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摘要:在巖溶地區(qū)的高速公路橋梁樁基施工是一個(gè)難題,極易出現(xiàn)塌孔、掉鉆、卡鉆、地面沉降、斷樁等施工安全事故。結(jié)合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實(shí)踐,探討溶洞呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)特點(diǎn),分析施工技術(shù)難點(diǎn),旨在為類似復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的高速公路橋梁樁基施工提供經(jīng)驗(yàn)參考,以避免樁基施工安全事故的發(fā)生,提高施工質(zhì)量和施工效率。
關(guān)鍵詞:串珠狀溶洞,巖溶區(qū),高速公路,橋梁樁基
1概述
在巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū),地下溶洞形狀、大小不一,分布不均勻,承載能力小,溶洞之間連通性好,因此橋梁樁基在鉆進(jìn)施工過程中容易出現(xiàn)塌孔、掉鉆、埋鉆、鉆孔偏斜以及漏漿等問題[1],從而影響施工進(jìn)度,降低施工質(zhì)量。不同巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū)的巖溶形態(tài)各具特點(diǎn),其中串珠狀巖溶由于溶洞沿深度方向數(shù)量分布較多,發(fā)育程度和規(guī)模不一,從而成為樁基成孔施工最難應(yīng)對(duì)的巖溶形態(tài)之一[2]。雖然王平[3]以廣東紫惠高速公路工程為背景論述了巖溶區(qū)現(xiàn)場(chǎng)施工主要技術(shù)和注意事項(xiàng),范業(yè)帥[4]針對(duì)河北省柴河特大橋12號(hào)主墩橋梁樁基施工闡述了巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)樁基施工方法及特點(diǎn),但由于串珠狀溶洞的特殊性,這種復(fù)雜巖溶地區(qū)的橋梁樁基施工技術(shù)還需進(jìn)一步總結(jié)和完善。本文將結(jié)合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實(shí)踐,探討溶洞呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶地質(zhì)橋梁樁基主要施工技術(shù)特點(diǎn),分析主要施工技術(shù)難點(diǎn),為類似復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的橋梁樁基施工提供現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),以此提高高速公路橋梁樁基的施工質(zhì)量和施工效率,避免施工過程中安全事故的發(fā)生。
2工程概況
廣東省佛清從高速公路北段位于廣州市花都區(qū)赤坭鎮(zhèn)和石角鎮(zhèn),全長(zhǎng)27.17km。經(jīng)初步地質(zhì)勘測(cè),東升互通橋梁工程段處于灰?guī)r地區(qū),地表覆蓋厚,巖溶發(fā)育較強(qiáng),溶洞埋深較深,洞高呈0.1m~16.8m不均勻分布,其中小型溶洞(洞高小于3m)占59.43%,大型溶洞(洞高位于3m~9m)占34.85%,特大型溶洞(洞高大于9m)占5.72%。溶洞內(nèi)處于全充填、半充填和無充填等狀態(tài),充填物多為軟~流塑粉質(zhì)粘土夾灰?guī)r碎塊。在東升互通橋梁工程500根樁基中約有200根樁基的樁底或樁側(cè)分布著溶洞,部分樁基將穿越溶洞沿深度方向呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶區(qū),穿越溶洞個(gè)數(shù)多達(dá)4個(gè)。
3主要施工技術(shù)要點(diǎn)
3.1樁基施工工藝
目前,橋梁樁基成孔常用方法有人工挖孔法、旋挖鉆進(jìn)成孔法、沖擊鉆進(jìn)成孔法等[5]。由于東升互通橋梁工程位于強(qiáng)發(fā)育巖溶區(qū),在樁基鉆孔施工過程中易出現(xiàn)漏漿,甚至塌孔等安全事故,因此為了使填充物有效地?cái)D入溶洞,提高護(hù)壁堵漏的效果,增強(qiáng)孔壁穩(wěn)定性,建議采用沖擊鉆進(jìn)成孔法。東升互通橋梁段樁基施工流程如圖1所示。在復(fù)雜巖溶區(qū)使用該成孔施工工藝時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來調(diào)整沖擊鉆的沖程大小。沖程過大,易引起較大的振動(dòng),從而引起塌孔;沖程過小,則耽誤施工進(jìn)度;2)鉆至巖層時(shí),若表面不平整,應(yīng)先投入小片石,再進(jìn)行沖擊鉆進(jìn),從而防止斜孔、塌孔事故;3)要適當(dāng)放松鋼絲繩長(zhǎng)度。松繩過少,易形成“打空錐”,損壞機(jī)具;松繩過多,降低鉆進(jìn)速度,易發(fā)生鋼絲繩糾纏事故。在距離設(shè)計(jì)孔底1m范圍內(nèi),宜采用小沖程高頻鉆進(jìn),以此夯實(shí)孔底,有效保證樁孔底部密實(shí)、無破損;4)沖擊鉆進(jìn)一段時(shí)間后,應(yīng)及時(shí)撈渣。若鉆渣太多,使泥漿濃度變稠,從而吸收大量沖擊能,降低鉆進(jìn)速度?,F(xiàn)場(chǎng)每鉆進(jìn)2m~4m應(yīng)進(jìn)行泥漿比重測(cè)定,并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)注水,降低泥漿比重;5)鉆孔過程中需加強(qiáng)測(cè)量復(fù)核,鉆機(jī)進(jìn)尺2m~4m后使用護(hù)樁對(duì)孔位平面位置進(jìn)行復(fù)核,若發(fā)生偏孔應(yīng)停止鉆進(jìn),及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)位置,護(hù)樁位置予以保護(hù)。若護(hù)樁發(fā)生偏移,需重新復(fù)核樁位及護(hù)樁平面位置。
3.2施工前準(zhǔn)備工作
鉆孔前,需根據(jù)基準(zhǔn)坐標(biāo)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn),按施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求布設(shè)施工測(cè)量控制網(wǎng),控制樁位中心、鉆孔垂直度、樁頂、樁底高程等。由于東升互通橋梁采用雙柱墩結(jié)構(gòu)形式,所以樁基的定位精度要求比普通結(jié)構(gòu)的定位精度高,定位復(fù)核需加強(qiáng)精度控制。樁位精確放樣后,使用線繩在樁基四周布設(shè)護(hù)樁,護(hù)樁距樁基中心點(diǎn)距離根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié),一般在2.5m~3.0m之間。施工前,需對(duì)鉆機(jī)平臺(tái)進(jìn)行整平加固,若樁機(jī)倉促定位會(huì)導(dǎo)致后期施工中出現(xiàn)樁基孔垂直度不合格。若樁基四周地質(zhì)條件不好,要對(duì)鉆機(jī)擺放位置進(jìn)行重點(diǎn)清表,清理到硬土位置為止,然后回填級(jí)配碎石,每回填20cm后壓實(shí),再回填下一層并壓實(shí),最后進(jìn)行整平,鋪設(shè)鋼板,使得鉆機(jī)平穩(wěn)固定在施工平臺(tái)上,保證鉆進(jìn)過程不會(huì)出現(xiàn)鉆機(jī)下沉不均勻或者移動(dòng)偏位情況;若樁基四周地質(zhì)條件好,可對(duì)表面進(jìn)行清理,然后整平,鋪設(shè)鋼板,保證鉆機(jī)位不出現(xiàn)偏移。根據(jù)測(cè)量放線埋設(shè)鋼護(hù)筒,鋼護(hù)筒的厚度為8mm,高度為2.0m~4.0m,內(nèi)徑比相應(yīng)樁徑大20cm,護(hù)筒上開有一個(gè)溢漿孔。護(hù)筒埋設(shè)采用人工開挖的方式,將坑底整平,然后放入護(hù)筒,四周即用黏土回填,分層夯實(shí),并隨時(shí)觀察護(hù)筒,防止填土?xí)r護(hù)筒位置偏移,嚴(yán)格控制護(hù)筒位置和垂直度,鋼護(hù)筒頂部需高出施工場(chǎng)地地面30cm,防止雜物等進(jìn)入施工孔內(nèi)。
3.3造漿及清運(yùn)
泥漿在施工過程中在孔壁會(huì)形成一層泥皮,不僅可以起到保證施工孔免于坍塌的作用,還可以起到浮懸土渣的作用。在樁基孔鉆進(jìn)過程中應(yīng)不斷測(cè)試泥漿的性能指標(biāo),并根據(jù)泥漿性能和地層情況及時(shí)調(diào)整,必要時(shí)可添加外加劑,改善泥漿性能。泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要由泥漿池、出漿槽、泥漿泵、沉淀池等部分組成,布置于兩橋墩之間。泥漿池及沉淀池四周應(yīng)布設(shè)防護(hù)網(wǎng)和警示標(biāo)識(shí),底部周邊碼放砂袋,防止漏漿污染。為了加快施工進(jìn)度及保護(hù)環(huán)境,需在施工場(chǎng)地建設(shè)泥漿沉渣晾曬區(qū),并由泥漿清運(yùn)車及時(shí)清運(yùn)。
3.4溶洞處理方案
復(fù)雜巖溶區(qū)的橋梁建設(shè)常會(huì)因溶洞的存在降低施工效率和工程質(zhì)量,若在樁基施工過程中未能有效處理溶洞,則會(huì)在后期運(yùn)營中出現(xiàn)橋梁樁基的不均勻下沉,從而影響行車舒適度,甚至出現(xiàn)工程事故和行車安全事故[6]。因此樁基施工中常會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際巖溶發(fā)育狀況和地質(zhì)情況制定針對(duì)性的溶洞處理方案[7]。東升互通橋梁右幅1-1樁位和3-3樁位分布著串珠狀溶洞,因此在鉆孔施工過程中,出現(xiàn)了嚴(yán)重的漏漿和塌孔施工事故,故現(xiàn)場(chǎng)工作人員根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,結(jié)合了拋填黃土片石法和鋼護(hù)筒跟進(jìn)法來處理溶洞。當(dāng)鉆至距溶洞頂板距離小于500mm時(shí),應(yīng)提出沖擊錘,向孔內(nèi)拋填片石、粘土,再進(jìn)行小沖程鉆孔,直至穿過溶洞后再逐漸加大沖程至正常鉆孔速度;當(dāng)鉆頭穿過溶洞頂板后需立即提出,向孔內(nèi)先后拋填片石和粘土,拋填比例按1∶1施工,再以小沖程高頻率沖擊穿過空洞,將充填物擠入孔壁,實(shí)現(xiàn)人工造壁。對(duì)于串珠狀溶洞中的空溶洞或半充填溶洞,在穿越擊溶洞前,應(yīng)密切注意孔內(nèi)泥漿面的變化,若出現(xiàn)下降,則立即補(bǔ)水,并按1∶2的比例回填粘土和片石,再進(jìn)行沖砸堵漏,當(dāng)漏漿現(xiàn)象全部消失后才正常鉆進(jìn);對(duì)于溶洞內(nèi)填充物為軟弱粘性土或淤泥,穿越溶洞之后應(yīng)向孔內(nèi)投入比例為1∶1的粘土片石混合物,沖砸固壁,防止孔壁坍塌。當(dāng)鉆孔過程中遇到串珠狀溶洞的大型空溶洞時(shí),漏漿嚴(yán)重易發(fā)生塌孔事故,此時(shí)應(yīng)采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)法,鋼護(hù)筒直徑要大于樁徑至少10cm,采用震動(dòng)下沉法將鋼護(hù)筒打至溶洞位置?,F(xiàn)場(chǎng)溶洞處理施工如圖2所示。
3.5清孔及水下混凝土灌注
樁基孔鉆至設(shè)計(jì)深度后,需對(duì)孔深、孔徑、孔位進(jìn)行檢查,然后采用換漿法對(duì)施工孔進(jìn)行清理。當(dāng)換漿至規(guī)定時(shí)長(zhǎng)后,吊入已經(jīng)制作好的鋼筋籠,進(jìn)行二次清孔,并再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)和孔底沉淀厚度是否符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,當(dāng)泥漿含砂率小于2%,相對(duì)密度位于1.03~1.10之間,方可進(jìn)行水下混凝土灌注。灌注水下混凝土是鉆孔樁施工的重要工序,需要一次完成,中間不能停留。水下混凝土坍落度應(yīng)控制在180mm~200mm,在灌注過程中,應(yīng)保持孔內(nèi)水頭和導(dǎo)管埋管深度在2m~6m范圍。當(dāng)孔內(nèi)混凝土靠近鋼筋籠時(shí),應(yīng)使導(dǎo)管保持稍大的埋深,放慢灌注速度,減小混凝土從導(dǎo)管底口出來后產(chǎn)生較大的向上沖擊力,防止鋼筋籠被混凝土頂托上升;當(dāng)混凝土進(jìn)入鋼筋籠一定的深度后,應(yīng)適當(dāng)提高導(dǎo)管,減小導(dǎo)管埋置深度,從而增加鋼筋籠在導(dǎo)管底口下的埋深,增加混凝土對(duì)鋼筋的握裹力。為確保樁頂質(zhì)量,應(yīng)在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高的基礎(chǔ)上多灌注50cm~100cm,灌注結(jié)束后立刻清除樁頂沉渣;待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后,人工鑿除超灌的混凝土,以保證樁頭混凝土質(zhì)量的良好。
4施工技術(shù)難點(diǎn)
1)由于巖溶發(fā)育的不連續(xù)性和復(fù)雜性,使得前期鉆孔勘察工作不能完全反映洞走向、分布以及大小,因此在樁基施工中有可能會(huì)碰到未勘探到的溶洞,這樣往往給樁基施工造成一定的經(jīng)濟(jì)損失,加大了溶洞處理費(fèi)用,且在鉆孔過程中易發(fā)生塌孔、斜孔、卡錘、漏漿等風(fēng)險(xiǎn),使得樁基成孔操作難度比較高[8]。2)由于橋址區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng),溶洞呈串珠狀分布且連通性較好,因此在樁基施工過程中溶洞處理工作難度較大,常在同一個(gè)溶洞位置發(fā)生多次漏漿和塌孔。3)由于部分樁基需穿越串珠狀巖溶地基,樁孔設(shè)計(jì)深度較深,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)較長(zhǎng),因此需要大量的混凝土材料,且需要長(zhǎng)時(shí)間的灌注施工。而因?yàn)榛炷敛牧系馁|(zhì)量會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生一定的變化,故控制難度會(huì)提高,在灌注環(huán)節(jié)易出現(xiàn)流失與斷柱的問題,因此應(yīng)該加強(qiáng)灌注混凝土材料坍落度的控制[9]。
5結(jié)語
在復(fù)雜巖溶區(qū)進(jìn)行高速公路橋梁建設(shè),增大了施工難度,減緩了施工進(jìn)度,加大了施工風(fēng)險(xiǎn),故本文結(jié)合廣東省佛清從高速公路北段東升互通橋梁樁基施工實(shí)例,對(duì)溶洞呈串珠狀分布的復(fù)雜巖溶區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述,建立了科學(xué)實(shí)用的施工技術(shù)方案,提出了針對(duì)串珠狀溶洞的處理技術(shù),有效地提高了施工質(zhì)量和施工效率,保障了鉆孔施工安全,確保了橋梁運(yùn)營期的安全性和穩(wěn)定性,可為類似復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下的高速公路橋梁樁基施工提供了經(jīng)驗(yàn)參考。
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作者:羅海煉 鐘興武 侯億暉 陳文鋒 單位:中電建路橋集團(tuán)有限公司