对桥梁桩基施工中溶洞处理技术探讨

对桥梁桩基施工中溶洞处理技术探讨来源：奔驰发表网 2010-08-28 16:14 作者：在水一方 摘要：在进行钻孔灌注桩施工中，会因当地地质情况复杂多变，且溶系发达，给钻孔施工带来一大难题，为解决由于溶洞给施工带来不变，必须组织探讨溶洞处理专项措施方案。本文结合某桥钻孔灌注桩的施工，对施工中溶洞处理的方案及专项措施进行论述。关键词：钻孔灌注桩 溶洞处理 专项措施 一、工程概况某桥起讫桩号为K0+957.580K1+643.855，桥梁长度640.295m。主桥与引桥下部基础设计均为钻孔灌注桩，全桥21墩台,共118根桩基,主桥桩的基础桩尖设计嵌人微风化岩层（要求大于2.5米），水下混凝土强度为C30；引桥桩的基础桩尖设计嵌人微风化岩层（要求大于2.0米），水下混凝土强度为C25。桩基类型有：D1.2m、D1.5m、D1.8m。桥位跨河涌，地质均为多熔岩地带。二、桩位地质存在的危害桥址地质分层构造为(自上而下)：填筑土、淤泥、粉砂、亚粘土、粉砂、砾砂、粗砂、亚粘土、粗砂、殘积砾质亚粘土、微风化灰岩。地质资料显示7#21#墩段，均发现岩层多个层面分布着大小等，全填充、半填允或无填充的溶洞、土洞，这些溶洞位于灰岩层，层面标高一般为-5m-45m不等，最深的达-66m，有些为单层分部，小的仅几十厘米，大的达十几米深，如7#-3、10#-5、6、7溶洞为多层面分布， 10#-5、6、7还存在3-4层的溶洞。桩位处流塑状淤泥层较厚，淤泥层下面几乎都有515m 左右的砂层，当钻机冲进全允填、半充填或无充填的溶洞、土洞时，会突发漏浆，引起砂层和淤泥层同缩流失，并造成地陷，无法成桩，也直接威胁人机安全。在开工初期，设计地质钻探只提供部分桩位钻孔地质资料，加之该溶洞区域的地质情况变化大，特别是相邻桩位地质，在采用常规推理相邻桩位地质条件进行施工时，导致多根桩位护筒与地面沉陷，形成锅状，造成桩基础施工无法正常进行，还影响到相邻桩位。三、溶洞处理方案溶洞的处理原则是当钻孔通过溶洞时使其孔内护壁完好牢固，防止泥浆瞬间流失、造成孔壁坍塌的发生，保障顺利成孔及水下混凝土灌注等一系列施工工序的顺利完成。处理时应根据 “一桩一孔”（主桥桩“为一桩三孔”）钻探地质资料进行分析、研究后，确定可行的处理方案。根据地质情况，施工中对溶洞的处理主要分三种：桩位只有一些封闭式或规模较小(一般小于3m)的溶洞或土洞，采用常规抛填处理方案；桩位存在开放式的溶洞或土洞并且规模较大(大于3m)，先采用常规抛填处理，在多次抛填处理没有效果时再采用钢护筒防护方案。对于7#-3、10#-5、6、7桩位的溶洞采用静压化学灌浆法进行预先处理的施工方法。四、处理方案及施工技术1.常规抛填处理方案（1）、材料准备抛填材料一般采用混合料比较好，可以采用片石、砖块、土包(编织袋装粘土)、粘土混合堆放，一般比例为1：2：l：0.5。抛填材料数量必须要足够并堆放在距桩孔较近易取的地方，同时配备运输车辆随时待命，另外配备不少于80m 大的泥浆池及相应的抽浆设备，以便发现漏浆时能够及时补浆。（2）、溶洞顶部冲孔冲孔至离溶洞顶板lm 左右时，加大泥浆比重，同时低冲程(高度应该控制在1米内)慢速冲进逐渐击穿顶盖，防止卡钻。要安排专人观测护筒内泥浆面的变化情况，一旦发现泥浆面下降应迅速提锤同时进行补浆及抛填混合料，待泥浆面稳定后，继续采用低冲程慢冲挤混合料，使其形成泥石孔壁稳定穿过溶洞区。对于一些溶洞面积相对较大，一次抛填可能达不到成孔目的，必须经过反复几次的抛填处理才能成孔。（3）、技术要点处理此类溶洞时，发现漏浆时处理速度要快，先抛填比重较大的材料，以防止泥浆比重和浮力较大，阻碍抛填材料迟迟达不到孔底，回填高度一般以高于淤泥层底面5lOm或能稳住泥浆为宜，避免回填少了堵不住漏浆，回填太高又浪费材料和重新冲进时进度缓慢。为达到安全施工，防止万一因溶洞漏浆引发地面沉陷造成钻机机身倾翻，确保人机安全，在采用本方案时须增加钻机刚性平台辅助方案。钻机刚性平台方案的主要材料为I45#工字钢，平卧井字型布置，平台面积一般比桩机各加宽24m。2.钢护筒防护方案（1）、钢护筒制作钢护筒材料采用Q235，板厚10mm，每节护筒度可以根据需要下孔深度及现场设备要求制作，尽量减少焊接节数，分段接长、分段振沉。每节护筒的接长均应在外圈加焊一层宽20cm的加强板，底节刃脚则为40cm，加强板厚8cm，以防钢护筒振裂。（2）、内套钢护筒内径确定对有些桩孔需要套双层护筒或三层护筒，内层护筒比外层护简直径缩小10cm。（3）、护筒的沉放方法根据地质资料柱状图确定护筒下孔深，原则上需把护筒套过淤泥层、砂层等冲进至粘土层以下2m 或中风化砂岩、强风化砂岩上，才能确保即使突发溶洞严重漏浆，也能起到防止淤泥层、砂层瞬间回缩的作用，从而保证地面不发生沉陷，确保人机安全。用吊机(或冲机自吊)把护筒放人孔底，钢护筒套入接长，联接振动锤，振沉钢护筒。振沉时应注意护筒的垂直度，可采用手拉葫芦或支撑的方法，确保轴线一致。（4）多层溶洞钢护筒的套进对于多层溶洞间距相差不大的可采用一次到位套进方式。当冲击钻冲至接近溶洞顶面时，将钢护筒套入孔内，振沉稳固，钻机低冲程击穿溶洞，抛填混合料、补浆稳定后接长钢护筒续振至溶洞底直至成孔，这种做法需用大吨位振动锤，特别是孔越深或溶洞层面越多，要求振动锤的激振力更大。对于多层溶洞且间距相差较大的可采用多层内套护筒套进方式。第一层钢护筒套进并穿过第一层溶洞后，根据第二层溶洞的孔深和第一层护筒脚的深度，计算出第二层所需护筒长度，其护筒长度为第一层护筒脚至第一二层溶洞底深+2m (考虑钢护筒界面交替2 m)，采用钢丝绳将第二层护筒慢放入孔中，然后将钢丝绳抽出，第2层护筒形成后用冲锤内置引导护筒垂直入孔。穿越多层溶洞则继续套入多级护筒，直至成孔。这种做法可节约材料，但有时护筒难以沉放到位，护孔和防止漏浆较差，内置护筒不牢同，垂直度难以得到真正的有效控制。（5）、溶洞顶部冲孔与常规抛填一样要求，冲孔至离溶洞顶板1m 左右时加大泥浆重，同时采用低冲程(高度应控制在1 m内)慢速冲进逐渐击穿顶盖并及时抛填混合料及补浆。(6)技术要点护筒振沉时其垂直度控制是比较关键的，如果控制不好， 由于护筒下孔深度较深而产生较大的倾斜，容易造成护筒底部卡锤甚至无法冲进。在分段连接时，必须采用导向架进行垂直度控制，上下节对焊时，下节应露出施工护筒面不少于2m， 以便观测其与上节的垂直度。对焊接口应水平，并经检查水平和垂直度符合要求后才能施工与焊接。护简接长完毕，应再次检查和校正中点符合后才能振沉。混合料的堆备应比较充足，加大泥浆储量，各应急机械均应处于待命状态，随时处理出现的问题。冲进过程中，护筒内泥浆面设置浮标，以便操作人员随时观测泥浆面的稳定情况。3、静压化学灌浆法（1）采用静压化学灌浆法进行预先处理的施工方法，是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度（20MPa 以上），防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序能顺利完成。溶洞预处理施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。 （2）静压化学灌浆的加固特点是浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，并控制浆液灌注在一定范围内且不流失。 浆材的结石率为100%，即 1m3 体积浆材可得 1m3 结石体。对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。 浆液在土体中是往小主应力面方向渗透扩散的，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。小主应力面通过如此反复不断的加固，一方面渗透、挤密溶洞中土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成防水帷幕，防止流砂，保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔。（3）灌浆施工 钻孔：根据溶洞的情况在桩位处钻2-4个孔径 80mm 的注浆孔，孔深要求达到最深溶洞的底部。 材料：普硅425水泥（新标准为普硅 32.5MPa 水泥）与化学浆。 工艺：采用双液灌浆系统进行全孔灌浆，要求少量多次、反复灌浆。 施工机械设备：主要机械设备有BW250 泥浆泵，BW150 泥浆泵，100 型钻机，泥浆搅拌机和贮浆槽，高压灌浆管及其配件。五、溶洞处理要点及注意事项必须对岩溶区域地质构造的复杂性给予思想上的高度重视，并在施工初期就成立各相关单位及顾问、专家组成的溶洞桩基处理技术小组，详细研究桩基的地质钻探资料及设计要求，论证并制定切实可行的溶洞处理方案。严格遵循“一桩一孔”（主桥桩“一桩一孔”）钻探及“一桩一案”的施工原则。严格把握好现场的开孔原则，务必把各项准备工作、应急措施做到位后才允许开孔。提高施工现场工人、技术人员的责任心，制定详细可行的施工细则、程序，并要求严格执行。针对某些地质情况较差的桩基，施工处理方案可以考虑其他