岩溶发育地区的桩基施工

Vol.27No.3

中　南　公　路　工　程

CENTRALSOUTHHIGHWAYENGINEERING

2002年9月

Sep.2002

文章编号:1002-1205(2002)03-0074-02　文献标识码:B　中图分类号:U445.55+1

岩溶发育地区的桩基施工

刘钧泉

(湖南省公路桥梁建设总公司,湖南　长沙　410004)

【摘　要】　根据长塘埠大桥的施工,就溶岩发育地区的钻孔施工技术进行了深入的探讨。特别是对施工中事故的处理及溶沟、溶洞的处理进行了论述,具有较好的工程应用价值。【关键词】　桥梁　岩溶地区　桩基　施工

　　长塘埠大桥位于衡枣高速公路第十二合同段,属永州地界,跨越湘江。桥位处工程地质复杂,岩层溶蚀现象严重,岩溶发育强烈。岩层坚硬,半边岩层多,相邻桩岩面高差达到9m。溶洞从40cm到8m不等,溶洞充填物有泥

cm,含大漂石或岩石,泥质少,致使钻孔平台基

础嵌入河床表面浅,不能承受很大的水平冲击和摇晃。分析以上情况,选择了6台JK型钻机,其起重力80kN,自重6.8t。2　事故预防及处理措施

沙、砂砾、软塑土等,稳定性差。溶沟纵横交错,且与河床相连。桩长设计参差不齐,3号墩1#桩与4#桩桩底标高相差达26m。鉴于本桥地质情况,桩基施工非常困难,钻进中卡钻、斜孔、塌孔,漏浆甚至埋钻时有发生,浇筑桩基时砼流失大,如不采取有力措施,就可能形成断桩。1　成孔方案与钻机选择

在钻孔施工准备阶段,应对各种可能发生的事故进行分析,并制定相应的处理措施:

a.梅花孔预防和处理方法。①经常检查

钻头转向装置的灵活性,及时修理或更换失灵的转向装置;②根据每根桩的情况,选用适当粘度和相对密度的泥浆并及时排渣;③用低冲程时,每冲击一段换用高一些的冲程冲击,交替冲击修整孔型;④若出现梅花孔,用片石、卵石混合粘土回填,重新冲击。

b.冲孔偏斜的预防。①若探头石致使冲

根据该桥的地质情况,溶洞溶沟处理是本桥桩基施工成功的关键。从实际情况出发,可供选择的成孔方案有两种:即钻孔方案和人工挖孔方案。人工挖孔可目视检查,便于发现和处理施工中存在的问题,更有利于查找潜伏的隐患(如桩底洞穴),因此先选择不在水中的0#墩和7#墩进行挖孔作业。施工过程中发现0#墩地质情况十分复杂,涌水大,护壁和挖进都非常困难。7#墩虽然涌水不大,但挖至标高79m后也进尺极慢。总结经验后,选定钻孔方案。

钻机的选择。从本桥的实际地质情况来看,钻孔护壁的好坏是成孔的关键,冲击钻机比旋转钻机效果更好。本桥桩基直径为200cm,最大孔深为41m,每根桩的地质状况均不

锤偏斜,回填片石、卵石,反复冲击打掉探头石;②将钻架略移向探头石一侧,用冲击钻高锤猛击,斩断探头石,然后将钻架移回原位继续冲击;③若岩面倾斜,则回填30～50cm厚的片石、卵石,然石冲击成孔;④向孔中灌注水下砼到与倾斜岩面上缘相平的高度,待砼达到一定强度后冲击成孔。

c.卡钻预防和处理。①当为梅花孔卡钻

时,若钻头下方有活动余地,可降落钻头,使钻头转动一个角度,则可能将钻头提出;②卡钻不能强提,以防塌孔、埋钻。宜用由下向上顶撞的方法,轻打卡点的石头,有时使钻头上、下

相同。河床表面是中密的砂卵石,粒径8～14

收稿日期:2002-05-15

第3期刘钧泉:岩溶发育地区的桩基施工75

活动,则能脱离卡点或使掉入的石块落下;③用较粗的钢丝绳带打捞钩放进孔内,将钻头钩住后,与大绳同时提动,或交替提动,并多次上下、左右摆动试探,则能够将钻头提出;④用以上方法提升钻头无效时,可用水下爆破提钻法,将乳化炸药(少于1kg)放入孔内,沿钻头的滑槽放入到钻头底,而后引爆,震松卡钻,再用卷扬机一般能提出来。在打捞过程中,继续循环泥浆,防止沉淀埋钻;⑤若以上方法都无效时,就必须下潜水工,摸清孔内情况,再制定相对应的方法。此前必须改善泥浆指标,通常采用加入CMC,不断循环降低泥浆比重和含砂率,加强护壁以确保安全。

d.掉钻预防和处理。①冲击过程中发现铁件掉入,立刻停钻,用电磁铁吸附打捞;②经常检查钢丝绳和连接装置,断丝多于或等于10%及时更换;③为便于打捞落钻,可在钻头上预先焊接打捞环等专用打捞工具;④提高责任心,不打空锤;⑤下潜水打捞,方法同前。

e.塌孔预防和处理。①降低冲击速度,保证孔内护壁强度;②发现有掉块现象时,及时回填片石、粘土后重新冲击,使孔壁坚实;③遇大型流沙层、溶洞时,高度谨慎,及时回填片石,或用地质钻机钻孔压浆,低锤穿越;④万不得已时,采用钢护筒与砼回填,人工开挖。

f.砼浇注流失的预防和处理。①在钻进过

震动冲击导致砂卵石垮入护筒内,内外水相

通,以致无法保证钻孔水头和泥浆指标,导致钻渣沉淀于孔底,钻孔进尺速度缓慢。为解决此问题,采用下列方法多次尝试:①护筒外抛包压实;②强行钻进几米后再震打护筒;③砼回填至护筒内1.5m重新开孔钻进;④下内护筒跟进;⑤气举反循环排渣钻进等。实践表明,因为河床较平整光滑,抛包不是掉入孔内,就是被河水冲走。由于大漂石和孤立的岩石的阻碍,即使护筒刃脚下卵石全部垮空,护筒也不能打入更深。而砼回填流出护筒外被河水所冲刷,护筒内的砼由于钻头的冲击而破坏,难以起到护壁作用。内护筒跟进实际上不能割断内外水的贯通。气举反循环排渣钻进在深度超过18m后难以为继,并且有垮孔的危险。综合上述经验,提出一个解决方案:结合河中每根桩的地质图,先采取气举反循环排渣冲击钻进,钻头直径202cm,钻进深度由下列因素确定:①力争穿过与河床相通的溶洞或溶沟;②尽量达到整块岩面;③深度控制不超过18m。当钻到预定深度后,下内径200cm的内护筒至孔底上方2m处,下导管浇筑2.5m封底砼,紧接着将内护筒震入砼中,待砼产生强度后继续钻进。此方案的实施成功地护住了孔口,使内护筒与孔壁紧密地连接在一起,阻隔了河水与孔内泥浆相通,极大地提高了钻孔速度,平均成孔速度由35d缩短至15d。

b.溶洞、溶沟的处理。对于溶洞、溶沟将给桩基施工造成的问题,解决方法无外乎两种:(1)先钻孔,同时根据遇到的地质情况进行处理,具体的实施过程前面已述。此方法是常用的方法,但其预防性差,难以防范突发的地质变故。如2号墩1#桩钻孔只用12d到位后,因为孔内上方溶洞处掉下一块大孤石,卡住了钻头,致使耗费两个月的时间,回填扩孔重钻捞起钻头后,才浇筑桩基砼。(2)先对溶洞、溶沟进行加固处理,再钻孔施工。鉴于1#桩的情况,在3#、4#桩进行地质处理,采用常规压浆法。先用地质勘测钻机在桩位中心钻

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程中若出现护筒内水头猛跌的情况,应对此处地层反复回填冲击,以造成坚固的护壁。回填材料可采用粘土加片石,也可用砼;②对地质勘测已探明的大型溶洞,在钻进过程中予以核实。若不能确保该溶洞完全填实,则根据溶洞高度,制作相应的内护筒(护筒加长1.4m,其内径同桩径),置于孔内封堵砼流失;③拌和站的材料准备充足,溶洞位置浇筑砼时控制上升速度。3　施工中问题及处理

a.河床表面坚硬、且含漂石。由于本桥的

河床是密实的砂卵石,而且含大漂石或岩石,因此钢护筒震入河床的深度很浅,一般在0.8～1.4m之间。当钻头穿过护筒刃脚时,由于

90中南公路工程第27卷

施工部门的质量意识直接关系到工程质量的好坏。克服盲目追求进度,故意偷工减料,杜绝工程质量无法保证的错误意识产生。

e.加强施工工艺管理。及时督促检查已制定的施工工艺文件是否得到认真执行,是否严格遵守操作规程等。

f.质量保证体系。建立自上而下的三级质量保证体系,即监督、工程监理及企业内部质量检查。实行工程监理制度和内部质量检查制度是进行质量控制的关键。

g.开展质量统计分析,掌握工程质量动

行质量状况的统计分析,通过分析,查出发生质量问题的原因,如图纸错误、材料不合格、不按图施工、违反工艺及操作规程、技术指导错误等。分清主次,采取防范对策。8　结语综上所述,软基路堤设计和施工的质量控制必须通过系统的科学管理才能实现。只有控制好设计和工程施工中的各个环节以及每道工序的工作质量,从思想上认识质量的重要性,从技术上加强管理,从客观上制定一套科学的管理程序,才能保证桥头软基路堤的设计和施工质量,完全避免桥头跳车现象。

参考文献

1　中华人民共和国交通部.JTJ071-96公路软土地基路堤设

态。在施工企业内部,开展自检和互检,同时组织专业人员进行专门检查,系统地、经常地掌握各施工班组在一定时间内(月、季等)工程质量或工作质量的现状及发展动态。同时进(上接第75页)

计与施工技术规范.北京:人民交通出版社,1996

孔取芯,与地质图对照确定溶洞、溶沟的大小高度、位置、填充物等情况,然后下套管由低到高对每个溶洞、溶沟进行压浆处理,一周后3#桩开钻。结果3#桩用14d成孔,4#桩仅用9d

桩位0#墩3#桩孔1#墩4#桩孔钻进入岩现场

2m时水头记录

猛落11m停钻回填片石、粘土,钢处理

筋笼外套护方法

筒,防砼流失

河床表面塌陷大洞,与桩孔相连河床塌陷处以大片石加砼填实,桩孔内回填卵石压浆

2#墩1#桩孔

完成,并且清孔与浇筑砼非常顺利,压浆处理效果较为理想。虽然此方法是可行的,但因为压浆方量较大,涉及到经费问题,本桥并没有大规模运用。

c.曲型事故处理的收集整理(见表1)

3#墩4#桩孔5#墩3#桩孔

7#墩3#、7#桩孔

7#墩1#桩孔

表1　长塘埠大桥典型事故处理表

岩石下落卡锤

溶洞大,探

头岩多砼浇筑流失大

两孔多处相通

遇流沙层,清孔困难

全孔回填,以直径2.15m的钻头重钻至被埋钻头上方0.5m处,加CMC反循环清孔,潜水打捞片石与砼交替回填,低锤反复冲击,耗时两个半月

控制砼浇筑速度,并适量减少减水剂

两孔同时浇筑砼,砼面相差不超过

2m

浓泥浆护壁冲孔到位,加烧碱和CMC正循环清孔

4　结语

参考文献

岩溶发育地区的水文地质构造相当复杂,桩基施工中不确定的因素很多。随着我国公路桥梁建设的迅速发展,这方面的施工方法将会更加丰富和发展。

1　交通部第一公路工程总公司.公路施工手册———桥涵.北

京:人民交通出版社,2000.3

2　中国公路学会桥梁和结构工程学会.论文集.北京:人民交

通出版社,2000.1