岩溶地质条件下灌注桩施工初探

摘要:文章通过工程实例,以岩溶地质条件下灌注桩的施工技术难点为切入点,从施工技术措施、施工控制要点、桩基检测等方面,介绍了在岩溶地区成功进行灌注桩施工的方法。

关键词:岩溶地质;灌注桩施工;青年路桥工程;施工技术

中图分类号:U443文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0189-02

一、概述

青年路桥工程为两跨简支梁桥,单跨32.4米,全长65米,宽22米。工程拟建场区位于故黄河上。根据地质勘察报告,场地主要分布:(1)素填土:1.5米厚左右,以粉土为主;(2)粉砂:4米左右;(3)亚砂土:3.5米左右;(4)亚粘土:9米左右;(5)含砂姜粘土:7米厚,含砂姜及铁锰结核较多;(6)泥灰岩。

该场区基岩主要由黄色泥灰岩及含角砾的白云质灰岩组成。泥灰岩溶蚀裂隙发育,局部较强烈,粘土充填其中,大部分岩芯表面有溶孔,局部溶孔较多,由于钻孔桩应穿透岩溶发育段,进入下部完整岩石,因此嵌岩深度较大,给桩基施工带来很大难度。

本工程采用钻孔灌注桩群桩基础,按8+10+8布置,共26根,桩径1200mm,以下伏基岩为桩端持力层。

二、施工技术难点

由于该岩溶地段地质构造复杂,进行了一孔一探。根据单孔地质勘察报告,泥灰岩岩溶发育,分布不同深度的岩溶孔洞或裂隙,因此对桩基的施工质量和安全造成很大威胁。其中岩溶和裂隙发育主要分布在中墩和西桥台,有18个孔,严重漏浆的有5个孔,漏浆部位约在地表下26m～30m,有不同程度的塌孔和掉钻现象。

根据设计要求,桩基须完全穿过破碎带,嵌入完整基岩,所以大多数入岩达4m～6m,有部分孔甚至入岩达8～10m。本工程为硬质石灰岩,强度高,不易钻进,因此施工难度大,技术要求高。

因岩溶地层岩溶和裂隙发育,钻孔遇岩溶或裂隙后,护壁泥浆会迅速流失。漏浆是岩溶地层钻孔灌注桩较易发生的现象,若补浆不及时,则护壁泥浆面瞬间下降从而导致塌孔、埋钻、严重的会导致上部土体随地下水进入溶洞或裂隙,从而引起地面塌陷,危及机械和人员的安全。

三、施工技术措施

针对上述各方面不利的因素,我们首先考虑的是借鉴相似工程曾经成功采用的压密注浆方案。

其次,考虑到本工程在钻孔过程中因漏浆而塌孔的部位主要发生在上部(2)层粉砂土层,厚度5m左右。因此,从防止塌孔的角度出发,我们又提出了在地表以下6m范围内采取沉井的方法,下钢筋混凝土管护壁或采用长钢护筒护壁。

通过对各方案的权衡比较,我们认为采用6m长钢护筒护壁的方案最适合现有的地质、施工和设备条件,且方法简洁,工期短。具体措施如下:

(一)长钢护筒护壁

1.先埋设φ2000mm的护筒,采用直径1500mm的钻头,钻进深度穿过粘土层1米即可提钻,钻进时泥浆相对密度保持在1.35mm左右,由于上部为粉土层,造浆性能差,可适当投入粘土。

2.下钢护筒.钢护筒直径为1500mm,壁厚8mm。护筒须下放到已钻进深度,上沉困难时可采用压重、振动、锤击的方法。

3.钢护筒下好后,平面位置及垂直度经校核符合要求,则在钢护筒和护筒之间用粘土分层回填夯实。

(二)钻进工艺

在施工过程中,采用“回转+冲击钻进”工艺施工。本工程处于岩溶地区,若单纯采用钻机入岩,不但速度慢,而且可能发生卡钻、掉钻等现象;若单纯使用冲击钻成孔,则其在土层中成孔速度慢,在岩层中速度却比钻机快几倍。因此,综合考虑它们的各自优点,在土层部分采用钻机成孔,钻至岩面改为冲击钻机成孔。这种方法工效高,进度快。

在上层粉土中钻进时,泥浆相对密度应保持在1.2～1.45之间,主要抛掷事先预备好的粘土,边钻进边造浆,做好护壁工作,防止塌孔、埋钻、扩径。粘土层在钻进过程中可自行造浆,孔壁相对稳定,不易塌孔。当钻至岩层时,改用冲击钻机,快接近已探明的破碎带、岩溶发育处时,宜采取“吊打”的施工方法,既短冲程、密频率的低锤密击冲孔工艺,这样一方面可防止卡钻,另一方面稠泥浆可有效堵塞裂隙。

当桩孔即将冲穿溶洞时,要低锤轻冲,防止桩锤一旦冲穿溶洞而滑过溶洞中,造成卡锤。一旦遇岩面不平而造成偏孔时,应回填片石修孔直至不偏为止。

在整个施工过程中派专人密切观察护壁泥浆性质及状态变化,如浆面异常变动、泥浆颜色发生变化及时采取措施,一旦出现漏浆应马上提锤,防止因塌方而埋锤,及时补充优质的膨润土泥浆至孔内,保持孔内的水位高度;并回填黄泥、片石,堵塞溶洞,待桩孔稳定后,用桩锤轻压所填黄泥及片石,使黄泥、片石起堵塞溶洞的作用。

(三)灌注混凝土

钻进达到设计孔深后,尽快提钻、下钢筋笼,下导管清孔,尽量缩短中间环节的间隔时间,及时灌注混凝土。对于存在溶洞的桩孔,灌注水下混凝土时,可能需用较多的混凝土,个别扩散系数可达到5～6。因而灌注过程中,应专人勤测量混凝土面标高,并以此控制提升导管速度,避免不知情使导管脱离混凝土面而造成断桩事故。因桩孔可能穿过地下多个串联的孔洞,灌注混凝土过程中,尤其是灌注至溶洞孔洞标高处,经常上下窜动导管以使混凝土密实。

四、施工控制要点

在岩溶发育的地区,钻孔桩施工难度相对大得多。下面结合青年路桥的施工实践,简要地介绍一下施工中的控制要点。

(一)施工准备措施

施工前,应根据工程地质勘察资料,确定哪些桩有溶洞(必要时在设计的每个桩位都应一孔一探),溶洞的类型、大小及所在的位置,提前做好准备。

对钻探显示有地下溶洞的桩位,在冲桩成孔前,可对钻探孔进行压灌浆,如钻孔容易灌满,则表明溶洞不大没有连通,可直接进行冲桩,如久压灌浆而难以灌满,则表明溶洞较大或为连通洞,可采用砂浆、黄泥等填充,填满后再进行冲桩成孔。

对有溶洞的桩位,钻机宜垫钢网架(如用槽钢或工字钢纵横制作而成),这样如发生大坍塌孔时,钻机可由钢网架撑托于地面,安全又避免损失。

冲孔前要做好泥浆、黄泥、片石、长钢护筒或预制钢筋混凝土护筒、麻袋、快凝水泥、砂与碎石料等材料的准备。

开孔时应低锤密冲,反复冲击造壁。成孔过程中必须保证泥浆补给,保持孔内浆面稳定。

(二)安全监测内容

1.浆面变化情况。正常情况下浆面基本保持在一定高度,若浆面异常变动应及时补浆,同时立即停止施工,补填粘土直至浆面稳定为止。

2.泥浆颜色变化。钻孔进入岩层后泥浆一般为黄色,当逐渐变为黑色时,说明有可能遇到有淤泥填充的溶洞,应补充密度为1.3～1.5g/cm3的泥浆,以保证成桩质量。

(三)塌孔处理

因本工程所遇上的溶洞规模较小,可很快被孔内泥浆、土体填满,对周围影响不大;塌孔稳定后可在原孔位回填重新钻孔,重新钻孔所用泥浆密度控制在1.3～1.5。

(四)合理安排钻孔桩施工顺序

根据工程地质资料和溶洞分布情况,合理安排钻孔桩施工顺序,尽量避免各孔间的相互扰动,或“穿孔事故”的发生。

(五)采集岩样

钻孔桩入岩后,平均每米要采集岩样,根据其颗粒大小和特征,判断岩石的软硬和进尺,并与工程资料相比较,看是否相符。一般来说,较硬岩石岩样颗粒较小,且进尺缓慢;相反,则颗粒较大,进尺也快的多。

(六)清孔

冲击钻孔,完全靠泥浆的浮力将钻渣带出孔外,清孔难度较大,因此,在吊入钢筋骨架后,灌注水下混凝土前,应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度,如超过规定,应进行第二次清孔,符合要求后方可灌注水下混凝土。

(七)邻桩孔壁

相邻近的两根钻孔桩,一个桩灌注混凝土时,另外一个桩的冲孔施工应停下来,以免造成邻桩孔壁的破坏。

五、桩基检测

对复杂岩溶地区的钻孔灌注桩的质量检测须采用多种测试方法全面检测并进行综合分析。

本工程采用声波透射法、低应变、高应变动力进行综合检测,所检测桩的单桩承载力及成桩质量全部合格,达到设计要求。

六、结论

1.对不良地质现象较发育的岩溶地层,采用钻孔嵌岩灌注桩的重要建筑,应对每根桩做超前地质钻探,准确探明桩底持力层及地下溶洞情况,以便提前采取防范措施和特殊处理措施。

2.在岩溶地区,冲击钻成孔工艺,破岩效率高,成孔、入岩质量易保证,是一种比较理想的施工工艺。特别适用于嵌岩深、强度高的岩层。本工程采用“回转+冲击钻进”的施工工艺,最终全部成孔并顺利灌注混凝土成桩。经多种方法检测,桩基承载力和成桩质量均达到设计和规范要求。

3.实践表明,对特别复杂的岩溶地区,采用抛填法和钢护筒护壁相结合的施工技术措施,既简易可行,又能有效的防止孔洞和裂隙地层因漏浆而导致塌孔、埋钻、地面沉陷等一系列问题和事故的发生,解决了成孔难的问题,确保了灌注桩的正常施工及成桩质量。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)[S].

作者简介:胡道广(1969-),男,江苏沛县人,铜山县固定资产投资审计中心工程师,研究方向:市政工程施工技术、项目管理、工程造价。