衡東興衡公路大橋樁基礎(chǔ)溶洞處理＊

盧治國(guó),曹紅亮

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司,湖南長(zhǎng)沙 410004)

衡東興衡公路大橋樁基礎(chǔ)溶洞處理＊

盧治國(guó),曹紅亮

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司,湖南長(zhǎng)沙 410004)

對(duì)不良地質(zhì)條件、溶洞的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹,闡述成樁工藝和溶洞的處理方案,為大型溶洞和串珠狀溶洞的處理提供參考。

成樁工藝;溶洞處理

一、工程簡(jiǎn)介

衡東縣興衡公路大橋位于湖南省衡東縣城西,東岸接衡東縣城興衡西路斷頭,東西向橫跨洣河,西岸規(guī)劃連接縣鄉(xiāng)公路網(wǎng)?？h城有省道 S315與衡陽(yáng)市相接,并有新塘、大浦兩入口與京珠高速公路連接,交通方便。

本項(xiàng)目起點(diǎn)樁號(hào)為 K0+414.50,終點(diǎn)樁號(hào)為 K0+956.14。項(xiàng)目橋梁接線 83.16m,橋長(zhǎng) 458.48m(K0+497.66-K0+956.14),上部構(gòu)造為 10×45m跨預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制簡(jiǎn)支 T梁橋,下部構(gòu)造共 11個(gè)墩臺(tái),0號(hào)、10號(hào)橋臺(tái)為雙柱埋置式輕型橋臺(tái),2根 D250cm鉆孔灌注樁基礎(chǔ),1號(hào) -9號(hào)橋墩為雙柱式橋墩,基礎(chǔ)為 D250鉆孔灌注樁。

二、地質(zhì)水文條件

(1)地質(zhì)條件。本場(chǎng)地地層巖性為第四系全新統(tǒng)人工堆積層雜填土,素填土;第四系全新統(tǒng)沖積層粉質(zhì)粘土;第四系上更新統(tǒng)殘坡積層粘土,粉質(zhì)粘土;下伏三疊系上統(tǒng)泥巖,中統(tǒng)石灰?guī)r。

(2)不良地質(zhì)條件。本場(chǎng)地存在的不良地質(zhì)為巖溶。三疊系中統(tǒng)石灰?guī)r,節(jié)理裂隙較發(fā)育,溶溝,溶槽,溶洞普遍分布于場(chǎng)地內(nèi),溶洞最大揭示高度達(dá) 8m,除少量充填流塑狀粘土外,其余均為空洞,溶洞發(fā)育以垂向發(fā)育為主,屬埋藏型巖溶,勘察鉆孔見(jiàn)洞率為 73%,巖洞發(fā)育程度強(qiáng)烈,地下水埋深淺,活動(dòng)強(qiáng)烈,大量抽取地下水易引起地面塌陷。場(chǎng)地屬可能產(chǎn)生巖溶塌陷的危險(xiǎn)區(qū)。

(3)工程特點(diǎn)和難點(diǎn)。工期要求緊,樁基施工成了制約工期的主要因素,必須集中一切資源,加快樁基施工進(jìn)度。施工難度大。本工程基巖為三疊系中統(tǒng) (T12)石灰?guī)r,溶洞普遍分布于場(chǎng)地內(nèi),在整個(gè)場(chǎng)地 20個(gè)鉆孔勘察鉆孔見(jiàn)洞率為73%。因此在鉆孔灌注樁施工前,必須詳細(xì)掌握每個(gè)樁位地下巖溶的分布情況,采取切實(shí)可行的措施,確保每個(gè)樁位順利成孔。

三、不同類型溶洞的判斷方法

根據(jù)溶洞是否有地下水大致分為兩大類:一類是溶洞內(nèi)無(wú)地下水流的溶洞;一類是有地下水流的溶洞。無(wú)地下水流的溶洞根據(jù)洞內(nèi)是否有填充物又可分為兩類:一為洞內(nèi)無(wú)任何填充物或未填滿的空溶洞;一類為洞內(nèi)充滿泥砂等物的泥砂洞。不同類型的溶洞對(duì)樁基礎(chǔ)的影響不盡相同,處理方法亦不同。

施工中,溶洞發(fā)育地區(qū)以鉆孔探測(cè)法來(lái)判斷溶洞的存在和溶洞類型。樁基鉆孔過(guò)程中突然遇到溶洞,可根據(jù)表 1初步判斷溶洞類型。

表1 溶洞類型判斷特征表

四、成樁工藝要求及巖溶處理方案

(一)成樁工藝要求

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,均采用沖擊成孔的方法進(jìn)行施工,由于沖孔時(shí)沖錘向樁側(cè)推擠,樁側(cè)形成石塊相互嵌緊的保護(hù)層,可減少泥漿的流失,并且石塊在推擠的作用下會(huì)對(duì)溶巖產(chǎn)生一定填充作用,對(duì)溶洞較為有利,在施工過(guò)程采用優(yōu)質(zhì)泥漿,或在泥漿中摻入適量的水泥,燒堿和鋸末,提高泥漿膠體率和懸浮能力,使其滲透入孔壁內(nèi)凝固,加強(qiáng)孔壁的防護(hù),當(dāng)巖面傾斜較大,鉆頭擺動(dòng)撞擊護(hù)筒或孔壁時(shí),應(yīng)回填片石,使孔底出現(xiàn)一個(gè)平面后再正常沖孔。

(二)巖溶處理方案

由于本場(chǎng)分布有大量的溶溝,溶槽,溶洞,巖洞發(fā)育程度強(qiáng)烈,鉆孔施工的主要難點(diǎn)為如何在具有多層溶洞的巖溶區(qū)成孔,如何堵住泥漿滲漏及混凝土流失,保證沖孔進(jìn)尺及清除孔底沉渣。針對(duì)以上情況,施工中采取了如下的解決方法。

1.埋設(shè)護(hù)筒

在鉆進(jìn)過(guò)程中,當(dāng)鑿穿溶洞時(shí)孔內(nèi)水頭會(huì)急劇下降 (尤其是無(wú)充填溶洞)。這樣孔外水壓會(huì)對(duì)孔壁形成側(cè)向壓力,極易造成塌孔。為了防止意外發(fā)生,需埋設(shè)護(hù)筒。護(hù)筒由 6～8mm鋼板卷制而成,護(hù)筒腳堪入巖層 30cm。首先正常鉆進(jìn)至接近溶洞頂板,將鉆頭提起,采用振動(dòng)錘等將鋼護(hù)筒穿過(guò)強(qiáng)風(fēng)化巖層 30cm,使護(hù)筒底部支撐在巖層上。接著重新在護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn),護(hù)筒下沉過(guò)程中應(yīng)計(jì)算護(hù)筒長(zhǎng)度、宜長(zhǎng)不宜短,上下端及中部設(shè)加強(qiáng)鋼板。對(duì)于多層溶洞可采用灌漿法和內(nèi)護(hù)筒法,也可采用全套護(hù)筒法,即相當(dāng)于再次下護(hù)筒,即內(nèi)護(hù)筒,只是護(hù)筒內(nèi)徑和高度有所改變,但施工工藝不變。

2.對(duì)有填充溶洞的處理

(1)對(duì)有充填的溶洞,充填物較好時(shí),一般不需要特殊處理,可直接鉆進(jìn),填充物為流塑性粘土?xí)r,采用拋片石、粘土等擠密填充;(2)對(duì)有填充的側(cè)壁溶洞,鉆進(jìn)時(shí)鉆頭容易跑偏,成孔困難,可先向孔內(nèi)拋填片石、粘土等,穩(wěn)定后再向下鉆進(jìn),如此循環(huán),直至成孔。如果反復(fù)拋填片石無(wú)效或效果不大時(shí),為保證樁基垂直度滿足規(guī)范要求,在溶洞處采取超前灌注措施,即對(duì)樁底軟弱部分用低標(biāo)號(hào)混凝土加固,提高其強(qiáng)度,使孔底土層間強(qiáng)度差距減小,便于沖擊成孔;(3)對(duì)于地質(zhì)鉆探已標(biāo)明的小型溶洞及溶槽、溶溝、小裂隙等,或者鉆孔過(guò)程中泥漿泄露,及時(shí)向孔內(nèi)投加粘土、片石、水泥,以加大泥漿質(zhì)量和密度,并依靠沖擊在樁側(cè)形成片的石夾粘土維護(hù)墻,保證泥漿不流失,保持孔內(nèi)泥漿高度,使得沖鉆順利進(jìn)行。

(三)對(duì)無(wú)填充或半填充空溶洞的處理

(1)對(duì)較小的溶洞,鑿穿溶洞頂板前,用低沖程、輕錘鉆進(jìn),選用前端突出的鉆頭,鑿穿溶洞后,泥漿下降較慢時(shí)用粘土回填,泥漿下降緩慢后繼續(xù)補(bǔ)漿、鉆進(jìn),同時(shí),采取 4∶1的比例投入片石和硬粘土,必要時(shí)加入適量水泥,待其凝固到一定強(qiáng)度后再依次往下鉆孔壓漿。若泥漿損失很快,用片石、粘土加水泥拌勻,按照 2∶2∶1的比例回填,必要時(shí)采用混凝土進(jìn)行封堵,并及時(shí)補(bǔ)漿,待漿面穩(wěn)定,填充物達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行鉆進(jìn)。

(2)對(duì)串珠狀溶洞、連續(xù)溶洞群,鑿穿溶洞頂板前,用小鉆鑿穿溶洞頂板,泥漿下降緩慢后繼續(xù)補(bǔ)漿、鉆進(jìn),如果泥漿面持續(xù)下降,泥漿比重降低,采用拋填片石、粘土、水泥等充填,必要時(shí)可摻加速凝劑或水泥砂漿、混凝土等進(jìn)行封堵,基本穩(wěn)定后再進(jìn)行下道工序。當(dāng)再次打穿下一層溶洞發(fā)生漏漿時(shí),重復(fù)上述工作,直到完成一個(gè)樁孔為止。

在實(shí)踐中,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和總結(jié),對(duì)于串珠狀溶洞、連續(xù)溶洞群、較大的溶洞,采用拋填片石、粘土、水泥、灌注混凝土等措施成孔后,為減少水下混凝土的灌注量,采用鋼絲網(wǎng)片處理法比較有效,具體辦法就是用 10×10鋼絲網(wǎng)螺旋狀均勻纏繞鋼筋籠,每層至少要有 50%的重疊區(qū),為保證鋼筋籠在灌筑時(shí)保護(hù)層的厚度,鋼筋籠在加工時(shí),外表層沿縱筋方向增加 4～6道 5cm高鋼絲網(wǎng)支撐筋,這樣在灌注中即可以減小護(hù)壁側(cè)壓力,減小護(hù)壁崩潰的概率,又可以保證鋼筋保護(hù)層厚度,從而提高成樁質(zhì)量。對(duì)于減少混凝土灌筑量有顯著的作用。

如 8#-1孔,地質(zhì)勘探顯示地下 16～42m處為串珠狀溶洞 (共五層),理論灌筑量在 680立方以上,經(jīng)鋼絲網(wǎng)處理后,實(shí)際灌筑量 210立方。

6-2#孔勘探資料顯示地下 23～35m處有一垂直高度 8m大型溶洞,除填少量流塑狀粘土外,其余均為空洞。理論需要填充量 500立方以上,經(jīng)鋼絲網(wǎng)處理后,實(shí)際灌筑量 206立方。

(四)漏漿處理方案

樁基在鉆進(jìn)過(guò)程若遇到漏漿現(xiàn)象,先用片石和粘土按2∶1比例填塞,鉆進(jìn)至原深度,若不能達(dá)到止漏效果,再用片石、粘土、水泥按照 2∶2∶1的比例簡(jiǎn)單拌勻后進(jìn)行回填,回填量不少于孔深的三分之二,再鉆進(jìn)至原深度,停止 12h后再進(jìn)行第二次回填鉆進(jìn),反復(fù)處理直到達(dá)到止漏效果。例如 5-1#樁徑2.5m,樁長(zhǎng) 27.46m,地質(zhì)資料顯示有 2.5m溶洞,當(dāng)鉆進(jìn)到溶洞處時(shí)發(fā)現(xiàn)漏漿,下降速度 800mm/min,處理辦法,先用 20立方片石和 20立方粘土填塞,鉆進(jìn)后效果不明顯,后用片石、粘土、水泥按照 2∶2∶1的比例簡(jiǎn)單拌勻后進(jìn)行回填反復(fù)處理 6次達(dá)到止漏效果,共用去片石 210立方,粘土 90立方,水泥 29t。

五、結(jié)語(yǔ)

(1)巖溶地基處理有很大的難度和復(fù)雜性,需因地制宜地設(shè)計(jì)和選擇施工方法。

(2)沖孔樁處理復(fù)雜巖溶地基行之有效,有較大的可靠性。

(3)采用袋裝粘土及水泥填堵溶洞及防滲堵漏,行之有效,且最為經(jīng)濟(jì),同時(shí)保證成樁質(zhì)量,避免大規(guī)模超灌混凝土。

(4)埋設(shè)護(hù)筒可有效避免塌孔。

(5)采取措施時(shí)要及時(shí),防止處理不及時(shí)孔口坍塌等事態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大。

[1]凌治平.基礎(chǔ)工程[M].北京:人民交通出版社,1995.

2010-10-26

盧治國(guó) (1977-),男,湖南長(zhǎng)沙人,工程師。