巖溶地質鉆孔灌注樁成孔案例研究

萬 春

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司,北京 100041)

0 引言

某特大橋全長1.38 km,鄰近既有高鐵,其中12#～15#橋墩采用3跨鋼蓋梁門式墩上跨營業高鐵線路。全橋樁基共364根,樁徑1～1.25 m,平均樁長20 m,全部為柱樁,樁長除應滿足設計樁長外,還要滿足樁底嵌入巖層新鮮巖面的最小深度不小于3 d(樁直徑長度)。全橋樁基均位于巖溶強烈發育地質區[1],樁基距營業高鐵接觸網回流線投影最近處4 m,最遠處13 m,全部為鄰近營業線巖溶樁基。場地內淺部15 m深度范圍為可液化粉砂,下部為灰巖層。此段208個鉆孔中,鉆孔揭露溶洞139個,鉆孔溶洞率66.8%,溶洞洞高0.3～9.9 m,巖溶強烈發育。因其復雜的地理環境和地質條件需選擇合適的鉆孔方案,確保樁基安全高效完工。

因全橋鄰近既有營業高鐵,橋梁樁基礎施工時不宜采用振動較大的鉆機進行施工。但地處巖溶強烈發育地質區,樁底巖層強度為600～1000 kPa的弱風化灰巖層,且營業高鐵平均墩高15 m,有限高要求。經多方比選,反循環鉆機、正循環鉆機、低凈空旋挖鉆等均受現場施工條件限制,無法選用。經與高鐵工務段對接,對營業高鐵增設自動化監測系統,實時監測橋墩沉降及位移變化后現場方可選用沖擊鉆進行橋梁樁基施工。

1 施工工藝

沖擊鉆樁基施工工藝流程[2]見圖1。

圖1 沖擊鉆樁基施工工藝流程Fig.1 Flow chart of hammer drill pile foundation construction process

圖2 護筒跟進法施工流程Fig.2 Construction process of the following protection tube method

在三通一平的基礎上對所有樁位進行測量并做好放樣,制作護筒及泥漿等施工所用材料,泥漿循環系統和鉆孔機具等就位,準備開工。現場采取坐標法對樁位進行測量,確定樁基中心點后設置標樁,控制標樁誤差≤2 cm。設置十字形控制樁,標注好樁號,以便后續進行校核。鋼護筒內徑為樁徑+0.3 m,高度2 m,壁厚1 cm,底部埋置在地表下1.5 m,保證護筒頂部超出地表0.5 m。埋設護筒時,實時檢查護筒埋設質量,確定其位置準確、穩固,將護筒四周用黏土回填,夯擊密實。控制護筒埋設垂直度偏差≤0.5%,以便后續鉆孔施工順利進行。鉆機平臺需碾壓密實,保證鉆機就位的最大傾角≤4°。鉆進就位后調整鉆桿及鉆頭,使其垂直對準鉆孔中心,根據施工需要調整鉆機垂直度參數。試運行,確保鉆機系統運行正常。

將制漿池、儲漿池及沉淀池布置在樁基旁邊,連接好循環槽。造漿材料選用優質黏土或膨潤土,保證泥漿的穩定性能,提高護壁效果及成孔質量,減少沉淀[3]。泥漿指標見表1。

表1 泥漿主要性能指標

在沖擊鉆成孔施工中,為防止孔口坍塌,保證成孔質量,按小沖程進行開孔,待鉆進深度沒過鉆頭后,按照正常沖程進行沖擊成孔。根據溶洞高度及填充形式,經過比選,選用回填法與鋼護筒跟進法進行溶洞樁基施工。當鉆至溶洞頂部1 m左右時,改用小沖程(0.5～1 m)鉆進,緩慢將洞頂擊穿,提前制備充足的泥漿,根據溶洞高度提前在樁基附近堆放足量的水泥、黏土、片石及鋼護筒,鋼護筒直徑大于樁的0.3 m。

1)回填法。主要適用于高度≤3 m的溶洞、充填或半充填的溶洞或高度≤2 m的無充填溶洞。當沖孔穿透土洞或溶洞頂板后,溶洞出現漏漿現象或通過鉆進尺速度證明已進入溶洞區,應立即提出鉆頭,拋填片石(碎石)、黏土、水泥等填充料,回填至泥漿溢出孔口,觀測孔內泥漿水位變化。如果水位下降,將繼續回填填充物,重復多次,直至水位不再發生變化,再采取小沖程慢慢錘擊,以便把填充料完全擠進溶洞,對樁孔壁形成良好保護。根據勘察溶洞內充填物種類來設計回填料配比,不同類型的溶洞所用的回填料種類及比例(按體積比)是不同的,具體如表2所示。

表2 溶洞內不同充填物種類材料用量比例

為提高環形護壁的穩定性,需在回填中按“回填—擠壓”進行3～4個循環。若回填施工中發現鉆孔中有泥漿漏失,須第一時間補充泥漿,以防出現塌孔。

2)鋼護筒跟進法。對于高度大于3 m及多層的半填充溶洞或空洞,采用鋼護筒跟進法進行施工,跟進的鋼護筒直徑以大于樁徑0.3 m為宜。當鉆進至溶洞頂面時,跟進鋼護筒至同一平面,利用振搗錘小沖程慢施工的方式沖至溶洞底面,跟進鋼護筒。如此根樁基有兩個及以上溶洞時,則重復上述方法穿越其他溶洞,保證鋼護筒進入溶洞底不少于1 m,待鋼護筒穩定后鉆孔至孔底標高。安裝鋼護筒時必須利用護樁反校準孔位中心點,確保鋼護筒順直,連接處滿焊,防止漏漿。

當采用鋼護筒跟進法施工時,主要危害是焊縫不飽滿造成裂隙漏漿,漏漿易引起塌孔事故。可采取以下處理措施解決裂隙漏漿問題:進入溶洞前,制備充足的泥漿備用。備足黏土,將黏土做成直徑15～20 cm的泥球。準備部分直徑10～15 cm的小片石或狗頭石。實時監測護筒中泥漿面的變化,若泥漿面下降速度過快,說明出現了漏漿問題。應立即向孔內注入備用泥漿,將泥球投入孔內,之后將年土和片石按1∶1的比例進行回填,回填高度不小于2 m。回填完成后重新開鉆,利用砸碎的片石及大顆粒土對護筒的裂隙做填充處理,以防裂隙寬度變化,當復鉆至漏漿高度時,觀察泥漿頂面是否變化。如再次出現漏漿,重復以上工序,直至鉆至孔底標高。

待鉆進到設計深度后,通過下放籠式測孔器對鉆孔的深度、直徑、垂直度等做全面檢查,合格后方可進行下部施工。

測孔器制作:測孔器的直徑等于設計樁徑,長度等于設計樁徑的6倍。測孔器的形狀為圓柱體,兩端為圓錐狀。制作時,圓周方向設20根φ16鋼筋,相距18°位置,豎向每隔1.5 m設置一道加強箍筋。具體設計見圖3。

圖3 籠式測孔器Fig.3 Cage hole tester

將沉淀物清出孔位,需符合如下要求:孔內清出的泥漿用手摸沒有2～3 mm的顆粒,孔內泥漿比重≤1.1,含砂率<2%,黏度17～20 s,孔底沉渣厚度≤5 cm。不符合要求則需進行二次清孔[4]。

因本橋為鄰近營業線施工,每節鋼筋籠長6 m,采用沖擊鉆吊裝入孔,套筒連接。鋼筋籠吊至與鉆孔位置對準后,垂直緩慢放進鉆孔內,這個過程要嚴格控制鋼筋籠位置及穩定性,嚴禁高提猛落,以防鋼筋籠擺動碰到孔壁,影響施工質量。若下放過程中遇到阻礙無法繼續下放時,需立即停止下放,嚴禁強制下放,明確原因并及時處理,再繼續下放。待鋼筋籠下放就位后,需6 h內完成混凝土澆筑,以防塌孔。

水下混凝土采取導管法進行灌注。首盤封底混凝土不少于2 m3,澆筑過程中,導管埋入混凝土的深度應在2～6 m,嚴禁將導管拔出混凝土面。澆筑時,對孔內的砼面深度進行實時測量,若發現澆筑量與砼頂面位置不相符的情況,需及時查明原因并處理[5]。

2 結束語

對某特大橋的施工實踐證明,在對既有鐵路增設自動化監測系統、實時監測橋墩沉降及位移變化后,現場選用沖擊鉆進行鄰近營業線巖溶樁基施工,具有施工效率快、成樁質量高、經濟效益好等特點,保證了營業線行車安全,可大力推廣應用。