1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善?！綿oc】肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術【doc】肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術2000年第3期廣東公路交通GuangDongGongLuJiaoTong總第,64期肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術梁鑒亮'(中港第四航務工程局,廣州510500)摘要:肇慶大橋橋址處于非常活躍的溶洞發(fā)育地段及地質破碎帶上,大直徑樁基施工采用雙護筒方案,泥漿循環(huán)系統,鉆沖結合.簡要介紹施工過程中的溶洞處理方案及實踐效果.關鍵詞:大直徑樁基礎溶洞施工工藝中圈分類號:1344

2、3.15文獻標識碼:B1概述肇慶大橋位于肇慶市西江下游,南接建設中的廣肇高速公路,北連市區(qū)端州一路.主橋為六跨單箱單室連續(xù)梁,主跨136m,副跨86m,北引橋為17X40m跨預應力簡支T梁(橋面連續(xù)),橋面寬均為22m.主橋主墩為4根奶0o/0cm嵌巖樁基礎,薄壁墩身,副墩為2根奶0o/憶50cm嵌巖樁基礎(39#45#墩),雙柱式墩身;北引橋為2根n嵌巖樁基礎,雙柱式墩身(22#38#墩).肇慶是以擁有千姿百態(tài)溶洞景觀的七星巖著名的旅游城市.由于城市整體規(guī)劃的需要,肇慶大橋橋址處于非常活躍的溶洞發(fā)育地段及地質破碎帶上.為摸清溶洞的分布,大小,填充情況,漏水情況等,以指導施工,在全面鋪開樁基礎

3、施工前,分別進行初勘,施勘,補勘,電磁波層析CT探測等多層次勘察.勘察結果顯示,大橋從22#墩到45#墩幾乎每樁都存在裂隙破碎帶和溶洞.覆蓋層厚從10m40m變化,地層變化為:粉砂層一細砂層一中砂層一粗砂層一角礫層一基巖,其中主墩大部為粗砂層及角礫層,北引橋大部為粉砂層及細砂層,部分墩有中粗砂層.巖層多為灰?guī)r,局部夾有白云巖,石英大理化巖等.溶洞形狀極為復雜,以主墩40#墩為例,溶洞層數最多達5層,溶洞頂板最厚的達4m,最薄的僅為10cm,頂底板大都傾斜,最大傾斜角達75o,且溶蝕的作用十分破碎;溶洞高度變化很大,最小的溶洞僅高2030cm,最高的溶洞則高達9.40m.溶洞中多填充流塑性的亞粘

4、土(含有角礫,粉細砂和中粗砂等),部分為空洞,且存在壓縮氣體或高壓水.溶洞形狀各異,錯落無序,樁樁相連,并與異常發(fā)育的裂隙破碎帶相連通,構成一座座非常復雜,離奇的地下迷宮.在北引橋II樁基礎中,最大的溶洞高達13m,最多的達7層,同一墩位的溶洞互相連通,一些相鄰墩位的溶洞亦互相連通,這些情況給施工帶來較大的難度.2施工方案的選擇初步摸清溶洞分布情況后,確定施工方案并實施.經過認真比選,并總結類似工程的施工經驗,在施工中確定了以下三個原則.2.I雙護筒方案根據地質資料,自22#41#墩各樁的覆蓋層均為砂層,39#一41#墩有少量角礫,而北引橋則大部份為粉砂層,最深的達3O多m.這種地質情況下,一

5、旦發(fā)生漏漿,孔內泥漿液面迅速下降,泥漿護壁無法抵抗漏漿時產生的內外水頭差所產生的壓力,其后果會導致塌孔埋鉆等惡性事故的發(fā)生.但由于覆蓋層厚,振動錘無法將護筒一次施打到位,按D315cm單護筒穿過20m覆蓋層進行計算,其外側摩阻力約1100t.要克服如此大的摩阻力,至少需500kW振動錘,而護筒壁厚需達25mm以上才能保證施打時不產生變形,而且施工難度極大.通過在工期,成本上反復對比,最終確定采用鉆埋法完成內護筒的下放.而防止出現這種情況最有效的方法是將鋼護筒下放至基巖面,在實際施工中采用雙護筒施工,用"鉆埋法"將護筒下放至基巖面.2.2泥漿循環(huán)系統由于樁孔徑大,且設計對樁基

6、礎成孔質量要求較高(設計要求孔底沉碴不超過lcm),使用普通泥漿已難以保證成孔質量,故鉆孑L時采用優(yōu)質泥漿進行施工,以加強護壁效果,并確保清碴滿足設計要求.泥漿以膨潤土為主要材料,摻人一定量的純緘,及少量外加劑,澆注砼前采用孔底換漿?25?2000年第3期廣東公路交通總第64期法.施工時采用反循環(huán)清碴,利用泥漿船進行循環(huán)(圖1).再J|l,l簟-I'tl早石五直,r-重?圖1內,外護筒位置及內護筒腳處理示意圖2.3鉆沖結合由于樁位處地質十分復雜,施工時不可預見因素較多,經過反復討論比較,決定采用鉆沖結合工藝成孔.即:先用鉆機鉆穿覆蓋層,下完內護筒壓漿后,再換沖機進行人巖施工.選擇沖擊鉆

7、機進行入巖施工主要基于下述原因:(1)由于沖機成孔對孔壁產生的擠壓作用,使得其孔壁比較密實.(2)沖機易于處理內護筒腳與基巖面接觸面處空隙.(3)由于沖擊成孔時,沖錘自由落體,能保障進尺的垂直度.(4)由于沖錘尺寸,重量較小,一旦出現卡錘,掉錘等事故時,易于打撈.3施工過程中的溶洞處理3.1施打鋼護筒鋼護筒施工工藝流程:搭設鉆樁平臺,加工定位導架一施打外護筒一上回旋鉆機鉆穿覆蓋層一撤鉆機一下放內護筒至基巖面一內護筒外壓漿一上沖機進行人巖施工.鉆覆蓋層時,考慮到地質資料可能存在的誤差,進尺至基巖面以上12m時停止鉆進,以確保施工安全.下放內護筒參考鋼筋籠下放工藝,利用吊船(或吊車)分段接長下沉.

8、下沉時,由測量人員嚴格控制護筒接頭的垂直,護筒偏位及垂直度,至孔底后,再用振動錘震入輔助下沉至巖面.要求傾斜度不大于1%,實際均控制在5%o之內.內護筒沉放到位后,在內外護筒間進行拋碎石壓漿處理,以增加護筒的整體剛度(圖2).?26?圖2泥漿循環(huán)系統示意圖3.2溶洞的施工處理方法3.2.1護筒刃腳固結處理內護筒下放完成后,鋼護筒周邊不可能與巖面完全接觸,加上巖面一般較為傾斜,內護筒與巖面之間往往會形成較大間隙.這些間隙僅由較為松散的角礫填充,若不加以固結,在入巖沖進過程中會成為樁孔與河床之間的通道.施工時河床內角礫(粗砂)可能涌入孔內,繼而使樁孔與河水連通,不僅無法進尺,還極易造成埋鉆等事故.

9、在施工中采取兩種方法進行護筒腳的固結:(1)在內護筒刃腳外,采用高壓旋噴法將護筒刃腳與巖面周圍的粗砂與角礫固結成一個有一定強度的整體圍幕.這種方法安全上較有保障,但成本高,工期長;(2)利用沖機成孔時對孔壁會產生擠壓力的特點,在鋼護筒刃腳范圍內拋填塊石,粘土,用24m沖程進行沖壓,使其密實造壁,反復多次,直至孔底平整才可以向下沖進(實際施工時要求為3個工作臺班).處理的同時可以沖平參差不齊的巖面,以免過護筒腳時產生偏孔或斜孔.留下質量隱患.整個過程需嚴格控制進尺及沖程,加強對操作人員的管理,才能達到預期效果.在實際施工中,由于40#D樁基巖面嚴重傾斜,且地質情況復雜,采用了方法(1)外,其余各

10、樁均采用方法(2).3.2.2沖進及溶洞的技術處理盡管施工前進行了初勘,施勘,補勘及cr探測,已有較為詳細的溶洞分布狀況資料,但是仍無法準確把握基巖內溶洞具體情況.施工中,最容易出現的問題是:a.施工時由于碰到溶洞或與樁2OOO年第3期梁鑒亮肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術總第64期位外溶洞相通的裂隙,引起的突然問大量泥漿漏失,并引發(fā)塌孔埋鉆等事故.b.溶洞底板傾斜或遇到半邊溶洞,施工時易造成斜孔,卡錘,進尺困難.c.進尺時遇到大溶洞,且填充物為軟塑性土質或空洞時,若不控制進尺,沖錘一下可進尺數m,極易引起掉錘或卡錘等事故.且因進尺過快,導致護壁質量差,易發(fā)生塌孔.d.由于沖機自身的局限,易

11、產生梅花孔及因機械故障(如鋼絲繩斷開)引起掉錘等等.其中溶洞漏漿是最容易發(fā)生也是最危險的,施工時應采取多種可靠措施來防止出現上述情況,確保施工安全,順利成孔.首先必須加強對操作人員的管理.施工前對所有施工人員進行詳細技術交底,使每一位操作人員對溶洞處理方案,搶險措施及溶洞分布情況都心中有數,同時要求每一班操作人員在施工過程中須對沖機的鋼絲繩,沖錘直徑等各項指標進行詳細檢查.施工中漏水漏漿是難以避免的,也無法預測,其處理關鍵是:發(fā)生漏漿時要及時補漿補水,維持孔內水頭,防止樁孔內外產生過大的水頭差,并迅速堵漏.為做到這點,施工中應做好以下工作:(1)在整個施工過程中,應準備足夠的補水補漿設備,實際

12、施工利用氣舉反循環(huán)原理抽江水往孔內補水,效果良好.(2)每根樁備有大量的塊石和粘土用作堵漏材料,同時在泥漿船準備大量新鮮泥漿,一旦發(fā)生漏漿,立即往孔內補漿.(3)嚴格控制孔內泥漿質量,利用泥漿堵塞微小裂隙,盡量減少泥漿漏失量.為防止出現卡錘,掉錘,梅花孔等問題,應做好以下幾點:(1)在接近溶洞頂板及溶洞中沖進時,應嚴格控制沖程,以免不慎掉錘.(2)遇到半邊巖及斜面巖時,應在正常進尺前,先用塊石及粘土回填至正常孔深以上約lm高,再壓實沖進,反復直至孔徑正常后再進尺.施工中若出現梅花孑L亦如此處理.(3)在溶洞內進尺時則按照處理內護筒腳及基巖面的空隙處理方法進行,分層拋填壓實,在樁孔周圍造壁.(4

13、)施工時應經常檢查樁孔孔徑,垂直度等情況,一有異常立即停止進尺,糾正之后,再繼續(xù)進尺.3.2.3清碴清孔相對回旋鉆機而言,不能及時清碴是影響沖擊成孔進度的重要原因.為此,施工時采用氣舉反循環(huán)進行清孔清碴(圖2),大大提高了清碴效率,加快施工進度.但由于氣舉產生的負壓大,要求清碴過程中及時補充泥漿,保持樁孔內水頭壓力和泥漿的比重,以維持孔內外的水頭平衡,故在操作時利用泥漿船儲漿進行補充.3.2.4優(yōu)質泥漿的配制在樁基礎澆注砼前,為保持孔底干凈,須對樁底部份進行換漿處理,即將孔底約5m范圍內泥漿置換成新鮮優(yōu)質泥漿.經過試驗比較,我們選用了"油田泥漿",其全稱為聚丙烯酰胺不分散低

14、固相泥漿(P.H.P),具有低含沙率,低失水量,低固相,高膠體率,不分散等優(yōu)點,以保證澆注砼前樁底達到"0沉碴"狀態(tài).油田泥漿基本原料是膨潤土,再加入適量的純堿,羥基纖維素及聚丙烯酰胺水解溶液(比例視泥漿質量經試驗而定).3.2.5澆注水下砼水下砼澆注按常規(guī)施工,在澆注前應考慮擴孑L及填充溶洞的需要,準備較多的材料.另外,澆注時適當加大溶洞區(qū)埋管深度(埋管深度取68m為宜),以避免澆注砼時,因溶洞護壁塌陷,樁孔內砼充填溶洞,引起砼面急劇下降而使導管口露出砼面,從而產生斷樁事故.同時應大力加強砼澆注過程的監(jiān)控力度,發(fā)現問題及時解決.4巖溶區(qū)大直徑鉆孔樁施工經驗在1998年l1月至l999年4月基礎施工中,肇慶大橋主橋q,3oo/,/,270em樁順利完成,余下的北引橋嵌巖樁也于2000年1月份全部完工.工程質量和進度均受到業(yè)主,監(jiān)理部門的肯定,未發(fā)生一起重大傷亡事故.在施工實踐中,我們總結出一些在溶巖區(qū)大直徑樁施工的行之有效的施工工藝.(1)全(雙)護筒法在溶巖區(qū)樁基施工是安全可靠的.在巖溶發(fā)育地區(qū)施工時應采用全護筒施工,以防止因溶洞漏漿而引發(fā)塌孔事故.并且鉆埋法施工工藝亦克服了因覆蓋層厚而無法將護筒下放至基巖面的困難.(2)沖鉆結合工藝是可行的.在覆蓋層采用回轉鉆