橋梁樁基施工技術(shù)在巖溶地質(zhì)區(qū)的應(yīng)用

羅科進(jìn)

1 概述

新河高速公路位于云南省東南部,屬云貴高原南緣、橫斷山系哀牢山余脈的大圍山地區(qū),全線基本處于中越邊境紅河沿岸,地質(zhì)情況復(fù)雜多變,巖溶現(xiàn)象非常普遍,使該地區(qū)的橋梁基礎(chǔ)施工面臨著比較嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

筆者在2005年7月～2007年1月參加了云南新河高速公路第五合同段K107+492大彎3號大橋的施工,根據(jù)該橋樁基施工中曾出現(xiàn)的問題,現(xiàn)分析和總結(jié)橋梁樁基施工應(yīng)注意的一些事項(xiàng)。

2 工程簡介

2.1 工程概況

云南新河高速公路第五合同段K107+492大彎3號大橋?yàn)?2-20 m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心板,左右幅各11孔。0號,1號,右幅2號,5號～11號墩臺基礎(chǔ)為φ 120cm樁基共42根,左幅2號,3號,4號墩為φ 150cm樁基共10根。柱式墩,橋臺為樁柱式和肋板式。

2.2 地質(zhì)資料

覆蓋層10 m～15 m深,由上而下分為:①填土1 m～2 m厚;②黏土,紅褐色,硬塑狀,3 m～5 m厚;③中風(fēng)化片麻巖,灰白色,角礫狀,厚6 m～8 m,下伏為弱風(fēng)化片麻巖,灰黑色,柱狀,質(zhì)堅(jiān)硬。樁基嵌巖深度要求不小于1 m。

3 技術(shù)處理措施

K107+492大彎3號大橋自2005年5月開工以來,樁基施工屢遇巖溶,進(jìn)展十分緩慢。

3.1 前期施工經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)

項(xiàng)目部曾采用以下施工方法,試圖解決樁基施工進(jìn)展緩慢的問題:

1)加固護(hù)壁法。提高護(hù)壁混凝土標(biāo)號,由C15提升至C25,并采用Φ 22配合木板插入溶洞淤泥中進(jìn)行支撐,以及配備φ 10鋼筋網(wǎng)片加固護(hù)壁。該法曾經(jīng)解決過本標(biāo)段其余橋梁樁基開挖在遇單個(gè)小型溶洞時(shí)的問題。但在該橋涌水量大,且地下溶溝溶槽連通的情況下,無法奏效,剛支護(hù)起的護(hù)壁很快被涌水?dāng)D得變形直至垮塌。

2)帷幕注漿法。首先在樁基外圍設(shè)孔,間距30cm,孔徑10cm,再采用425號普通混凝土硅酸鹽水泥制備的水泥漿進(jìn)行注漿,水灰比為0.8∶1.0,7 d后,再繼續(xù)開挖樁孔。

由于地下水量過大,水泥漿還未凝固就已被沖走,此法也不能奏效。

3.2 正確選擇成孔方案及設(shè)備

項(xiàng)目部在總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)之后,決定重新選擇成孔方法。

樁基成孔目前常用方法有人工挖孔、旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔、沖擊鉆進(jìn)成孔和沖抓鉆進(jìn)成孔四種。

K107+492大彎3號大橋樁基長度均小于30 m,巖石強(qiáng)度比較高,地下巖溶發(fā)育較強(qiáng),綜合比較了以上四種施工方法,我項(xiàng)目部決定徹底擯棄人工挖孔,采用沖擊鉆成孔法,并從昆明購進(jìn)2臺大型沖擊鉆,晝夜施工。使用沖擊鉆后,施工變得順利,進(jìn)度迅速趕上。

3.3 沖擊鉆孔技術(shù)處理措施

3.3.1 制備泥漿

泥漿的作用是對樁孔進(jìn)行護(hù)壁和浮渣。

一般應(yīng)選用塑性指數(shù) Ip＞10的黏性土或膨潤土,對于巖溶地區(qū),由于樁壁地質(zhì)不穩(wěn)定,我們需采用相對密度較大的泥漿,這樣可以加強(qiáng)泥漿的護(hù)壁效用。一般采用1.2～1.4,本橋采用1.3。

3.3.2 泥漿漏失及巖溶問題的處理

1)投放水泥法。

發(fā)生漏漿時(shí),迅速往孔內(nèi)投放水泥,一般在30 min后,水位下降會得到有效控制,待水位完全穩(wěn)定后,再加大泥漿的濃度,控制鉆進(jìn)速度繼續(xù)緩慢下鉆。在本橋左幅2號-B樁基的鉆孔施工中,筆者曾采用此法有效阻止了漏漿。

2)補(bǔ)漿法。

如果存在較大溶洞時(shí),先準(zhǔn)備足夠的小片石和黏土以及一臺小型裝載機(jī),當(dāng)遇到溶洞漏漿時(shí),迅速鏟起黏土和片石填孔,同時(shí)大量補(bǔ)水,采用小沖程輕砸,將黏土和片石完全擠入溶洞內(nèi)壁,使其形成穩(wěn)定的護(hù)壁,等漏漿現(xiàn)象完全消失后再正常鉆進(jìn)。在本橋4號墩樁基的鉆孔施工中,筆者曾采用此法阻止了漏漿。

3)灌注水下混凝土。

如果以上方法仍不能控制漏漿,可直接灌注水下混凝土,用正常灌注水下混凝土的施工方法,用水下混凝土來填充溶洞。等混凝土灌注深度超過溶洞頂1 m時(shí),如混凝土面不再下降即可。等混凝土強(qiáng)度達(dá)到30%～50%,再正常鉆進(jìn)。在進(jìn)行本橋右幅7號-B、右幅8號-B樁基鉆孔施工時(shí),用以上兩種方法皆未能有效控制住漏漿,在采用該法后才得以有效阻止,避免了坍孔的嚴(yán)重后果。

據(jù)文獻(xiàn),也可采用鋼護(hù)筒穿過溶洞或采用帷幕防滲技術(shù),以保證鉆進(jìn)的順利進(jìn)行,防止漏漿、塌孔。

4 判別終孔

應(yīng)盡量探明樁底以下有無溶洞,使樁承載于整體巖層并嵌入巖內(nèi)0.5 m～1.0 m,摩擦樁則應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)樁長,實(shí)際施工中可從以下幾方面綜合判斷:

1)釬錘觸探,錘頭觸巖時(shí),會出現(xiàn)輕微反彈。

2)撈取鉆渣,巖屑含量50%～70%,且含泥、含砂量小于4%時(shí),認(rèn)為入巖。

3)以設(shè)計(jì)鉆孔柱狀圖提示巖面高程作為參考。

4)查閱鉆機(jī)施工記錄,可將基巖進(jìn)尺速度0.1 m/h～0.2 m/h作為進(jìn)入全巖面的控制速度。

5 灌樁過程中處理混凝土流失的問題

5.1 加大導(dǎo)管埋深

可將導(dǎo)管埋深由平時(shí)的2 m～4 m提高到3 m～6 m,這樣可以防止混凝土過快流失而使混凝土面脫離導(dǎo)管下口,造成斷樁。灌注時(shí)勤于測量混凝土面的高程,對灌注過程中出現(xiàn)的緩慢下降要有準(zhǔn)確的判斷。

5.2 加大混凝土灌注高度

對于漏漿嚴(yán)重的樁孔,在成孔過程中,我們就應(yīng)做到心中有數(shù),及早提防。灌注混凝土?xí)r加大高度,一般超過樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5 m～2 m,避免灌注完畢拔出導(dǎo)管后,混凝土面標(biāo)高降至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以下,造成短樁。

5.3 加大首盤混凝土量

這也是最重要的一個(gè)方法。首盤混凝土數(shù)量必須能使導(dǎo)管的首次埋深不小于1.0 m,并填充導(dǎo)管底部,首盤混凝土量計(jì)算公式如下:

其中,V為灌注首批混凝土所需數(shù)量,m3;D為樁孔直徑;H1為樁孔底至導(dǎo)管底端間距,一般為0.3 m～0.4 m;H2為導(dǎo)管首次埋深,m;d為導(dǎo)管內(nèi)徑;h1為樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí),導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外(或泥漿)壓力所需的高度,m。

一般在公式計(jì)算的基礎(chǔ)上增加20%～30%。

5.4 加強(qiáng)成樁后的檢測

本橋使用的樁基檢測法有無破損檢測法和鉆芯取樣法,由于本橋?yàn)閹r溶發(fā)育區(qū),且無破損法無法檢測樁底基巖情況,故加大了鉆芯取樣的頻率,對上述7根樁,兩種方法都用上了,避免了后顧之憂,確保了質(zhì)量。

6 結(jié)語

云南新河高速公路第五合同段K107+492大彎3號大橋樁基施工后期,由于正確的摸清了地質(zhì)情況,果斷的采用了得當(dāng)?shù)氖┕し椒?遇到問題時(shí)及時(shí)采用了正確的處理措施,順利在一個(gè)月內(nèi)攻下了阻礙施工進(jìn)度的剩余樁基。因此,在巖溶地區(qū)施工橋梁樁基礎(chǔ),我們應(yīng)在設(shè)計(jì)給出的地質(zhì)圖上做進(jìn)一步的分析,結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn),做進(jìn)一步的勘察,及時(shí)掌握巖溶發(fā)育的分布規(guī)律,選擇正確的施工方案,避免帶來不必要的損失及加大不必要的投入,并加大巖溶地區(qū)的樁基檢測力度,確保橋梁施工的質(zhì)量和安全。

[1] 向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] 羅騏先.樁基工程檢測手冊[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3] 秦安鴻.太湖大列咀大橋樁基施工[J].山西建筑,2008,34(4):310-311.