施工工序的順利完成。②加固原理:注雙液漿加固的特點是注漿材料可在十幾秒或幾十秒內(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。漿材的結(jié)石率為100%,即1m3體積的漿材可得1m3的結(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;對于溶洞中的稀泥等土體,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的溶洞,漿液是通過充填填滿溶洞的。③工藝 壓漿材料采用普硅32.5R水泥與化學(xué)劑(水玻璃)。a布孔 根據(jù)橋墩臺樁基布置和溶洞分布,每個墩臺布置6~8個壓漿孔。b鉆孔 用地質(zhì)鉆機鉆80mm~110mm的注漿孔,孔深達到最深溶洞的底部。注漿管插入溶洞下部。c壓漿 采用雙液壓漿系統(tǒng)進行全孔壓漿,要少量多次、反復(fù)壓漿。雙液漿配制時,控制漿液比例,反復(fù)試驗,掌握漿液的最佳凝固時間,凝固時間太快,不利于注漿施工,凝固時間太慢,漿液流動性大,用量大,不經(jīng)濟。
4.2 灌砂、壓漿法 灌砂壓漿是溶洞預(yù)處理方案之一,一般適用于6~10m無填充溶洞的處理。主要通過灌砂填塞溶洞空間,采用壓漿將洞內(nèi)砂礫板結(jié)、凝固成堅實的混和體,防止在鉆孔過程中出現(xiàn)漏漿、塌孔等現(xiàn)象。灌砂壓漿孔和注雙液漿鉆孔施工方法相同。
灌砂采用干燥、潔凈的中粗砂,并進行清篩,防止雜物堵管。一個橋墩內(nèi)各注漿管內(nèi)灌砂、注漿輪流進行。灌砂時分幾次進行,第一次灌砂高度約4~5m,然后將注漿管插入灌入的砂中一定深度,向砂中壓入一定量的水泥漿。壓漿后采用清水沖洗注漿管,防止水泥漿粘附在管壁上,影響下一次灌砂、注漿。注入水泥漿初凝后,進行下一次灌砂、壓漿,反復(fù)進行,直至灌滿,使溶洞內(nèi)充滿砂漿。
4.3 填充粘土和片石法 粘土和片石填充適用于高度6m以下全填充、半填充和無填充的溶洞處理,其方便、快捷,節(jié)省費用。
當鉆孔至溶洞層時,一般護筒內(nèi)泥漿會全部或部分流失,嚴重時會造成塌孔,這時可采用片石加粘土(按1:1體積比)回填,溶洞較大時可加入部分水泥,回填一層、采用鉆頭沖擊一遍,盡量使片石和粘土保持密實,直至回填至溶洞頂部1~2m.溶洞回填完成后,向鉆孔內(nèi)注入稠度較大的泥漿,使其自然浸入片石縫隙內(nèi),然后采用鉆頭沖擊,使片石和粘土擠入溶洞內(nèi),形成泥石護壁。若溶洞內(nèi)泥石護壁出現(xiàn)漏漿時,應(yīng)再次回填,反復(fù)回填、反復(fù)沖擊,直至不再漏漿為止。
采用回填片石、粘土處理溶洞時,鋼護筒須穿透砂礫等透水層、坐在不透水層上,尤其是多層溶洞,以防止出現(xiàn)溶洞后孔內(nèi)水頭急劇下降而造成坍孔。
4.4 灌低標號混凝土法 對于較大的溶洞,尤其是半填充或無填充溶洞,有時采用填粘土和片石的方法難以成孔,或者成孔后灌注水下混凝土時孔壁被擠垮,這時用灌低標號混凝土的方法處理。
施工準備和開孔方法同填粘土塊和片石方法,當擊穿溶洞頂板時,為節(jié)約混凝土灌注量,可先填粘土塊和片石,反復(fù)沖擠,待溶洞填注基本飽滿時,再灌低標號混凝土至溶洞頂1m 以上,待混凝土達到一定強度后再繼續(xù)鉆孔。
4.5 鋼護筒跟進法 在溶洞較大,洞內(nèi)無填充或有流塑充填物,漏水嚴重或與暗河連通時,采取上述方法無效時,可采取鋼護筒跟進法施工。就是一面沖孔、一面接高護筒,并將其振動下沉至已鉆成的孔內(nèi)或溶洞內(nèi),用以阻斷溶洞內(nèi)流塑充填物或水的流動,便于鉆孔施工。①內(nèi)護筒內(nèi)徑的確定 現(xiàn)場根據(jù)樁孔穿過大溶洞的數(shù)量,確定內(nèi)護筒級數(shù),每增加一級,內(nèi)護筒內(nèi)徑增加0.2m,最小一級內(nèi)護筒直徑大于樁徑0.2m.為保證內(nèi)護筒的剛度,防止受壓變形,鋼護筒采用10mm 鋼板卷制。下沉內(nèi)護筒時,由大到小,分級逐次下沉進行。先鉆大孔,下沉大護筒,再鉆小孔、下沉小護筒。如果穿過1層溶洞,就采用1級內(nèi)護筒,每增加1層溶洞,就增加1級內(nèi)護筒。護筒跟進法施工順序見下圖1.②內(nèi)護筒長度的確定內(nèi)護筒長度的確定,護筒長度L=h+3(m)(h為地質(zhì)超前鉆確定的溶洞高度),如果內(nèi)護筒太長可分節(jié)下沉,在孔口焊接連接。
5.巖溶地區(qū)鉆孔樁施工方法
?、賻r溶地區(qū)鉆孔樁施工工藝流程圖見圖2.②由于鉆孔樁施工是個比較成熟的施工工藝,本文就不再敘述。
在巖溶地區(qū)鉆孔樁施工中特別應(yīng)注意以下幾個問題:①施工準備 根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的問題,制定施工方案,并向鉆機操作人員進行技術(shù)交底。樁孔附近要備足回填材料和挖掘機、鏟車、水泵等機械。②鉆孔 鉆機時泥漿要稍稠,現(xiàn)場泥漿池內(nèi)盡量多備些泥漿,在溶洞穿孔后及時補漿。施工中要加強鉆孔地質(zhì)檢查、復(fù)核,并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。根據(jù)地質(zhì)柱狀圖,在接近溶洞時勤觀察、勤檢查,鉆頭沖擊巖層的響聲、抽取的巖樣判斷是否接近巖溶地層。接近巖溶時主繩放長量控制為1~2cm,防止擊穿溶洞頂板時造成掉鉆、卡鉆現(xiàn)象發(fā)生。鉆穿溶洞頂板時一旦漏漿,及時投放粘土塊、片石并補水補漿,保持孔內(nèi)水位高度。漏水嚴重時,可填充稻草和水泥等混合物,每次填滿后補漿補水,再重新沖擊鉆進,擠壓填充物填充溶洞或堵塞溶洞,最終至不漏漿為止。通過溶洞層后,繼續(xù)鉆孔,直至設(shè)計深度。③灌注混凝土 灌注中導(dǎo)管提升時,要根據(jù)溶洞情況確定導(dǎo)管埋深,避免灌注過程中擠破溶洞混凝土面突然下降,造成斷樁事故發(fā)生。樁頂灌注標高應(yīng)比設(shè)計標高超灌1m以上,灌注完成后觀察30分鐘左右,如果混凝土面沒有變化才拔出導(dǎo)管。
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