巖土工程師輔導：巖土巖溶地基橋梁樁基施工技術

　　工程概況：

　　京福國道主干線徐州市繞城公路四合同段跨隴海鐵路特大橋，路線長0.8182km，呈南北方向，跨徑布置為6×30m+3(5×30m)+6×30m，主跨為預應力混凝土連續(xù)箱梁，其余為預制先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)為明挖擴大基礎，2號墩、22號～27號墩為1.5m鉆孔灌注樁。

　　位于低山丘陵與沖積平原過渡地帶，以隴海鐵路為界，北部巖基裸露，由一系列平行褶皺和斷裂組成，地表覆蓋黃褐色高液限粘土，具強膨脹性，區(qū)內(nèi)有巖溶發(fā)育，多表現(xiàn)為小型溶洞，洞高由0.4～2.5m不等，溶洞均有碎石土等填充物。

　　地下水不發(fā)育，主要為碳酸鹽裂隙巖溶水及第四系松散物孔隙水，均對混凝土無侵蝕性。本段地震基本烈度為7度。

　　鉆孔灌注樁施工大橋共有鉆孔灌注樁32根，樁位處溶洞比較發(fā)育，設計要求逐樁探明溶洞情況，然后鉆孔。

　　巖溶處理方案的原則

　　(1)每根樁必須用地質(zhì)鉆機鉆探，詳細記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫圖列表，為制定相應施工方案提供詳實依據(jù)。

　　(2)對填充物進行土工試驗，分析其物理力學特性，檢測容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計算提供依據(jù)。

　　(3)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況，對每根樁設計出相應的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。

　　(4)對每種處理方案，都要進行仔細的計算，施工前在橋位外進行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗，取得經(jīng)驗數(shù)據(jù)，完善施工方案，指導施工。

　　(5)遇到大溶洞時，必須請監(jiān)理工程師和設計單位核查，明確處理方案，并報監(jiān)理批準后實施。

　　溶洞處理方案

　　(1)對于封閉的比較小的溶洞，采取注漿措施，提供成孔條件穿過溶洞。若洞內(nèi)無填充物或填充物不滿，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿;若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時，直接注漿固結(jié)即可;若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時，則可以直接沖孔，但需加強泥漿護壁。

　　(2)溶洞內(nèi)無填充物或填充物較少需向洞內(nèi)填充砂子的，選擇一個合適的孔位，放入并固定鋼套管，將注砂管與鋼套管相連接，在注漿前灌砂。根據(jù)成樁直徑、圍護體積的最小直徑及堆積體成形規(guī)律，計算填砂量。用壓風機將干砂壓入，為防止洞內(nèi)高壓阻止灌砂，利用其它孔作為減壓孔。待達到計算的填充體積，壓力穩(wěn)定時，即可停止。

　　(3)若設計要求灌入碎石則必須鉆一個大孔(直徑不小于30cm)放入鋼管并固定，鋼管上置碎石料斗，碎石粒徑不大于2cm，投料時振動鋼管，以防止堵塞，填充量控制與填砂控制方法相同。

　　(4)對于一些溶槽、溶溝、小裂隙等，沖孔時可采取投放片石、碎石夾粘土，甚至投入整袋水泥堵塞起到護壁作用，保證泥漿不流失，使鉆孔順利通過巖溶區(qū)。

　　注漿方法鉆孔樁通過溶洞時鉆孔施工難度大，采取注漿法是十分有效的措施。

　　(1)根據(jù)地質(zhì)情況在每一根樁的中心位置或橋墩承臺的四角鉆注漿孔，鉆注漿孔也是對地質(zhì)情況的進一步勘探，通過取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細情況。

　　(2)用注漿泵注漿，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。速度為15～20L/min，其目的是使?jié){液滲透到填充物內(nèi)(包含灌入的砂或碎石)，然后固結(jié)，滲透最小直徑定為3.0m，以保證沖鉆成孔時有足夠的固結(jié)體。注漿時注漿管必須插入填充物的底部，然后邊注漿邊緩慢上提，提管速度不宜太快，根據(jù)注漿速度確定，應使?jié)B透半徑控制在允許范圍內(nèi)。漿液選用水泥漿，用32.5級水泥，水泥漿配合比為水∶水泥=0.8∶1.0.若需用水泥砂漿，則配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8，需要用雙液漿時，水玻璃的含量根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

　　(3)單花管注漿，管頭花管段長度為100cm，孔眼直徑和間距根據(jù)現(xiàn)場試孔后確定，注漿管外徑為70mm，比鋼套管內(nèi)徑要小。注漿時，通過注漿泵上的PQ儀分析確定注漿的速度和結(jié)束時間，壓入量根據(jù)滲透半徑、固結(jié)體積來計算，公式為Q=πR2Hβμα(1-γ)λ。式中，R為滲透半徑;H為溶洞高度;μ為填充物的孔隙率;α為超灌系數(shù);λ為地區(qū)性經(jīng)驗系數(shù);γ、β為充填率與充填系數(shù)。這些參數(shù)和系數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。

　　(4)為防止?jié){液流失太遠造成浪費，采用間歇注漿方式，使得先注入的漿液與砂子(或碎石)初步達到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達到規(guī)定最小注漿量和注漿壓力控制值為止。

　　(5)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。

　　巖溶處成孔經(jīng)過處理后的巖溶處，成孔方法基本上與普通石質(zhì)地層成孔方法相同，采取用CZ31型沖擊鉆沖擊的方式成孔。成孔時應注意以下幾點。

　　(1)沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進行，一般等待時間為10d左右。

　　(2)為防止意外，沖孔前應有備用措施，備好材料，一旦泥漿泄露，及時向孔內(nèi)投放粘土、水泥和片石，依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成片石夾粘土的圍護結(jié)構(gòu)墻，保持孔內(nèi)泥漿高度，使得沖鉆順利進行。

　　(3)加大泥漿質(zhì)量和密度。采用優(yōu)質(zhì)泥漿，當缺少優(yōu)質(zhì)粘土時，可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末，以提高泥漿膠體率和懸浮能力，其質(zhì)量配合比為黃土∶水泥∶燒堿=1∶0.2∶0.4，鋸末按黃土體積的10%摻入。

　　(4)當巖面的傾斜較大時，鉆頭擺動撞擊護筒或孔壁，這時，回填片石，使孔底出現(xiàn)一個平臺后再轉(zhuǎn)入正常沖孔。

　　(5)接近巖溶地段，采取輕錘沖擊、加大泥漿密度的方法成孔，以防卡鉆和掉鉆。

　　巖面檢驗要點本工程按設計要求樁端須進入完整微風化灰?guī)r0.80～3m，工序中增加了一般地質(zhì)條件下灌注樁施工所沒有的全巖面檢驗?？辈熨Y料及實際施工表明，本地區(qū)屬巖溶強烈發(fā)育區(qū)，巖面起伏、傾角陡，溝槽、裂隙縱橫，因此，全巖面的正確判斷成為本工程成孔施工的關鍵。影響全巖面判定的因素較多，而現(xiàn)有的樁基技術規(guī)范、規(guī)程等均未列出統(tǒng)一的判定標準，受地質(zhì)條件復雜的影響，全巖面的判斷往往意見不一，成為質(zhì)量控制的一大難題。實際施工中，根據(jù)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的特殊性、復雜性及工程特點，經(jīng)過試樁檢驗，主要從4個方面來進行全巖面的綜合判斷。

　　(1)以樁孔實際見巖高程始，至少進尺50cm后，可申報全巖面檢驗，超前鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程只作為參考。

　　(2)查閱機臺施工記錄，可將基巖進尺速度0.1～0.2m/h作為進入全巖面的控制速度。

　　(3)可觀察井口鋼絲繩的擺動情況，錘頭觸巖面時會出現(xiàn)輕微反彈。

　　(4)使用細目篩網(wǎng)撈取巖渣，巖屑含量50%～70%，且含泥、含砂量小于4%時，認為入巖。如出現(xiàn)特殊情況或判斷標志不明顯，意見分歧較大時，則采用鉆探揭露的辦法來證實，即在樁孔中心四周均勻布設4個～5個勘探孔，用工勘鉆機進行鉆探，用觸探到的各點巖面高程進行比較，判斷出全巖面。

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