临湖特大桥岩溶地段桩基施工方案.doc

新建合肥至福州客运专线（闽赣段）HFMG-2标段土建工程临湖特大桥岩溶地段桩基施工方案中交一航局京福铁路客专闽赣标项目经理部二分部2010年12月1日临湖特大桥岩溶地段桩基施工方案一、工程概况临湖特大桥（DK448+755.370-DK451+876.240）位于江西省上饶市玉山县临湖镇，全长3120.87米，钻孔桩933根，直径分别为1.0m、1.25m和1.5m。桥位处岩溶发育，最大溶洞高度达50.8m。二、溶洞情况汇总溶洞情况汇总表序号墩号溶洞高度埋深是否有塌陷可能承台所处位置130.9/3.524.6无农田241.137.7无农田364.719.5无农田493.736无农舍51123.319.5有农田61317/23.115有农舍7147.1/1.2/5.930.4有农舍8156.4/27.812有农舍9160.2/2.120.6有农舍10178.1927.7有农舍111814.145.6无农舍121921.537.1无农舍13207.927.5无农田14218.319.7无农田15226.640.8无农田16257.740.4无农田17260.7/5.3/339.6无农田18273.1/1/1.638.6无农田192821.117.9有农田203050.827.4有公路21367.419.6有农舍22377.117.5有农舍23382.5/5.2/2.9/0.916.8有农舍24406/5.613.3有农田25411.6/9.829.4无农田26441.931.4无农田27455.637.6无农田2846337.1无农田29483.916无农田30491.216.1无农田31511.15.9无农田32524.68.1无农田3353215.5无农田34542.520.3无农田35552.417无农田36561.930.5无农田37591.421.9无公路38605.120.7无农田39614.420.5无农田40623.516.9无农田416311.8513.5无农田42673.225.7无农田43680.920.9无农田44690.631.4无农田45704.131.4无农田467113.720无农田47722.8/1/1.910.7有农田48734.4/6.35/5.1/0.79/5.7/4.623有农田497410.17.3有农田50758.810.1有公路517613.513.6有农田527723.810.9有农田53781.319.8无农田548110.840无农舍55821.6130.5无农舍56843.3/632.3无农舍57853.5/3.926无农舍588617.322.4有农舍59894.528无农舍三、岩溶地段桩基处理1、溶洞处理方案临湖特大桥桥位所处岩溶地貌较多，而且岩溶发育。给桩基础施工带来了较大隐患，对浅埋岩溶地层或存在地面塌陷隐患的桩孔采取预处理措施。在岩溶地质条件下进行钻孔施工，主要应控制钻机平稳，防止斜孔、防止串孔、钻孔漏水和钻孔进度问题。要根据地质条件，可以分别采用抛填片石、高压注浆、灌注低标号混凝土、钢护筒跟进等施工技术措施，确保钻孔施工顺利进行。1.1抛填片石法根据设计图纸提供地质资料及结构尺寸，3#、4#、6#、9#、22#、44#、45#、46#、48#、49#、51#、53#、54#、55#、56#、59#、60#、61#、62#、68#、69#、70#、78#、82#、84#、85#、89#、92#承台的桩基所处溶洞高度小，而且发育规模小，可直接采用抛填片石法施工。对于溶洞大、连通性好的溶洞也可以采用片（碎）石反复回填的方法处理，具有施工工艺简单、成本低、效果好等特点。抛填片石法施工要点：当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔，这时可采用片石加粘土（按1.5：1体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，必要时可加入时稻草（草类）物质。回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部以上12m.溶洞回填完成后，向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入片石缝隙内，然后采用钻头冲击，使片石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁。若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应再次回填，反复回填、反复冲击，直至不再漏浆为止。 采用抛填片石处理溶洞时，钢护筒须穿透砂砾等透水层、坐在不透水层上，以防止出现溶洞后孔内水头急剧下降而造成坍孔。根据设计图纸及地质勘测报告，分析透水层位置及厚度，提前加工相应长度的护筒，以便施工正常进行。 1.2灌注低标号混凝土 地址资料及结构尺寸，13#、14#、15#、16#、17#、18#、19#、20#、21#、22#、23#、24#、25#、26#、27#、28#、30#、31#、32#、35#、36#、37#、4#、75#、76#、77#承台的桩基础溶洞高度大，而且覆盖面积广。有时采用填粘土和片石的方法难以成孔，或者成孔后灌注水下混凝土时孔壁被挤垮，这时用灌低标号混凝土的方法处理。 施工准备和开孔方法同填粘土块和片石方法，当击穿溶洞顶板时，为节约混凝土灌注量，可先填粘土块和片石，反复冲挤，待溶洞填注基本饱满时，再灌低标号混凝土至溶洞顶1m以上，待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。 1.高压注浆及低标号混凝土灌注对于封闭型、全填充或半填充型的溶洞，采用注浆充填溶洞或注浆固结溶洞填充物的处理效果显著。根据设计图纸提供地址资料及结构尺寸， 51#、52#承台的桩基础所处溶洞顶板厚度小，在施工过程中可能造成塌陷。可优先采取高压注浆及灌砂压浆提前固结洞内填充物质，以便施工。1.3.1高压注浆施工要点：）高压注浆设备采用高压注浆泵，水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥。）用地质钻机在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻80mm110mm的注浆孔，孔深达到最深溶洞的底部。注浆管插入溶洞下部。）用注浆泵注浆，注浆压力控制在0.51.0MPa范围，注浆速度1520/min，渗透最小直径保证3.0m，以保证冲钻成孔时溶洞内有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部，然后边注浆边缓慢上提，提管速度不宜太快，根据注浆速度确定，应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆，水泥浆配合比为水：水泥=0.8:1.0。若需用水泥砂浆，则配合比采用水：水泥：砂=1:1:0.8，需要用双液浆时，水玻璃的含量根据现场试验确定。）为防止浆液流失太远造成浪费，采用间歇注浆方式，间歇时间6h时，使得先注入的浆液与砂子（或碎石）初步达到胶结后再注浆，循环注浆多次，直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。）注完一个孔后，继续对其余孔进行注浆，后注浆的孔洞压力必须调高，最后封孔。1.3.2灌砂压浆施工要点：灌砂压浆孔与高压注浆法钻孔施工方法相同。 灌砂采用干燥、洁净的中粗砂，并进行清筛，防止杂物堵管。一个桥墩内各注浆管内灌砂、注浆轮流进行。灌砂时分几次进行，第一次灌砂高度约45m，然后将注浆管插入灌入的砂中一定深度，向砂中压入一定量的水泥浆。压浆后采用清水冲洗注浆管，防止水泥浆粘附在管壁上，影响下一次灌砂、注浆。注入水泥浆初凝后，进行下一次灌砂、压浆，反复进行，直至灌满，使溶洞内充满砂浆。14钢护筒跟进施工所有有溶洞的承台时均需采取钢护筒跟进法施工。就是一面冲孔、一面接高护筒，并将其振动下沉至已钻成的孔内或溶洞内，用以阻断溶洞内流塑充填物或水的流动，便于钻孔施工。钢护筒跟进施工要点：1）内护筒长度和内径的确定：护筒长度L=(h+H)m(h为地质超前钻确定的溶洞高度,H为溶洞顶到地面加30cm的高度)；单层护筒内径大于桩直径10cm,多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm，并以此类推。钢护筒孔径要准确，连接要顺直，用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度，钢板厚为10mm为宜，单个大溶洞用单层护筒，两个大溶洞用双层护筒，并以此类推。2）内护筒的沉放。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护筒，用吊机(或桩机自身重量)把内护筒放入外护筒内沉至孔底，必要时用振动锤下沉。3）用冲击钻钢护筒跟进法施工时，施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能，使钢护筒能顺利下沉。钻头直径大于钢护筒外径3 -5cm，护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。4）如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小，不能满足护筒下沉要求的，回填并加大钻头直径二次冲孔，以保证钢护筒顺利下沉。为保证钢护筒顺利下滑，要求桩孔要竖直，无歪斜、缩颈。5）钢护筒的安装要求，在现场安装钢护筒时，要保证钢护筒连接的密实性，不能出现透水现象，每节钢护筒连接处都要求满焊，不准为了节省时间，采用点焊的方式连接钢护筒。也是为了以后施工过程中出现漏浆现象，钢护筒所在透水层会因为水的流失产生坍孔现象。2、施工前准备临湖特大桥钻孔桩施工选择桩位钻孔顺序的基本原则是：对于不等长桩桥墩，钻孔施工遵循先长桩，后短桩的施工顺序。同一墩位的钻孔顺序，按溶洞由深到浅、由多（串珠状）到少，先施工边位桩、角位桩，这样施工有利于及时封闭溶洞，阻断溶洞通道，以利下一根桩的施工。钻孔作业前应做好如下准备工作：1）下发有设计单位提供的每个孔位的地质柱状图，做到技术人员及钻机机组人员，钻机长、现场施工员、现场施工负责人人手一份，让他们知道溶洞的大小、位置、充填情况、顶板厚度、是否有易塌孔地层等，没有地质资料不准开钻； 2）根据设计单位地质钻探资料，为每个墩位的每根桩设计出相应的地表加固、溶洞处理方案；3）准备足够的片石和粘土；4）水泥取自梁场搅拌站，水源从附近河流随时泵取；5）采用灌注低标号混凝土处理溶洞时，混凝土由梁场拌和站直接提供；6）挖掘机、翻斗车、水泵等设备现场随时待命；7）有溶洞的墩位泥浆池要有足够大。泥浆池应不小于150m3，沉淀池也不亦过小；8）对于采用高压注浆及灌砂压浆提前处理的溶洞，要查明其溶洞填充物的成分，上报实验室。根据填充物的成分确定施工时所用砂浆的配合比；钢护筒加工，钢护筒长度8m以内，壁厚采8mm。钢护筒长度超过8m，壁厚采1215mm。用卷板机成型。处理单层溶洞时，所需钢护筒长度太长。可分节加工。处理多层溶洞时，加工的钢护筒必须遵循多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm，其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm的原则。9）采用钢护筒跟进措施，要准备相应尺寸的钻头。3、钻孔作业钻机支撑点要远离桩位，支点距离应根据可能造成坍塌范围进行估算，严禁将钻机直接支撑在孔口，对有溶洞的桩位，钻机宜垫设钢架（如用槽钢或工字钢纵横制作而成），这样如发生大坍塌孔时，钻机可由钢架撑托于地面，安全又避免损失。当钻至溶洞顶1m左右时，首先准备足够的片石和粘土，对于半填充和无填充的溶洞要组织足够的泥浆或水源。其次在11.5m范围内变换冲程或钻头，逐渐将洞顶击穿，以防止卡钻。根据钻孔的进尺情况，在击穿洞顶之前，要有专人观测护筒内泥浆面的变化，一旦泥浆面下降，应迅速补水。击穿洞顶后，在溶洞内钻进时，根据填充物的不同，要采取不同的钻进方法。当充填物为软弱粘性土或淤泥时，应向孔内投入粘土、片石混合物（比例1:1.5），冲砸固壁；当为砂层、卵石层时还应提高泥浆的粘度和相对密度。只有当泥浆漏失现象全部消失后才转入正常钻进。如此反复使钻孔顺利穿过溶洞。4、施工中出现的问题及处理4.1坍孔各种钻孔方法都有可能发生坍孔事故，坍孔的表征是孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。1）坍孔的原因a.泥浆相对密度不够及其它泥浆性能指标不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮。b.由于漏浆后未及时补充泥浆（或水），没有及时回填粘土片石，或河水或孔内出现承压水，或钻孔通过沙砾等强透水层，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。c.护筒埋置太浅，下端孔口漏水，坍塌或孔口附近的地面受水浸湿泡软，或钻机直接接触在护筒上，由于震动使孔口坍塌，扩展成交大坍孔。d.在松软砂层中钻进进尺太快。e.水头太高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。f.清孔后泥浆相对密度、黏度等指标降低，用空气吸泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆（或水），使孔内水位低于地下水位。g.清孔操作不当，供水管嘴直接冲刷孔壁，清孔时间过久或清孔后停顿时间过长。h.吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。2） 坍孔的预防和处理a.漏浆情况出现后要及时补充泥浆或回填片石和粘土。b.在松散粉砂土或流砂土中钻进时，应控制进尺速度，选用较大相对密度，粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。冲击钻成孔是投入粘土，掺片、卵石，低冲程锤击，使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起到护壁作用。c.汛期地区水位变化过大时，应采取升高护筒，增高水头，或用虹管、连通管等保证措施保证水头相对稳定。d.发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。e.如发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘质土（或砂砾和黄土）混合物到坍塌孔处以上1m2m，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。f.严格控制冲程高度。g.清孔时应指定专人补浆（或水），保证孔内必要的水头高度。供浆（水）管最好不要直接插入钻孔中，应通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中，可免冲刷孔壁。应扶正吸泥机，防止触动孔壁。不宜使用过大的风压，不宜超过1.51.6倍孔中水柱压力。h.吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。4.2钻孔偏斜各种钻孔方法均可能发生钻孔偏斜事故。1）偏斜原因 a.钻空中遇有较大的孤石或探头石。b.在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进；或者粒径大小悬殊的沙卵石层中钻进，钻头受力不均匀。c.扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。d.钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。E.在溶岩强发育地段，钻机钻进过程中会遇到办溶洞半岩石的地质情况。2）预防和处理a.采用检孔器等查明钻孔偏斜的位置和偏斜的情况后,一般可在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔,使钻孔正值。偏斜严重时应回填砂粘土到偏斜处，待沉积密实后再继续钻进。b.冲击钻进时，应回填砂砾石和黄土待沉积密实后在继续钻进。偏斜严重的可在开始偏斜处设置少量炸药（少于1kg）爆破，然后用砂类土和砂砾石回填到该位置以上1m左右，重新钻孔。C.斜坡岩面取芯纠偏斜孔，岩溶地层存在溶沟、溶槽、溶洞、软硬不均或半岩半土、半岩半溶和斜坡岩，溶洞顶（底）板犬牙交错，高低相差悬殊。在偏斜孔发生的初始期就应立即进行纠偏处理，否则随着偏斜孔深度的加深，偏斜孔的偏移量加大，偏斜孔纠偏的难度也会成倍增加，偏斜孔一般发生在钻孔刚刚进入基岩面和钻孔遇到溶洞。取芯纠偏斜孔，就是在钻孔前，用地质钻机在斜面岩上钻68个，直径110mm的孔洞，其深度视斜坡岩层厚度而定，斜坡岩面上的孔洞能更好地与钻头刃脚形成咬合作用，从而达到纠偏斜孔。4.3 埋钻埋钻是由坍孔造成的。施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外,如果未及时提钻,漏浆后坍孔,钻头便被埋在孔中。处理方法:1）人工挖土钢护筒跟进法。桩孔进尺10m以内,地下水易于控制,没有大的承压力,人可以下到桩孔中去边挖坍落的泥石,边护筒跟进,一直挖到钻头位置,护筒也跟进到钻头位置。2）真空吸渣法。将导管置于坍孔的底部,用9 m3 空压机通过5066 mm 钢管压入空气吸出沉渣。这种方法适用于坍孔石头的粒径不大于25 mm的情况。4.4卡钻卡钻也常发生在以冲击钻钻进时，钻头卡在孔内提不起来，发生卡钻。1）产生原因a.未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐变小，而焊补后的钻头大了，又用高冲程猛击，极易发生卡钻。b.伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住钻脚或钻顶。c.孔口掉下石块或其他物件，卡住钻头。d.在粘土层中冲击的冲程太高，泥浆太稠，以致钻头被吸住。e.大绳松放太多，钻头倾倒，顶住孔壁。2）处理方法处理卡钻应先弄清情况，针对卡钻原因进行处理.宜待钻头有松动后方可用力上提，不可盲动，以免造成越卡越紧。a.卡钻不宜强提以防坍孔、埋钻。宜用由上向下顶撞的办法，轻打卡点的石头，有时使钻头上下活动，也能脱离卡点或使掉入的石块落下。b.用较粗的钢丝绳带打捞钩或打捞绳放进孔内，将钻头勾住后，于大绳同时提动，或交替提动，并多次上下、左右摆动试探，有时能将钻头提出。c.在打捞过程中，要继续搅拌泥浆，防止沉淀埋钻。d.用其他工具，如小的钻头、小掏渣筒等下到空内冲击，将卡钻的石块挤进孔壁，或把钻头碰活动脱离卡点后，在将钻头提出。但要稳住大绳以免冲锥突然下落。e.用压缩空气管或高压水管下入空内，对准卡钻一侧吸钻处适当冲射一些时候，使卡点松动后强行提出。f.使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正。g.用以上方法提升钻头无效时，可试用水下爆破提钻法。将防水炸药（少于1kg）放于空内，沿钻头的滑槽放到钻头底，而后引爆，震送卡钻，再用卷扬机和链滑车同时提拉。4.5钻孔漏浆1）漏浆原因a.岩强发育地段钻机钻进程中，会碰到溶洞或裂隙出现漏浆。b.在透水性强的砂砾或流沙中，特别是在有地下水流动的地层中钻进时，稀泥浆向孔壁外漏失。c.护筒埋置太浅，回填土夯实不够，致使刃脚漏浆。d.护筒制作不良，接缝不严密，造成漏浆。e.水头过高，水柱压力过大，使孔壁渗浆。2）处理方法a.孔内出现泥浆缓慢流失时，可以先往孔内反浆，如反浆多次后泥浆还是缓慢下降，则有可能遇到溶岩裂隙，需要往孔内抛填袋装水泥。当孔内泥浆急速下降时，先往孔内反浆，然后及时回填片石和粘土（按1.5：1体积比）回填，溶洞较大时可加入部分水泥，必要时可加入时稻草（草类）物质。回填一层、采用钻头冲击一遍，尽量使片石和粘土保持密实，直至回填至溶洞顶部以上12m。b.属于护筒漏浆的，应按有关护筒制作与埋设的规范规定办理。如接缝处漏浆不严重，可由潜水工用棉、絮堵塞，封闭接缝。如漏水严重，应挖出护筒，修理完善后重新埋设。4.6灌注要求由于临湖特大桥处于溶岩强发育地段，在钻孔过程中经常出现溶洞回填现象，即使在击穿溶洞后回填粘