巖溶地區(qū)鉆孔樁溶洞處理施工技術(shù)總結(jié)

摘要:本文以武廣客運專線XXTIV標北鄉(xiāng)特大橋鉆孔樁施工為實例，主要闡述巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁的溶洞處理的工藝原理、方案的選擇、針對不同孔徑大小的溶洞所采用的各種不同的處理方法等，通過本工程試驗及實踐，使得巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)的施工工藝及技術(shù)得到了成功驗證和，取得了較為成熟的經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞:武廣客專 巖溶地區(qū) 鉆孔樁基礎(chǔ) 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，南接東塘隧道，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、反復壓漿。雙液漿配制時，控制漿液比例，反復試驗，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，應再次回填，反復回填、反復沖擊，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
        ①巖溶地區(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注意以下幾個問題：①施工準備 根據(jù)地質(zhì)資料預測施工中可能出現(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 灌注中導管提升時，要根據(jù)溶洞情況確定導管埋深，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管。
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[1]鐵建設(shè)[2005]160號客運專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標準.
[2]TZ213-2005客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南.
[3]TB10002.5-2005.J464-2005.鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范.
[4]湖南科技.2002年第1期《巖溶地基處理方法》.
[5]交通世界.2004年第5期《巖溶地區(qū)地基處理及樁基施工技術(shù)》.

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