李 川
(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001)
巖溶表現(xiàn)形式多為溶蝕、溶溝、溶洞等,給橋梁基礎(chǔ)施工帶來(lái)了較大的困難。某公路橋梁樁基施工過(guò)程中,根據(jù)具體情況,因地制宜,綜合治理,采用了擠石造壁法、內(nèi)護(hù)筒法、靜態(tài)化學(xué)灌漿法三種方法有針對(duì)性地對(duì)各類巖溶地質(zhì)進(jìn)行處治[1]。
某改擴(kuò)建的公路,路線總長(zhǎng)度為16.685 km;舊公路的設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km,四車道。改建后的路基寬度為42 m,設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km,雙向八車道。其中橋梁總長(zhǎng)為1 800 m,由一座跨江大橋、兩座中橋、三座互通立交組成;另有6座天橋、3座分離式立交橋、2座橋式通道,共計(jì)283個(gè)樁基;樁直徑分別為1.2 m、1.3 m、1.5 m、1.8 m、2.0 m五種,全部用C30混凝土澆筑。
根據(jù)靜態(tài)化學(xué)灌漿法、擠石造壁法、內(nèi)護(hù)筒跟進(jìn)法各自的適用特點(diǎn),對(duì)溶蝕裂隙、全填充溶洞、半填充溶洞、無(wú)填充溶洞、多層無(wú)填充溶洞等不同種類、不同程度的不良巖溶地質(zhì)采用針對(duì)性較強(qiáng)的方式進(jìn)行處治,從而達(dá)到快速推進(jìn)巖溶地區(qū)樁基施工的目的[2]。
(1)工程地質(zhì)調(diào)查:在樁基施工前,應(yīng)先對(duì)橋位區(qū)內(nèi)的巖溶發(fā)育情況和附近原有橋梁的基礎(chǔ)形式進(jìn)行調(diào)查。
(2)施工場(chǎng)地準(zhǔn)備:巖溶地區(qū)樁基施工場(chǎng)地主要分為四類,即常規(guī)樁基施工場(chǎng)地、水中樁基施工場(chǎng)地、邊坡樁基施工場(chǎng)地、跨線交叉樁基施工場(chǎng)地。
(3)主要材料及機(jī)具準(zhǔn)備:以施工一處樁基為例,所使用的主要材料及機(jī)具見(jiàn)表1、表2。
表1 主要材料
表2 主要機(jī)具
(4)測(cè)量放樣:施工測(cè)量嚴(yán)格按測(cè)量規(guī)范要求進(jìn)行,誤差控制在5 mm以內(nèi),定位后設(shè)置牢靠的護(hù)樁,并在施工中注意保護(hù)。
常規(guī)護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大200~400 mm,但如果地質(zhì)資料顯示樁位處存在無(wú)填充溶洞或多層無(wú)填充溶洞,則應(yīng)充分考慮需下放的內(nèi)護(hù)筒層數(shù)來(lái)確定外護(hù)筒的內(nèi)徑,一般每層內(nèi)護(hù)筒較外層直徑小10 cm。
護(hù)筒采用8~12 mm厚的鋼板卷制成型,上、下口外圍采用80 mm寬鋼板加焊加勁環(huán),外護(hù)筒最小高度不應(yīng)小于3 m。
吊裝鉆機(jī)就位工序,重在將鉆機(jī)的中心點(diǎn)與樁位的十字線對(duì)齊,在鉆入后,底座必須平整穩(wěn)固,保證鉆進(jìn)期間不會(huì)有任何的傾斜和偏移。
在鉆機(jī)就位后,鉆頭中心與樁心要對(duì)準(zhǔn),沖錐的鋼絲繩與鋼護(hù)套的中心位置偏差不超過(guò)2 cm,鉆進(jìn)過(guò)程中需升降錐頭,要保證鉆進(jìn)錐頭的平穩(wěn)性,重點(diǎn)控制不能碰撞護(hù)壁和孔壁。
(1)在巖溶地區(qū)樁基施工中,應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)及時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo),砂黏土中泥漿比重不宜大于1.3,漂石、卵石層中泥漿比重不宜大于1.4,巖石層中不宜大于1.2。一般地層入孔時(shí)泥漿黏度為16~22 s,松散易坍地層宜為19~28 s,含砂率應(yīng)不大于4%,pH酸堿度宜控制在8~11。
(2)沖擊鉆進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)始終保持孔內(nèi)水位高于地下水位1.5~2.0 m,并應(yīng)低于護(hù)筒頂面0.3 m。
(3)在鉆孔時(shí),首先采用小沖程鉆孔,并保證孔壁牢固、垂直、圓滑,具有導(dǎo)向功能,當(dāng)鉆孔深度大于鉆頭全高,需加沖程時(shí),才能進(jìn)行常規(guī)沖擊。
(4)在沖擊鉆進(jìn)時(shí),必須保證鉆孔水位高于地下水位1.5~2.0 m以上,并應(yīng)低于護(hù)筒頂面至少0.3 m。
(5)掏取鉆渣和停鉆時(shí),要及時(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)水,保持水頭高度。
(6)在巖溶地區(qū)沖孔鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)根據(jù)地層的不同,選擇適宜的沖程:對(duì)淤泥層、黏土層的沖擊鉆進(jìn),采用中行程(1.0~2.0 m);在沖擊砂體時(shí),要在小沖程(0.5~1.0 m)內(nèi)加入少量的碎石和黏土,以強(qiáng)化護(hù)壁;當(dāng)遇到浮石或堅(jiān)硬的巖石時(shí),要按重錘中沖程(1.0~2.0 m)的方案鉆進(jìn),如果表面不平,則先投入黏土、小片石進(jìn)行填平,然后進(jìn)行沖擊鉆孔,防止孔斜、塌孔。
(7)在沖擊鉆進(jìn)的過(guò)程中,操作者要根據(jù)進(jìn)尺的速度,及時(shí)將主鋼索放下,不得打空。
當(dāng)溶洞頂壁被擊穿時(shí),護(hù)筒內(nèi)的泥漿液面急劇下降,可作為判斷鉆孔遇溶的特征。樁基施工的巖溶處治,大體可分為靜態(tài)化學(xué)灌漿法、擠石造壁法、內(nèi)護(hù)筒法等三種方法。
4.5.1 靜態(tài)化學(xué)灌漿法
靜態(tài)化學(xué)灌漿法適用于樁基施工前對(duì)溶蝕裂隙的預(yù)處理,通過(guò)水泥漿的擴(kuò)散、充填空隙,硬化、膠結(jié)成整體,以起到加固、防滲的作用[3]。
(1)鉆孔采用小型地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)施工,鉆桿垂直度及樁位偏差等要求與樁基施工相同,為確保注漿管能順利下放至注漿面,鉆孔直徑宜為10 cm。
(2)漿液選用強(qiáng)度等級(jí)為P.O32.5或以上標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥,如地基吸漿量較大,則采用水玻璃等速凝劑,提高漿液的凝結(jié)速度。
(3)注漿孔宜沿橋梁基礎(chǔ)外側(cè)布置2排,排間距宜為1 m,內(nèi)排距離基礎(chǔ)邊緣宜控制在0.5 m,內(nèi)排的孔間距不宜超過(guò)1.5 m,外排的孔間距不宜超過(guò)2 m,具體布置如圖2所示。
圖2 注漿孔布置圖
(4)鉆孔孔徑及孔深需根據(jù)地層特點(diǎn)確定,一般孔徑為100 mm,注漿范圍為強(qiáng)~中風(fēng)化基巖面以上4 m至以下1 m。
(5)注漿管采用直徑為Φ40 mm鋼管,沿鋼管方向每隔0.1 m鉆一對(duì)Φ6 mm的出漿管,相鄰兩對(duì)出漿孔夾角為45°,鋼管連接接頭需牢靠,防止下管過(guò)程中發(fā)生斷節(jié)。
(6)下管過(guò)程中,及時(shí)向管內(nèi)加入清水,以克服下管過(guò)程中的浮力,保證鋼管順利下至孔底,當(dāng)鋼管下放到位后,應(yīng)及時(shí)臨時(shí)封堵管口,防止堵塞。
(7)在注漿壓力恒定、注入率不斷降低,或注入率恒定、注漿壓力持續(xù)上升的情況下,不能更改漿料比例。
(8)結(jié)束注漿的標(biāo)準(zhǔn):1)路堤坡面漏漿;2)注漿以注漿壓力達(dá)到0.5 MPa并維持8 min;3)注漿壓力在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),注漿流量明顯減小,小于初始流量的30%。
4.5.2 擠石造壁法
擠石造壁法適用于巖溶裂隙、全填充溶洞或半填充溶洞的處治。
(1)采用此方法進(jìn)行巖溶處治前,應(yīng)事先在樁位周圍準(zhǔn)備好足夠的片石、黏土、風(fēng)化石、袋裝水泥。當(dāng)鉆孔作業(yè)接近溶洞頂部時(shí),安排一臺(tái)裝載機(jī)及配合處理的人員及設(shè)備在鉆孔現(xiàn)場(chǎng)待命。
(2)當(dāng)發(fā)現(xiàn)護(hù)筒中泥漿液面水位迅速降低時(shí),應(yīng)往鉆孔中補(bǔ)充注漿,并將鉆頭抬起,在測(cè)量結(jié)束后,以裝載機(jī)為主,人工為輔,將片石、黏土填入孔眼,每回填一次,直接將水泥投入鉆孔,如此反復(fù),直到達(dá)到洞頂1 m以上,不再有明顯的滲漏為止。
(3)當(dāng)發(fā)現(xiàn)護(hù)筒內(nèi)的泥漿液面下降較緩慢時(shí),則在補(bǔ)漿的同時(shí),拋填片石、黏土等,每鉆進(jìn)50~60 cm左右拋填一次,如此進(jìn)行反復(fù)沖擊處理,以封堵裂隙、溶洞。
(4)回填采用的土石,其比例宜控制在1∶1左右,回填黏土、片石前可先向孔內(nèi)拋填不少于50 kg的P·O32.5袋裝水泥,起到迅速堵塞的作用,回填材料的添加順序?yàn)樗唷ね痢痆4]。
(5)用于溶洞回填的片石宜采用石灰?guī)r,其強(qiáng)度宜大于等于30 MPa,片石粒徑應(yīng)在30~50 cm之間。
4.5.3 內(nèi)護(hù)筒跟進(jìn)法
樁基鉆孔遇無(wú)填充溶洞或多層無(wú)填充溶洞時(shí),孔內(nèi)泥漿會(huì)在數(shù)分鐘內(nèi)迅速流失,難以及時(shí)補(bǔ)漿或因備用泥漿不足,此時(shí)易造成大范圍的坍孔,對(duì)于該種情況,采用下放內(nèi)護(hù)筒的方法進(jìn)行處治。
(1)于加工場(chǎng)內(nèi)制作6 m一段的鋼護(hù)筒標(biāo)準(zhǔn)節(jié),同時(shí)應(yīng)適量制作長(zhǎng)度為2 m、1 m的鋼護(hù)筒調(diào)節(jié)段。
(2)采用振動(dòng)錘將鋼護(hù)筒標(biāo)準(zhǔn)節(jié)插打入土,兩節(jié)鋼護(hù)筒間采用焊接連接,如鋼護(hù)筒發(fā)生變形,則應(yīng)在外側(cè)加焊一圈環(huán)形鋼板進(jìn)行加強(qiáng)。
(3)鋼護(hù)筒應(yīng)插打至巖面,當(dāng)遇卵石層或因振動(dòng)錘動(dòng)力不足,鋼護(hù)筒無(wú)法繼續(xù)插打時(shí),可采用先沖孔后插打的方式,將鋼護(hù)筒繼續(xù)下放直至巖面。
(4)當(dāng)鉆孔施工接近溶洞頂部時(shí),采用小沖程進(jìn)行沖擊,要求輕錘慢打,使孔壁圓滑堅(jiān)固,提升高度一般不超過(guò)50 cm。當(dāng)沖擊穿過(guò)溶洞頂部時(shí)要反復(fù)提升沖錘,在頂部厚度范圍上下慢放輕提,沖錘不明顯受阻礙,說(shuō)明頂部已成孔并且是圓滑垂直的,則可將內(nèi)護(hù)筒下放至洞底。
(5)當(dāng)需要下放多層內(nèi)護(hù)筒時(shí),開(kāi)孔時(shí)宜選用較大號(hào)的鉆頭,隨著內(nèi)護(hù)筒的插入而逐步改換較小的鉆頭,外護(hù)筒的內(nèi)徑應(yīng)比內(nèi)護(hù)筒的外徑大5 cm以上,根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑需采用的鉆頭直徑,確定內(nèi)護(hù)筒及外護(hù)筒的直徑。
(6)對(duì)于內(nèi)護(hù)筒和外護(hù)筒之間的空隙、內(nèi)護(hù)筒與溶洞底部之間的空隙,在內(nèi)護(hù)筒的底部和頂部100 cm內(nèi)回填砂、碎石,中間部分回填中砂。
(1)建立混凝土質(zhì)量管理部門(mén),設(shè)立嚴(yán)格的管理體系,嚴(yán)格控制原料進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),禁止任何不符合規(guī)定的原料進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。
(2)施工測(cè)量嚴(yán)格按照測(cè)量規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行,并對(duì)所有的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)和校準(zhǔn),以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。樁基位置確定后,應(yīng)在周圍設(shè)置護(hù)樁,并進(jìn)行復(fù)測(cè),誤差不超過(guò)5 mm。
(3)為防止護(hù)樁發(fā)生偏移,可將其焊接在護(hù)筒上或少量澆筑混凝土進(jìn)行加固,在施工中人員、設(shè)備應(yīng)注意避免觸碰護(hù)樁。
(4)護(hù)筒在埋設(shè)定位時(shí),護(hù)筒中心與樁中心的平面位置應(yīng)不大于50 mm,護(hù)筒在豎直方向的傾斜度應(yīng)不大于1%,對(duì)深水基礎(chǔ)中的護(hù)筒,平面位置的偏差應(yīng)不大于80 mm。
(5)在沖孔過(guò)程中,在沖擊鉆上掛設(shè)錘球,在鉆孔時(shí)注意以錘球來(lái)參照鉆頭的垂直度,以保證能有效控制孔斜。
(6)在沖孔過(guò)程中,在地層變化處撈取樣渣保存,根據(jù)不同地質(zhì)情況調(diào)整泥漿指標(biāo)和鉆進(jìn)速度,以保證泥漿護(hù)壁的效果,防止坍孔,達(dá)到保證鉆孔施工質(zhì)量的目的。
(7)施工前,對(duì)混凝土導(dǎo)管的密封性做水密性試驗(yàn),確保導(dǎo)管的密封性能,導(dǎo)管拼接時(shí),現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員全程檢查,確保導(dǎo)管拼接密實(shí)。
(8)鉆孔過(guò)程中,應(yīng)做好鉆孔記錄,每鉆進(jìn)2 m進(jìn)行一次取樣,并與工程地質(zhì)勘查報(bào)告進(jìn)行對(duì)比。
綜上所述,該橋梁樁基施工中,采用了溶洞樁基成孔技術(shù),目前已安全高效地完成了整個(gè)樁基的施工。通過(guò)工程實(shí)踐證明,該技術(shù)不但能極大地提高工程效率,而且能保證工程質(zhì)量,減少安全隱患。在保證原有高速公路正常運(yùn)行的前提下,完成了工程建設(shè)。該工程技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)施工工效高:在樁基施工中,由于在遇溶洞地質(zhì)前,已有針對(duì)性地制定了處治措施,減少了由于處治措施不當(dāng)而浪費(fèi)的時(shí)間,大大縮短了樁基成孔的時(shí)間。
(2)對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的影響?。涸谛陆蛄簶痘┕で埃瑢?duì)原橋基礎(chǔ)及地質(zhì)情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查,對(duì)新建橋梁樁基施工可能對(duì)原橋基礎(chǔ)造成不良影響的,進(jìn)行了預(yù)注漿加固處理,保證了鉆孔遇巖溶時(shí)原有橋梁的安全。
(3)施工質(zhì)量好、安全性高:該施工技術(shù)方案,能一次性成孔,回填次數(shù)少,孔壁順直,減少了擴(kuò)孔率及發(fā)生坍孔的可能性,降低了施工中的風(fēng)險(xiǎn)。