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岩溶区桥梁桩基础施工方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-01-20  来源:中国路桥网
核心提示:溶洞作为一种不良地质具有无规律性且难以直观察觉等特点,一直以来是基础设计及施工的难题。岩溶,又称喀斯特(Karst),是一种不良
         溶洞作为一种不良地质具有无规律性且难以直观察觉等特点,一直以来是基础设计及施工的难题。岩溶,又称喀斯特(Karst),是一种不良地质现象。岩溶指可溶性岩石,特别是碳酸盐类岩石(如石灰岩、石膏等),受含有二氧化碳的流水溶蚀,有时并加以沉积作用而形成的地貌。岩溶区,由于桥址下伏岩溶发育,基岩形态复杂,溶洞众多且具有一定的连通性,因此其基础施工,特别是桩基础施工过程中常遇到上覆地层坍塌、岩面突变、溶洞漏水漏浆等复杂问题,给岩溶区桥梁施工带来一定困难。因此,在施工过程中要认清施工所在地溶洞发育情况,并根据溶洞见洞率和溶洞的大小及填充物质的特征,采用不同的施工方法,十分重要。

1 岩溶地区主要工程地质特征

①由于受气温的影响,石灰岩表面在地表水及地下水强烈侵蚀作用下,普遍出现参差不平、犬牙交错的形态。起伏不平的基岩面,其高差一般为1m~5m,局部地段高差可达20m,给桩基施工带来了困难;

②基岩面下2m~15m范围内出现的溶洞称浅层溶洞。浅层溶洞内一般有充填物,充填物一般呈软塑~流塑状态。溶洞发育形态非常复杂,这类浅层溶洞直接影响到基岩上桩基的安全;

③在石灰岩溶洞地区的基岩表面,普遍分布一层厚薄不一的软土层,软土层一般呈软塑~流塑状态。其天然含水量大、承载力低、工程地质条件差,是引起上部结构不均匀沉降的主要因素;且其性质对地下水位的变化非常敏感,当地下水下降时,浮托力消减,土层固结变形,工程地质条件发生改变。

2 岩溶地基的处理

由于施工场地岩溶较为发育。其大小、形状、埋深、填充状况以及对桩基施工的影响都不尽相同,因而应根据具体情况采取不同的处理措施,并在桩基础施工前进行预处理,力求达到安全、有效、经济的效果。

①对于不稳定的岩溶洞隙,可根据其大小、形态及埋深,采用清爆换填、浅层楔状填埋、洞底支撑、梁板跨越、调整柱距等方法。

②对于岩溶水的处理,应在查明季节性动态特征的基础上,采取宜疏勿堵的原则。

③未经有效处理的隐状土洞或地表塌陷及预计的塌陷影响范围内,不应作天然地基。对土洞和塌隙的工程处理应按其成因区别对待,并充分估计处理后的重发性。工程措施宜采用地表截流、防渗堵漏、挖填灌、堵塞岩溶通道、通气降压等方法,同时应采用梁板跨越。对重要建筑物,应采用桩(墩)基。

④应注意工程活动改变和堵截山麓斜坡地段地下水排泄通道,造成较大动水压力对建筑物基坑底板、地坪及道路等正常使用的不良影响,注意泄水、涌水对环境的污染。

3 岩溶地质桥梁桩基施工的主要方法

3.1 钢护筒跟进法

①在溶洞较大,洞内无填充或有流塑充填物,漏水严重或与暗河连通时,采取片石粘土回填,灌注混凝土仍然无法成孔时,可采取钢护筒跟迸法施工。这种方法就是一面冲孔、一面接高护筒,并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内,用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动,便于钻孔施工。

②当采用泥石筑壁法冲孔已穿过多个溶洞,并且均已造壁成功,在继续冲孔时,上面已形成的泥石护壁突然坍塌并且漏水,这时已无法再进行泥石护壁,可以将钢护筒跟进到塌孔处堵漏,漏几个溶洞,就跟几个溶洞。

③在垂向溶洞较多,桩基较长,钢护筒跟进很困难,钢护筒不能一层跟进到底时,可先下一层大护筒跟进,这个护筒的直径应大于桩径20cm左右。当大护筒不能下沉,下面的溶洞又无法处理时,需再下一层护筒跟进。在施工中应尽量避免双层或多层护筒跟进。

3.2 粘土片石回填法

粘土片石回填法适用于高度6m以下全填充、半填充和无填充的溶洞处理,优点是方便、快捷、节省费用。当钻孔至溶洞层时,一般护筒内泥浆会全部或部分流失,严重时会造成塌孔,这时可采用片石加粘土(按1:1体积比)回填,溶洞较大时可加入部分水泥,回填一层、采用钻头冲击一遍,尽量使片石和粘土保持密实,直至回填至溶洞顶部1m~2m。溶洞回填完成后,向钻孔内注入稠度较大的泥浆,使其自然浸入片石缝隙内,然后采用钻头冲击,使片石和粘土挤入溶洞内,形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时,应反复回填、冲击,直至形成泥石护壁不再漏浆为止。钢护筒必须穿透砂砾及卵石等透水层坐落在不透水层上,尤其是多层溶洞,以防止溶洞漏水,孔内水头急剧下降而造成塌孔。

3.3 钢护筒与回填片石相结合法

为了防止击穿溶洞时泥浆面下降严重造成孔内压力不足而坍孔,根据地质超前钻探结果,确定护筒埋入深度,护筒应埋至风化岩面;冲至溶洞顶约1m减小冲程,冲程在50cm-100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿;在击穿溶洞前派专人负责观察孔内泥浆面变化,一旦发现泥浆突然下降,就马上补充水源和泥浆并提上冲锤防止埋锤。然后根据溶洞大小按1:1的片石和粘土同时投放整包的水泥,进行冲砸堵漏,反复冲击方法将洞内冲砸密实,在冲砸过程中适当加大泥浆比重使护壁牢固,当泥浆面稳定后方可按正常冲孔,如此反复穿越溶洞。

4 工程实例

4.1 工程概况

某大桥桥长约710m,桥梁下部结构采用桩基础,柱式桥墩,上部结构采用25m、30m、40m跨径的装配式预应力混凝土简支T梁。其中11—1号桩桩径1500mm,原桩底标高为-25.000m,根据地质超前钻孔资料,桩底标高必需调整为穿过溶洞嵌入微风化4.0m,11-1号桩施工范围内存在形态各异的小型溶洞及较厚的石膏层,必需采取有效措施进行处理。

4.2 地质情况

根据超前钻勘察资料反映,11-1号桩位中从上到下的地层情况如下:亚粘土层一强风化盐溶角砾岩层一强风化石膏层一弱风化灰岩层。存在两层溶洞,地面标高为2.0m,第一层位于现状地面下10m,洞高约lm;第二层溶洞位于现状地面下20.5~22.0m,洞高为1.0~1.5m。

4.3 施工方法

根据11-1号桩基超前钻孔的资料可知,溶洞以上的强风化盐溶角砾层厚度较厚。由此可以判断,只要在施工过程中将钢护筒穿透土层部分,在桩基冲孔的过程中就能够具有足够的安全性,正常情况下在11-1号桩基的施工过程中就不会发生坍塌事故。同时,在桩基施工时需要使用钢护筒来进行防护,以防止塌孔,钢护简筒壁的厚度为12mm,护筒内径为1700mm,总长度约为13m,护筒应打入至弱风化灰岩岩层的顶面。冲至溶洞顶约1m减小冲程,冲程在50cm~100cm左右,小冲程大频率方法逐渐把溶洞击穿。当击穿溶洞发现泥浆面突然下降较多时,马上补泥浆并抛填片石和粘土(比例约1:1),然后进行冲砸堵漏,反复冲击方法将洞内冲砸密实,在冲砸过程中适当加大泥浆比重使护壁牢固,冲击过程中发现漏浆时,继续回填1:1的片石和粘土,然后冲击,如此反复穿过溶洞,直至终孔。进入石膏层后,根据泥浆的浓度和进尺的快慢,由于石膏被冲碎后,与原来的泥浆形成混合体,加大了泥浆的稠度,从而造成粘锤和每天的进尺缓慢,这是就可以根据实际情况,适当的调整泥浆的浓度和加入一定的片石或卵石在孔内,这样可以在一定的程度上加快冲孔的进度。其它工序按常规施工。经统计桩长约49m,采用钢护筒跟进,用片石和粘土多次回填,最后成孔灌注砼,验桩后为I类桩,处理后果良好。

5 结束语

总之,在处理溶洞时应根据实际地质情况,综合考虑各种因素,选用安全、经济、合理有效的施工处理方法,以保证工程质量和施工安全,缩短工期、降低工程造价。

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