岩溶地貌又称喀斯特地貌, 这种地貌主要由石灰岩、石膏、岩盐等可溶性岩层组成, 因常年受地下水流的侵蚀而逐渐形成溶蚀的沟槽或溶洞。岩溶地区地质条件较为复杂, 不利于工程施工, 特别是桩基础施工, 与普通地质条件钻孔地质条件钻孔灌注桩基础施工相比, 岩溶地区钻孔灌注桩施工难度大, 病害类型较多。
邵水河大桥地处岩溶分布地区, 上覆2～5m卵石层与1～3m粘土层。比较正、反循环钻与冲击钻, 正、反循环适用于粘土层、砂土层和普通岩层等, 不能用于较厚卵石层与岩溶发育地处, 而冲击钻适用于粘土层、卵石层和岩溶发育岩层。因此在邵水河大桥的桩基施工中选择采用JKS10F冲击钻, 正循环排渣清孔, 梅花式冲击钻头。
邵水河大桥桩基总共84根, 通过初步地勘报告显示有51根桩基有溶洞分布, 溶洞最小高度为0.3m, 其中最大高度为11.2m, 单孔串联溶洞分布多达6层。为进一步探明溶洞的详细分布, 项目部对邵水河大桥进行逐桩补探, 对直径为2米的桩与初探显示溶洞发育复杂的桩采用多点钻探。对每根桩进行加深钻探确保桩底5米以下为完整基岩无溶洞发育。
(1) 修筑便道、平整场地以利于施工设备与材料的进场, 及砼浇注时砼灌车的便利运输。
(2) 进行桩位测量放样, 并埋设相应的护桩。护桩要稳固, 且埋在车辆及行人不易碰撞的地方, 并定期对护桩进行复测。
(3) 埋设护筒。护筒要有足够的刚度、埋设深度, 并且坚固不漏水。护筒底部和四周回填粘质土需分层夯实。
(4) 设置施工泥浆循环系统, 包括供水系统、泥浆池, 制备泥浆的原材料等。泥浆储存量应多于普通地区, 以处理可能出现的漏浆现象。
(5) 钻机就位。场地平整后, 垫上枕木, 移机就位, 同时进行调平、立直对中桩位, 使成孔中心与桩位中心在同一铅锤线上, 钻机应采取一定措施, 使之平稳牢固, 并在施工过程中随时检查, 以避免机身倾斜。
(6) 备有足量的片石、粘土, 以便穿越溶洞地层回填处理。
(1) 钻孔。钻机安装后的底座和顶端保持平稳, 在钻进中防止产生位移或沉陷, 否则将及时处理。成孔采用循环钻法成孔, 粘土泥浆护壁, 泥浆比重保持在1.05～1.20, 保证护壁效果, 使钻渣挤入孔壁, 防止坍孔。钻进过程中, 一定要做好地质观测并做好详细的施工记录。
(2) 钻进过程中溶洞处理方法
(1) 一般溶洞类:对小于1～3m深的溶洞, 可用抛填造壁方案。施工前, 在孔口准备足够多的优质粘土、泥袋、片石、水泥等。专人密切注意孔内水位的变化, 一旦泥浆面下降, 应及时补充泥浆, 保持孔内水位压力, 防止塌孔。漏浆后, 回填片石、粘土、水泥等, 片石和粘土按3:1的比例回填, 冲击钻进, 如此反复进行, 在溶洞区段形成较厚的人工孔壁, 只有当泥浆漏失现象全部消失, 观察24h, 情况正常后, 方可继续冲孔。
(2) 大溶洞:对于特大溶洞采用钢护筒防护, 钢护筒穿套不应超过3套。钢护筒直径应在桩径外加20cm富余, 对钢护筒的钢板要求, 必须严格按板材的规范要求进行控制。施工方法是:在外层护筒震沉到标高后, 钻孔到岩面顶标高, 下沉内护筒到岩面顶, 内外层护筒用钢构件相联。当碰到高、大溶洞时, 及时下第二层内护筒, 其顶标高必须高于第一层内护筒底标高。当碰到下一个高、大溶洞时漏浆时, 可按上述方法再放内护筒。在钢护筒下放过程中, 专人负责测量护筒的平面位置和垂直度, 护筒就位后的倾斜度不大于1%。对于钢护筒的桩基, 为提高桩基附着力, 必须自桩顶10m范围内, 作压注水泥浆固结处理。
清孔采用抽浆法:钻孔完成后, 停止钻具回转, 将钻锥提离孔底钻渣面10～30cm, 维持泥浆循环, 并向孔中注入清水。经常检测孔底沉渣厚度和孔中泥浆性能指标, 满足要求后停止清孔, 清孔过程中应始终保持孔内的原有水头高度。
(1) 钢筋笼吊装下入孔中, 铺设孔口板, 下入导管, 使导管口底距孔底400mm左右。
(2) 灌注砼前, 应探测孔底泥浆厚度, 如果大于0.4d, 应再次清孔。
(3) 砼拌和物运至灌注地点时, 应检查均匀性和坍落度是否符合要求, 合格方准使用
(4) 装大漏斗, 大漏斗下焊接翻板阀门, 当初灌量达到规范要求后, 突然打开阀门, 砼经导管内直接落入孔底, 并从导管下端流出扩散。保证首批砼数量满足导管首次埋置深度 (≥1.0m) 和填充导管底部的需要。
(5) 为防止钢筋骨架上浮, 当灌注的砼顶面距钢筋骨架底部1m左右时, 应降低砼的灌注速度。当砼拌和物上升到骨架底口4m以上时, 提升导管, 使其底口高于骨架底部2m以上, 即可恢复正常灌注速度。
(7) 砼灌注应连续进行并及时测量砼面高度, 起拔导管, 且保证2～6m导管埋深。
(8) 在灌注接近结束时, 应核对砼的灌注数量, 以确定所测砼的灌注高度是否正确。浇筑至设计标高, 因为泥浆中清孔未净的泥砂, 部分混合物和孔壁坍土可能沉淀落在混凝土表面污染砼, 因此砼浇筑完成时, 应比设计标高高出50-100cm的高度, 以保证桩头砼强度, 多余砼达到一定强度后应清除, 以利下部接桩工程。
因岩溶侵蚀程度不均, 孔位下可能会出现岩面倾斜、半边岩露头或台阶状岩层, 而灰岩硬度较高, 冲击钻进时会出现向岩石面外侧偏孔。因此在钻进过程中要实时监控孔位, 及时发现偏离状况, 及时纠正。出现偏离后应回填硬度相当的片石, 采用小冲程进行钻进, 待钻头整体进入岩层后即可。
因溶蚀现象不规则, 岩石形状和分布不规则, 在钻进过程中, 容易出现卡钻头的事故, 出现卡钻事故可采用大吨位吊车或水下爆破等方法取出钻头。
当钻进到溶洞顶板位置处, 采用冲程过大, 导致冲力太大引起掉钻。在探明溶洞分布时一定要准确, 当接近溶洞顶板时一定要采用小冲程钻进, 防止冲力过大引起顶板塌陷和掉钻并注意观察泥浆高度, 同时还要检查和维护钻机的钢丝绳是否牢固或存在破损。
当钻进穿越溶洞时, 或有岩石裂隙分布时, 泥浆会随溶洞通道而流失, 在穿越溶洞地区时, 当出现轻微漏浆, 应及时注入优质新鲜的PHP泥浆, 待修复泥浆壁后, 观察稳定后继续钻进;当泥浆流失量较大, 出现严重漏浆或塌孔时, 应立即提起钻头停止钻进, 回填粘土或片石, 反复小冲程冲进, 待形成较厚的土石泥浆壁后, 观察稳定后, 继续钻进。
总之, 岩溶地区的钻孔灌注桩施工难度较大, 工程事故较多, 但是只要做好了准备工作, 按照地勘信息做好施工方案, 按计划精心组织施工, 做好实时监控和事故处理, 讲究科学的方法和认真的态度, 也可以筑造优质的工程。
摘要：岩溶地区岩溶发育, 分布复杂, 给建筑工程的桩基施工带来了极大的施工困难, 在施工过程中容易出现偏孔、漏浆、塌孔、卡钻等事故。本文通过对湖南衡邵高速邵水河大桥的岩溶地区桩基的施工实践, 初步探讨了在岩溶地区进行桩基施工的控制要点与一些易发事故的分析和处理措施。
《公路桥涵施工技术规范》
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