溶洞地区铁路站房桩基础施工及溶洞预加固处理措施

溶洞、斜岩处理专项施工方案我合同段地处XX省中部偏西，桥址位于丘陵缓坡地带，地貌单元为剥蚀堆积地貌，地势较开阔，隶属于XX中低山与丘陵区，地貌基本形态有低山、高低丘陵、平原微丘，南北高，中间低平，植被及二、施工准备1、了解地质情况，测定桩位，平整场地2、详细了解桩基桩位地质、水文资料，掌握溶洞出现的位置，并大致推断其范围、大小以及充填情况，并制定合适的施工方案和施工技术保障措施。3、每个孔位的地质柱状图和施工方案都单独列出，发给有关人员，让具体操作者、技术人员、作业队长都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方案。4、根据现场的地形地貌整理出成片施工场地，以便于堆放材料，桩区地表要建截、排水及防护设施，对桩顶坡土清刷减载。5、材料准备：工地现场常备相当数量的片石、粘土、水泥和编织袋6、机械准备：装载机50型一台，25T吊车一台，1m3挖掘机两台。7、人员准备：当现场钻机接近溶洞顶部时，为加强协调现场施工，现场除了派遣机械操作人员值班外，还要派技术人员和主要管理人员现场值班，确保现场施工的协调一致。8、泥浆池设置为便于出碴，泥浆池尽量就近设置，四周临边防护措施到位。9、备好各工序所需要的机具器材和供排水、照明设施，并设置位移的标志。三、溶洞桩基施工方案3.1方案概述根据溶洞划分标准可按以下分类：a、按溶洞的大小分有小溶洞（洞高<2.0m）和大溶洞（洞高≥2.0m）。b、按洞内有无填充物分：有充填，已填满，包括亚砂土和亚粘土充填，有可塑、软塑和流塑之分；半充填，有一半左右充填，另一半无填充；无充填物，为空洞。c、按是否漏水分：全漏水，与其它溶洞相连；半漏水；不漏水。d、按溶洞垂向数量分：单个溶洞和多个溶洞。根据地质勘察资料描述，本工程溶洞主要是全填充式，填充物为可塑-软塑状含砾粘土和软塑状含砾粘土两种形式，局部可能有半填充式和无填充式形式；溶洞大小分布不均，小的洞高为1~2米，大的洞高达到了29米，且相当一部分垂向具有多个溶洞；由于溶洞较多，相互之间串联可能性较大，漏浆具有普遍性；有时一个溶洞具备以上多种形式，本文主要阐述冲击钻成孔状态下的溶洞处理。3.2方案的选择根据溶洞情况，可采用以下几种处理方法：a、预处理（注浆法、旋喷帷幕法）b、钢护筒跟进c、投放抛填物（抛填片石、粘土、水泥或几种的混合物）d、灌注混凝土首先方案的选择应遵循保证安全、质量、工期、造价低原则，针对本工程溶洞分布主要在地面20m以下的深度，显然预处理（注浆法、旋喷帷幕法）和钢护筒跟进两种施工方法不适宜本工程。注浆虽然处理效果好，但在地面以下20m这个深度注浆，不仅施工难度大、工期长，而且造价大，不符合最优方案；钢护筒跟进冲孔在大于20m深时需进行多段钢护筒焊接跟进，如此操作复杂繁琐且需要大型振动机械设备，在钢护筒振动下沉过程中容易发生孔偏斜，且钢护筒取出时焊接处容易脱落，造成钢护筒难以取出，成孔也是造价大、工期长，不适合采纳；本工程因为溶洞多为全填充式，而投放抛填物（抛填片石、粘土、水泥或几种的混合物）和灌注混凝土易于操作简单、方便，能起到有效护壁的作用，且一次不成功可反复进行，片石和粘土当地较丰富，取材方便、经济；采用该施工方法无论是对工期影响和增加工程造价范围均明显优于前两种方案。为确保方案最优化，工程各参建方专门组织技术人员讨论、研究方案最终确定一般常规使用投放抛填物（抛填片石、粘土、水泥或几种的混合物）和灌注混凝土两种方案，对于个别施工难度特别大的再具体分析处理。3.3方案的施工方法3.3.1常规成孔法(按照无溶洞地质考虑)当溶洞内有充填物，是可塑的砾质粘土，在冲孔过程中始终能有效护壁，并且溶洞不漏水，这时不管溶洞有多大，也不管溶洞垂向数量多少，都可以不考虑溶洞的存在，而按照正常无溶洞的地质情况施工。3.3.2片石、粘土、水泥或几种混合物筑壁法a、溶洞内有填充物，是可塑的砾质粘土，溶洞高度不太大，在冲孔过程中始终能有效护壁，但存在漏水，护筒内水头高度不能保持时，可采用投放粘土回填冲击，不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，让粘土充分挤入溶洞，堵住漏洞。b、溶洞内有填充物，是软塑的砾质粘土，溶洞高度不太大，在冲孔过程中不能有效护壁、易塌孔，可采用片石或片石+粘土按一定比例投放回填冲击，形成有效护壁。c、溶洞内无充填或半充填，溶洞高度不太大，而且存在漏水，可采用片石+粘土或片石+粘土+水泥按一定比例投放回填，形成有效护壁。不循环泥浆干打几分钟，使回填物充分密实，再加浆提高水头到正常高度，让粘土与片石混合物充分挤入溶洞，将漏浆处堵住后再使用小冲程继续钻进，形成人工泥石护壁d、当有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通,泥浆迅速流走,水头高度急剧下降,造成漏浆。施工时要在孔边尽可能多备足一定数量的片石和粘土,一旦出现漏浆,及时多回填片石和粘土冲击造壁,并马上补水,防止水头高度继续下降。e、地质资料揭示无溶洞或只有很小的溶洞，但突然发生跑浆，估计是挤破了旁边大溶洞的洞壁，或小溶洞与旁边的大溶洞是相连的。采取投放片石、粘土和水泥一起固化起到护壁作用，使钻孔顺利通过岩溶区。f、遇到溶洞高度大，一般在2m~10m时，或连体薄层深洞迅速跨塌，为防止出现掉锤、卡锤现象，在快到溶洞项板2m距离位置时应低锤轻冲击、慢冲击，减少溶洞大面积垮塌掉锤现象，进入大溶洞时，应及时抛填大粒径片石、粘土和袋装水泥，回填、冲击应反复进行，每次回填应高于溶洞顶2~3m，直至溶洞冲压挤密实且不塌孔为止。3.3.3灌注混凝土溶洞在采用以上各种方法回填仍不能产生有效护壁时，采用C30混凝土按水下混凝土灌注进行填充，重新进行冲孔，保证有效护壁桩基顺利成孔。3.4施工中出现的问题及处理3.4.1坍孔如果有透水层,当冲击到溶洞后,由于突然漏浆造成水头高度急剧下降,透水层失稳,形成漏斗状坍孔。预防坍孔的方法:①采用冲击钻冲孔施工时,可将钢护筒坐落在亚粘土层上,再继续冲击成孔;②发现漏浆及时补水。坍孔的处理方法:a.当成孔深度不大时,可全孔回填粘土,暂停一段时间后再深埋钢护筒到不透水层,方可重新钻孔;b.当成孔深度较大时,可将钢护筒一直坐落在坍孔的剌叭口下缘的亚粘土层上,护筒周围回填粘土,挤实,再重新钻孔。3.4.2卡钻卡钻的原因和处理方法:①冲击钻刃脚磨钝、孔径变小造成卡钻,应经常对冲击钻进行补刃;②孔不圆,形成梅花孔,最好用五刃和四刃钻头打圆孔,不用一字钻;③十字孔、探头石、落石等物卡钻，或钻头卡在溶洞内，上下提动无效时，用“一”字形或半月形小钻头沿孔壁障碍物处冲击，将障碍物击破或挤走，提出钻头。钻头在冲击填充的片石时,冲击后弹起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住,钻头不能上下,可用小冲击钻冲动,或用冲吸的方法将卡在钻头上的石碴松动后再提出。④钻头被溶洞顶板卡住时，可用漏斗形钢套管顺着大绳下入至钻头顶，导出钻头。钻头提出后用小冲程慢慢修孔，必要时回填片石、黏土重钻。⑤发生卡钻事故后，不宜强提钻头,免得拉坏机械,拉断钢丝绳,掉钻头。当钻头可以上下活动时，利用钻机上下提动钻头，并用撬棍拔动大绳使钻头旋转，反复多次，提出钻头。3.4.3斜孔①由于石灰岩地区的基岩面高低起伏，壁面陡峭，桩锤入岩时，碰到陡峭的基岩倾斜壁面，发生方向偏斜，导致斜孔。②由于溶洞面倾斜或出现探头石,致使钻头沿软的低的部位下滑造成斜孔。解决办法是当发现钻孔倾斜应提出钻头，向孔内抛入3m左右厚片石，片石强度与基岩强度相当，抛入片石后以小冲程冲击钻进方法校正钻孔，如一次不能纠偏，应反复回填冲击，直至校正为止。如遇多次抛填片石小冲程钻进仍难纠偏时，需清孔后在孔斜段以水下混凝土灌注方式灌注高强度混凝土，待混凝土达到强度后再重新冲击钻进。3.4.4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,用大型空压机通过50～66mm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25mm的情况。3.4.5其它注意问题①遇到较大的土洞、空溶洞时，或连体薄层深洞迅速跨塌，出现掉锤现象，在快到溶洞项板2m距离位置时应低锤轻冲击、慢冲击，减少溶洞大面积跨塌掉锤现象。②混凝土坍落度以18～20cm为宜；浇筑导管必须密闭良好，浇筑时先放置隔水塞，浇注混凝土必须连续、快速；混凝土灌注比理论计算偏大是孔中有浆浸入溶洞，在溶洞地区浇筑桩基混凝土应增加。3.5工程目前出现的问题及处理的效果①目前溶洞出现的形式多表现为漏浆和孔壁坍塌同时发生，处理的方法有反复抛片石、粘土和水泥混合物，均成功成孔，这种方法是目前处理的较多也较成功的。例如A-28-0、A-33-0和A-38-1等②有的溶洞表现为多次抛投片石、粘土和水泥混合物不能成孔，最终灌注混凝土填充，目前出现的不是很多，例如A-8-1和A-38-0等。③地质资料里没有溶洞，但在施工过程中出现了溶洞，这种情况出现的频率较多，还有地质资料里没有溶洞，在施工过程中也没出现溶洞，但在浇筑混凝土过程中或灌注成桩后，混凝土漏掉，造成需重新冲孔，例如B-0a-0浇筑完混凝土，孔内混凝土基本漏完，压力瞬间减小，造成孔坍塌，钢筋笼无法取出，重新成孔代价大；有些是少量漏，造成桩长不够，需接桩，也有可能造成缩孔或桩内夹泥的风险，这种情况可能是孔洞壁附近有溶洞，因为混凝土压力比泥浆大，当超过护壁的临界压力时，瞬间坍塌，造成混凝土漏到溶洞中去。④本工程范围内根据地质资料反应，存在两处特别大的溶洞，分别为A-28b-1洞深为18.2m和A-46-0洞深为29.2m，目前还未施工。A-28b-1地质描述为填充物为可塑-软塑状含砾粘土，A-46-0地质描述为填充物为软塑状含砾粘土，可以预见的是，由于洞比较深在冲孔过程中有大范围垮塌的危险，施工方法有待论证。四、质量检测标准护壁必须牢固可靠，阻止孔壁周围渗水，防止塌孔。在冲孔过程中，必须要求作业队每班冲击时，重新与复桩对中心点，用探孔器检查其孔径和垂直度是否符合设计及规范要求，如不符合要求，必须立即修整达到要求后才允许冲击工作，桩位误差不得大于50mm，孔的倾斜率不得大于1％。五、安全保证措施5.1施工现场安全（1）严格执行安全规定，施工严格执行安全防护措施、戴好安全帽、不准穿拖鞋的规定，上平台工作的人员必须佩戴安全带。（2）施工过程中应严防铁件、钢丝绳等杂物坠落。（3）认真执行氧气、乙炔的防爆安全规定，并进行严格管理。（4）电焊机的设备必须符合安全要求，防止潮湿漏电。（5）随时检查用电线路、工用具是否完好，确保生产安全。（6）严格执行电器安全操作规程，经常安排有关人员对整个施工现场的电器设备进行安全检查，值班人员值班时不得离开岗位，确保用电安全。（7）现场施工用电要有电工专门管理，要有良好的接地装置，用电区要设置安全警示牌，同时电线走线要规范，不得随意接线。（8）大型设备必须是有操作证的专人指挥。（9）施工过程中要确保夜间照明充足。（10）钻孔过程中其余桩钢护筒必须设置围栏及安全网进行防护，围栏高度1.2m。5.2起重安全（1）起重用工、索、具严格按相关规范要求取用安全系数，保证其使用安全。（2）定期对工、索、具进行检查。（3）在定位过程中应严格执行安全操作规程，指挥收揽时，信号必须统一，手势明显，哨音清晰。（4）吊物时，吊臂与被起吊物下严禁站人，对违反操作规定和不安全的作业及时加以纠正或制止。六、质量保证措施6.1施工组织管理方面的措施 （1）邀请设计、监理、勘探等单位专家参加技术研讨会，制订切实可行的施工方案。 （2）对施工人员进行技术培训，制定相应的规章制度，使施工人员有章可循，强化组织指挥，建立必要的奖惩制度。 （3）组织技术革新、质量管理和科技攻关组。6.2施工技术措施 溶洞地质同一般地质相比较，其特点表现在它的非均质性和非密实性，反映在钻孔施工中的形式为：A．空隙漏浆造成塌孔；B．难以形成符合设计桩径的标准圆孔；C．水下砼灌注流失无法估量，容易造成断桩。 （1）漏浆、坍孔的技术对策①要求冲钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度和钻头负荷是否正常。②进行散抛填。将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物，视漏浆程度反复抛填冲击。 （2）偏孔的技术对策①溶沟、溶槽、岩面起伏不平。在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时，钻孔速度会明显降低，主绳摆动大，遇此情况应马上提出钻头，抛入坚硬片石、碎石和块状黄土，以小冲程冲击，待冲到原位后第二次抛入相同配备的混合物以大冲程冲击，反复进行，直到不偏孔为止。②溶洞侧壁侵入孔径。以加入大块片石为主，并适当降低泥浆比重，回填后以小冲程钻进，钻头平稳后再加大冲程造孔。 （3）卡钻的技术对策①司钻人员随时观察钻机负荷和主绳摆动情况，发现卡钻征兆及时提起钻头进行抛填处理。②在距溶洞顶板以上30-50cm处改变钻孔冲程和冲击次数，采用慢打轻击，进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥。③改变钻头形式。在原十字形钻头上焊圈，把十字形连接起来，使之减慢钻进速度，一次成孔并圆顺。 （4）掉钻的技术对策①钻头龙门与钻体区段间加工成圆弧过渡，防止断面尺寸突变，形成薄弱部位引起应力集中而断裂。②在钻孔过程中要经常检查钻具、钢丝绳、钻头直径磨损程度，发现超限应及时更换。 （5）桩底嵌入岩层深度的保证措施①钻头应用优质45号铸钢制造，几何形状要能避免铸造时产生热拉应力和使用时应力集中现象，现场补焊以履带板、钢轨头做补焊材料，用铸钢焊条堆焊，施焊部位先预热，由技术娴熟的电焊工施焊，确保补焊质量。②钻孔各阶段应采用不同的泥浆比重及粘度。七、环境保护措施1、生产垃圾处理堆放在指定地点，集中统一处理。2、生活垃圾不得向向居民区排排放，需要要集