岩溶地区桥梁桩基施工中的溶洞处理技术探索

发表时间:2020/9/15   来源:《建筑实践》2020年13期   作者:李明
[导读] 岩溶区桥梁桩基施工时,如对溶洞处理不当,轻则产生经济损失
        李明
        北京城建道桥建设集团有限公司   北京   100022
        摘要:岩溶区桥梁桩基施工时,如对溶洞处理不当,轻则产生经济损失,重则产生质量事故。因此,桥梁施工人员必须对溶洞处理提起重视,当作重点来抓,本文通过实例,阐述了溶洞桩基处理过程。
        关键词:岩溶地区;桥梁桩基;溶洞
        一、溶洞对桩基施工产生的影响
        经现场实际案例分析,溶洞对于桩基的影响主要体现于以下几个方面:
        (1)会产生塌孔。当钻进至溶洞顶板或钻穿顶板后,孔内泥浆液面下降,孔内外出现压力差,导致泥浆护壁破裂出现塌孔[1]。
        (2)会产生钻孔偏斜。一般来说,溶洞成型于地质演变,会导致地质分化程度不同,因此岩层软硬程度也各不相同。由于溶洞两侧岩体软硬程度不同,将导致钻头向软岩部分倾斜,最终造成钻孔倾斜。
        (3)会发生卡钻。在钻进过程中,由于溶洞顶层厚薄不均,往往无法一次钻透溶洞顶层。在此过程中如果冲程的选择不合理,就会产生卡钻现象,导致钻头无法提起,进而发生危险。
        (4)在施工的过程中,溶洞地质条件还会导致桩基失效,如果施工过程中没有进行良好的技术填充,将会导致溶洞地基密度不到位,进而发生桩基沉降[2]。
        二 溶洞处理方案实施主要问题分析
        1.施工特点
           韶关山区某高速大桥桩基合计64根,其中嵌岩桩50根,摩擦桩14根,桩长不一,每根桩对应的溶洞大小深度不一,嵌岩桩与摩擦桩也导致溶洞处理方式略有不同。   
        2.具体应用的溶洞处理技术
        现根据现场处理经验,将岩溶桩基的处理的方式及结果进行汇总,以期对我国岩溶地区桩基施工,提供参考。
        根据溶洞高度及标高,不同溶洞具体处理措施如下:
        (1)单个溶洞高度≤4.0m
        a.溶洞为空洞、半充填、流塑状物质全冲填时,处理方式:采用粘土加片石进行全填塞钻孔;
        b.溶洞为软塑、可塑状物质全冲填时,处理方式:粘土加片石进行半填塞钻孔;
        c.溶洞为硬塑状全充填时,冲进过程中不会出现漏浆现象,孔壁稳定,可不进行处理;
        d.当一根桩基有连续的几个溶洞,全充填,且各溶洞高度均≤4.0m,采用粘土及片石全填塞和半填塞的方式可有效处理串珠状溶洞,分钻深来处理溶洞,每钻进一个,处理一个,直至处理完全方可继续钻进;
        e.当一根桩基有连续的几个溶洞,半充填,总高度>4m,各洞间岩层≤3.0m时,如钻进至溶洞位置,孔内泥浆下降至一定高度稳定后,证明此溶洞为无联通通道,则采用钢护筒一次性穿过;如孔内泥浆下降至孔底直至孔内无泥浆时,证明此溶洞存在联通通道,须及时将钻孔采用粘土及片石进行全充填,充填完毕后,在钻孔周围进行注浆处理,浆液采用水玻璃+水泥浆1:1,处理范围以钻孔为中心,半径5m的圆,处理完毕后,待浆液凝固开始进行复钻,如仍存在漏浆现象,则须重复进行注浆,直至钻进时孔内泥浆稳定后;当溶洞顶板厚度小于等于1m时,由于厚度较薄,同时又是串珠状溶洞,钻孔前须采用以上注浆措施,将串珠溶洞完全注满后方可开钻。
        (2)单个溶洞高度>4.0m,且洞内全充填
        a.溶洞内为流塑状全充填,处理方式:采用粘土加片石进行全填塞钻孔,然后进行复冲;
        b.溶洞内为软塑、可塑状材料全充填,处理方式:,采用粘土加片石进行半填塞钻孔,填塞完毕,进行复冲;
        c.溶洞为硬塑状全充填时,冲进过程中不会出现漏浆现象,孔壁稳定,可不进行处理;
        (3)单个溶洞高度>4m,且溶洞内为空洞、半充填
        a.如钻进至溶洞位置,孔内泥浆下降至一定高度稳定后,证明此溶洞为无联通通道,则采用钢护筒一次性穿过,直接使钢护筒嵌入溶洞下岩层0.5m;如孔内泥浆下降至孔底直至孔内无泥浆时,证明此溶洞存在联通通道,须及时将钻孔采用粘土及片石进行全充填,充填完毕后,在钻孔周围进行注浆处理,浆液采用水玻璃+水泥浆1:1,处理范围以钻孔为中心,半径5m的圆,处理完毕后,第二天开始进行复钻,如仍存在漏浆现象,则须重复进行注浆,直至钻进时孔内泥浆稳定后。
        
        图3-1 岩溶桩基回填片石及粘土
        4.钢护筒在溶洞处理中的应用
         1.材料选择
        由于桥梁桩基桩径不同,溶洞深度不同,所以需选择不同厚度的钢护筒一是节约资金,二是能有效起到阻挡侧向土压力的作用,护筒由4种厚度组成,分别为8mm、10mm、12mm以及14mm,根据计算:桩径≤1.6m时,(1)护筒长度<10m,护筒壁厚选用8mm;(2)10m≤护筒长度<20m,护筒壁厚选用10mm;(3)护筒长度≥20m,护筒壁厚选用12mm;桩径>1.6m时,(1)护筒长度<10m,护筒壁厚选用10mm;(2)10m≤护筒长度<20m,护筒壁厚选用12mm;(3)护筒长度≥20m,护筒壁厚选用14mm;
        2. 护筒内径确定
        设置单层护筒,内径大于桩径0.2m,设置双层护筒,外侧护筒大于内侧护筒0.2m,导向护筒大于外侧护筒0.2m。
        3.护筒长度的确定
        护筒长度根据溶洞的高度确定,预制护筒每节高度2m,根据溶洞深度分阶段拼装制作,设置双层钢护筒时,外层钢护筒穿至基岩顶面,内层钢护筒须穿过溶洞,达溶洞底基岩面。  
4.穿过软弱覆盖层钢护筒的埋设                                               
        (1)钻孔时冲锤直径须大于桩径0.1m,以保证钢护筒的顺利安放,由于基岩面不要平整,护筒不能全断面的与基岩面接触,所以基岩面处易发漏浆,所以在冲至基岩面1.5m时停止钻进,检孔并检查成孔直径及倾斜度。
        (2)检孔完毕,下放钢护筒,当不能自由下落时,采用震动锤将其安放至既定位置。护筒施放过程中需要注意:
        a.护筒拼接时,要注意连接点的控制,保证垂直,不地产生弯曲;
        b.内外层钢护筒要与孔中心吻合,不地偏离,保证钻孔的垂直度,安放完毕,需采用钢板或钢筋将其与导向护筒固定;
        c.护筒底部,刃角处加强,以防止施打过程中发生卷刃。
        
        
        
        
        

        图4-1 岩溶区桩基钢护筒跟进
        (3)由于基岩顶面一般存在不平整现象,护筒底面不可能全断面与基岩顶面接触,如此就会造成以下问题:
        a.震力过大,护筒滑偏,底部变形;
        b.底部漏浆、坍塌
        为避免上述问题的发生,在护筒振打下落时须参照好地质资料,以控制钢护筒的入土深度,并加强护筒刃角,护筒就位后,在基岩面反复回填粘土、石碴并掺加水泥,反复冲击造壁,这样可有效防止上述事件的发生[4]。
5.冲孔
(1)泥浆比重的控制
        溶洞多于裂隙并存,需要采用较大的泥浆比重,大比重的泥浆可有效减缓泥浆的流失速度,同时对裂隙封堵具有较好的结果[5]。
        (2)冲程控制
        冲程过大时,易造成冲破溶洞顶,造成漏浆、塌孔现象,所以在岩溶区桩基施工临近溶洞时,须严格控制冲程,一般控制在2m,越接近顶板,冲程更应缩减。
        (3)溶洞内的造壁
        进入溶洞,立即提钻,回填片石及粘土,为保证孔壁坚实,须多次回填,同时多次回填可减少由于基岩不平整造成的钻孔倾斜现象。
        6.内层钢护筒
        冲孔完成后,下放钢护筒穿过溶洞直至基岩面,然后施作混凝土封底,以防止灌注的桩基混凝土流失,同时防止溶洞内的水流对混凝土冲刷造成混凝土流失的断桩事故。
        
        图4-2 桩基外层钢护筒安放
        7.压力灌注水泥浆
        (1)对于摩擦桩而言,由于桩基外接触面的改变,导致桩基承载力发生变化,为保证摩擦桩的有效成桩,所以对采用钢护筒处理溶洞的摩擦桩须注浆处理,注浆范围包括两侧钢护筒之间,外层钢护筒与地基之间,灌浆采用压力灌浆方式,同时对已灌注的摩擦桩进行记录,不得漏住任何一棵摩擦桩。
        (2)注浆前须对桩基进行检测,待桩基混凝土龄期在7天以上,同时混凝土强度达到设计值90%以上时,方可进行注浆工作。
        (3)直径>1.8m的桩基,采用一桩一层四孔,两层八孔;直径≤1.8m的桩基,采用一桩一层三孔,两层六孔,注浆须遵循:先内后外,同排隔孔、邻排错开、跳孔分序分次的灌注顺序;单孔注浆自下而上分段进行,注浆压力序次增加,压力自小而大提高的原则;单孔首注注浆管伸至桩底或钢护筒底,每根桩基同时施工的注浆孔不超过一孔,注浆过程中须加强桩基移位监测,避免因注浆使桩基发生位移;注浆完成后,应对桩基基础变位进行持续检测。
        (4)注浆浆液采用C30水泥浆,具体实施压力须注前试验,以确定最终压力,一般灌注速度不超过70L/min,注浆口的压力在1.0-2.0MPa之间。
        (5)注浆终止条件:注浆采用“双控”原则,“双控”为:压力表和浆液,当为在注浆压力下吸浆量<1~2L/min时停止灌注,稳压15min;若注浆过程中发生桩基移位或者地面窜浆的情形,则立即停止注浆,须待已注浆液凝固后,一般凝固时间为25-40min,确认浆液凝固后,则对该孔进行重新补浆。
        结  论:
        本工程对于小溶洞采用粘土+片石填塞的方式以及大溶洞采用混凝土+钢护筒跟进的方式,有效解决了溶洞对桥梁桩基的影响,同时对溶洞进行分类处理,大大节约了工程造价,通过本工程的成功做法和经验传递,说明以上工法合理可行,具有良好的参考借鉴价值。
        参考文献
        [1]侯锡标.溶洞处理工法在岩溶地区桥梁桩基施工中的应用[J].交通世界,2020(Z1):186-188.
        [2]谢和平,马细勇.岩溶复杂地质条件下的公路桥梁桩基施工技术探究[J].工程技术研究,2019,4(18):92-93.
        [3]闵娟.临河道岩溶地质桩基成孔施工技术[J].建筑工程技术与设计(下旬刊),2014(12):45.2014(10):57-58.
        [4]张献宏.岩溶地区桥梁桩基钻孔溶洞处理[J].建筑.
        [5]李志杰.岩溶地区桥梁桩基施工过程中对溶洞病害的分析与处理[J].施工技术,2015,44(S1):362-365.
        [6]张献宏.岩溶地区桥梁桩基钻孔施工溶洞处理[J].建筑,2014(10):57-58.
        
        
        
        
        
       
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