【doc】肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術(shù)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善?！綿oc】肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術(shù)【doc】肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術(shù)肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術(shù)2000年第3期廣東公路交通GuangDongGongLuJiaoTong總第,64期肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術(shù)梁鑒亮'(中港第四航務(wù)工程局,廣州510500)摘要:肇慶大橋橋址處于非常活躍的溶洞發(fā)育地段及地質(zhì)破碎帶上,大直徑樁基施工采用雙護(hù)筒方案,泥漿循環(huán)系統(tǒng),鉆沖結(jié)合.簡要介紹施工過程中的溶洞處理方案及實(shí)踐效果.關(guān)鍵詞:大直徑樁基礎(chǔ)溶洞施工工藝中圈分類號:1344

2、3.15文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B1概述肇慶大橋位于肇慶市西江下游,南接建設(shè)中的廣肇高速公路,北連市區(qū)端州一路.主橋?yàn)榱鐔蜗鋯问疫B續(xù)梁,主跨136m,副跨86m,北引橋?yàn)?7X40m跨預(yù)應(yīng)力簡支T梁(橋面連續(xù)),橋面寬均為22m.主橋主墩為4根奶0o/0cm嵌巖樁基礎(chǔ),薄壁墩身,副墩為2根奶0o/憶50cm嵌巖樁基礎(chǔ)(39#45#墩),雙柱式墩身;北引橋?yàn)?根n嵌巖樁基礎(chǔ),雙柱式墩身(22#38#墩).肇慶是以擁有千姿百態(tài)溶洞景觀的七星巖著名的旅游城市.由于城市整體規(guī)劃的需要,肇慶大橋橋址處于非常活躍的溶洞發(fā)育地段及地質(zhì)破碎帶上.為摸清溶洞的分布,大小,填充情況,漏水情況等,以指導(dǎo)施工,在全面鋪開樁基礎(chǔ)

3、施工前,分別進(jìn)行初勘,施勘,補(bǔ)勘,電磁波層析CT探測等多層次勘察.勘察結(jié)果顯示,大橋從22#墩到45#墩幾乎每樁都存在裂隙破碎帶和溶洞.覆蓋層厚從10m40m變化,地層變化為:粉砂層一細(xì)砂層一中砂層一粗砂層一角礫層一基巖,其中主墩大部為粗砂層及角礫層,北引橋大部為粉砂層及細(xì)砂層,部分墩有中粗砂層.巖層多為灰?guī)r,局部夾有白云巖,石英大理化巖等.溶洞形狀極為復(fù)雜,以主墩40#墩為例,溶洞層數(shù)最多達(dá)5層,溶洞頂板最厚的達(dá)4m,最薄的僅為10cm,頂?shù)装宕蠖純A斜,最大傾斜角達(dá)75o,且溶蝕的作用十分破碎;溶洞高度變化很大,最小的溶洞僅高2030cm,最高的溶洞則高達(dá)9.40m.溶洞中多填充流塑性的亞粘

4、土(含有角礫,粉細(xì)砂和中粗砂等),部分為空洞,且存在壓縮氣體或高壓水.溶洞形狀各異,錯落無序,樁樁相連,并與異常發(fā)育的裂隙破碎帶相連通,構(gòu)成一座座非常復(fù)雜,離奇的地下迷宮.在北引橋II樁基礎(chǔ)中,最大的溶洞高達(dá)13m,最多的達(dá)7層,同一墩位的溶洞互相連通,一些相鄰墩位的溶洞亦互相連通,這些情況給施工帶來較大的難度.2施工方案的選擇初步摸清溶洞分布情況后,確定施工方案并實(shí)施.經(jīng)過認(rèn)真比選,并總結(jié)類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),在施工中確定了以下三個原則.2.I雙護(hù)筒方案根據(jù)地質(zhì)資料,自22#41#墩各樁的覆蓋層均為砂層,39#一41#墩有少量角礫,而北引橋則大部份為粉砂層,最深的達(dá)3O多m.這種地質(zhì)情況下,一

5、旦發(fā)生漏漿,孔內(nèi)泥漿液面迅速下降,泥漿護(hù)壁無法抵抗漏漿時產(chǎn)生的內(nèi)外水頭差所產(chǎn)生的壓力,其后果會導(dǎo)致塌孔埋鉆等惡性事故的發(fā)生.但由于覆蓋層厚,振動錘無法將護(hù)筒一次施打到位,按D315cm單護(hù)筒穿過20m覆蓋層進(jìn)行計(jì)算,其外側(cè)摩阻力約1100t.要克服如此大的摩阻力,至少需500kW振動錘,而護(hù)筒壁厚需達(dá)25mm以上才能保證施打時不產(chǎn)生變形,而且施工難度極大.通過在工期,成本上反復(fù)對比,最終確定采用鉆埋法完成內(nèi)護(hù)筒的下放.而防止出現(xiàn)這種情況最有效的方法是將鋼護(hù)筒下放至基巖面,在實(shí)際施工中采用雙護(hù)筒施工,用"鉆埋法"將護(hù)筒下放至基巖面.2.2泥漿循環(huán)系統(tǒng)由于樁孔徑大,且設(shè)計(jì)對樁基

6、礎(chǔ)成孔質(zhì)量要求較高(設(shè)計(jì)要求孔底沉碴不超過lcm),使用普通泥漿已難以保證成孔質(zhì)量,故鉆孑L時采用優(yōu)質(zhì)泥漿進(jìn)行施工,以加強(qiáng)護(hù)壁效果,并確保清碴滿足設(shè)計(jì)要求.泥漿以膨潤土為主要材料,摻人一定量的純緘,及少量外加劑,澆注砼前采用孔底換漿?25?2000年第3期廣東公路交通總第64期法.施工時采用反循環(huán)清碴,利用泥漿船進(jìn)行循環(huán)(圖1).再J|l,l簟-I'tl早石五直,r-重?圖1內(nèi),外護(hù)筒位置及內(nèi)護(hù)筒腳處理示意圖2.3鉆沖結(jié)合由于樁位處地質(zhì)十分復(fù)雜,施工時不可預(yù)見因素較多,經(jīng)過反復(fù)討論比較,決定采用鉆沖結(jié)合工藝成孔.即:先用鉆機(jī)鉆穿覆蓋層,下完內(nèi)護(hù)筒壓漿后,再換沖機(jī)進(jìn)行人巖施工.選擇沖擊鉆

7、機(jī)進(jìn)行入巖施工主要基于下述原因:(1)由于沖機(jī)成孔對孔壁產(chǎn)生的擠壓作用,使得其孔壁比較密實(shí).(2)沖機(jī)易于處理內(nèi)護(hù)筒腳與基巖面接觸面處空隙.(3)由于沖擊成孔時,沖錘自由落體,能保障進(jìn)尺的垂直度.(4)由于沖錘尺寸,重量較小,一旦出現(xiàn)卡錘,掉錘等事故時,易于打撈.3施工過程中的溶洞處理3.1施打鋼護(hù)筒鋼護(hù)筒施工工藝流程:搭設(shè)鉆樁平臺,加工定位導(dǎo)架一施打外護(hù)筒一上回旋鉆機(jī)鉆穿覆蓋層一撤鉆機(jī)一下放內(nèi)護(hù)筒至基巖面一內(nèi)護(hù)筒外壓漿一上沖機(jī)進(jìn)行人巖施工.鉆覆蓋層時,考慮到地質(zhì)資料可能存在的誤差,進(jìn)尺至基巖面以上12m時停止鉆進(jìn),以確保施工安全.下放內(nèi)護(hù)筒參考鋼筋籠下放工藝,利用吊船(或吊車)分段接長下沉.

8、下沉?xí)r,由測量人員嚴(yán)格控制護(hù)筒接頭的垂直,護(hù)筒偏位及垂直度,至孔底后,再用振動錘震入輔助下沉至巖面.要求傾斜度不大于1%,實(shí)際均控制在5%o之內(nèi).內(nèi)護(hù)筒沉放到位后,在內(nèi)外護(hù)筒間進(jìn)行拋碎石壓漿處理,以增加護(hù)筒的整體剛度(圖2).?26?圖2泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖3.2溶洞的施工處理方法3.2.1護(hù)筒刃腳固結(jié)處理內(nèi)護(hù)筒下放完成后,鋼護(hù)筒周邊不可能與巖面完全接觸,加上巖面一般較為傾斜,內(nèi)護(hù)筒與巖面之間往往會形成較大間隙.這些間隙僅由較為松散的角礫填充,若不加以固結(jié),在入巖沖進(jìn)過程中會成為樁孔與河床之間的通道.施工時河床內(nèi)角礫(粗砂)可能涌入孔內(nèi),繼而使樁孔與河水連通,不僅無法進(jìn)尺,還極易造成埋鉆等事故.

9、在施工中采取兩種方法進(jìn)行護(hù)筒腳的固結(jié):(1)在內(nèi)護(hù)筒刃腳外,采用高壓旋噴法將護(hù)筒刃腳與巖面周圍的粗砂與角礫固結(jié)成一個有一定強(qiáng)度的整體圍幕.這種方法安全上較有保障,但成本高,工期長;(2)利用沖機(jī)成孔時對孔壁會產(chǎn)生擠壓力的特點(diǎn),在鋼護(hù)筒刃腳范圍內(nèi)拋填塊石,粘土,用24m沖程進(jìn)行沖壓,使其密實(shí)造壁,反復(fù)多次,直至孔底平整才可以向下沖進(jìn)(實(shí)際施工時要求為3個工作臺班).處理的同時可以沖平參差不齊的巖面,以免過護(hù)筒腳時產(chǎn)生偏孔或斜孔.留下質(zhì)量隱患.整個過程需嚴(yán)格控制進(jìn)尺及沖程,加強(qiáng)對操作人員的管理,才能達(dá)到預(yù)期效果.在實(shí)際施工中,由于40#D樁基巖面嚴(yán)重傾斜,且地質(zhì)情況復(fù)雜,采用了方法(1)外,其余各

10、樁均采用方法(2).3.2.2沖進(jìn)及溶洞的技術(shù)處理盡管施工前進(jìn)行了初勘,施勘,補(bǔ)勘及cr探測,已有較為詳細(xì)的溶洞分布狀況資料,但是仍無法準(zhǔn)確把握基巖內(nèi)溶洞具體情況.施工中,最容易出現(xiàn)的問題是:a.施工時由于碰到溶洞或與樁2OOO年第3期梁鑒亮肇慶大橋巖溶區(qū)大直徑嵌巖樁施工技術(shù)總第64期位外溶洞相通的裂隙,引起的突然問大量泥漿漏失,并引發(fā)塌孔埋鉆等事故.b.溶洞底板傾斜或遇到半邊溶洞,施工時易造成斜孔,卡錘,進(jìn)尺困難.c.進(jìn)尺時遇到大溶洞,且填充物為軟塑性土質(zhì)或空洞時,若不控制進(jìn)尺,沖錘一下可進(jìn)尺數(shù)m,極易引起掉錘或卡錘等事故.且因進(jìn)尺過快,導(dǎo)致護(hù)壁質(zhì)量差,易發(fā)生塌孔.d.由于沖機(jī)自身的局限,易

11、產(chǎn)生梅花孔及因機(jī)械故障(如鋼絲繩斷開)引起掉錘等等.其中溶洞漏漿是最容易發(fā)生也是最危險的,施工時應(yīng)采取多種可靠措施來防止出現(xiàn)上述情況,確保施工安全,順利成孔.首先必須加強(qiáng)對操作人員的管理.施工前對所有施工人員進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底,使每一位操作人員對溶洞處理方案,搶險措施及溶洞分布情況都心中有數(shù),同時要求每一班操作人員在施工過程中須對沖機(jī)的鋼絲繩,沖錘直徑等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)檢查.施工中漏水漏漿是難以避免的,也無法預(yù)測,其處理關(guān)鍵是:發(fā)生漏漿時要及時補(bǔ)漿補(bǔ)水,維持孔內(nèi)水頭,防止樁孔內(nèi)外產(chǎn)生過大的水頭差,并迅速堵漏.為做到這點(diǎn),施工中應(yīng)做好以下工作:(1)在整個施工過程中,應(yīng)準(zhǔn)備足夠的補(bǔ)水補(bǔ)漿設(shè)備,實(shí)際

12、施工利用氣舉反循環(huán)原理抽江水往孔內(nèi)補(bǔ)水,效果良好.(2)每根樁備有大量的塊石和粘土用作堵漏材料,同時在泥漿船準(zhǔn)備大量新鮮泥漿,一旦發(fā)生漏漿,立即往孔內(nèi)補(bǔ)漿.(3)嚴(yán)格控制孔內(nèi)泥漿質(zhì)量,利用泥漿堵塞微小裂隙,盡量減少泥漿漏失量.為防止出現(xiàn)卡錘,掉錘,梅花孔等問題,應(yīng)做好以下幾點(diǎn):(1)在接近溶洞頂板及溶洞中沖進(jìn)時,應(yīng)嚴(yán)格控制沖程,以免不慎掉錘.(2)遇到半邊巖及斜面巖時,應(yīng)在正常進(jìn)尺前,先用塊石及粘土回填至正?？咨钜陨霞slm高,再壓實(shí)沖進(jìn),反復(fù)直至孔徑正常后再進(jìn)尺.施工中若出現(xiàn)梅花孑L亦如此處理.(3)在溶洞內(nèi)進(jìn)尺時則按照處理內(nèi)護(hù)筒腳及基巖面的空隙處理方法進(jìn)行,分層拋填壓實(shí),在樁孔周圍造壁.(4

13、)施工時應(yīng)經(jīng)常檢查樁孔孔徑,垂直度等情況,一有異常立即停止進(jìn)尺,糾正之后,再繼續(xù)進(jìn)尺.3.2.3清碴清孔相對回旋鉆機(jī)而言,不能及時清碴是影響沖擊成孔進(jìn)度的重要原因.為此,施工時采用氣舉反循環(huán)進(jìn)行清孔清碴(圖2),大大提高了清碴效率,加快施工進(jìn)度.但由于氣舉產(chǎn)生的負(fù)壓大,要求清碴過程中及時補(bǔ)充泥漿,保持樁孔內(nèi)水頭壓力和泥漿的比重,以維持孔內(nèi)外的水頭平衡,故在操作時利用泥漿船儲漿進(jìn)行補(bǔ)充.3.2.4優(yōu)質(zhì)泥漿的配制在樁基礎(chǔ)澆注砼前,為保持孔底干凈,須對樁底部份進(jìn)行換漿處理,即將孔底約5m范圍內(nèi)泥漿置換成新鮮優(yōu)質(zhì)泥漿.經(jīng)過試驗(yàn)比較,我們選用了"油田泥漿",其全稱為聚丙烯酰胺不分散低

14、固相泥漿(P.H.P),具有低含沙率,低失水量,低固相,高膠體率,不分散等優(yōu)點(diǎn),以保證澆注砼前樁底達(dá)到"0沉碴"狀態(tài).油田泥漿基本原料是膨潤土,再加入適量的純堿,羥基纖維素及聚丙烯酰胺水解溶液(比例視泥漿質(zhì)量經(jīng)試驗(yàn)而定).3.2.5澆注水下砼水下砼澆注按常規(guī)施工,在澆注前應(yīng)考慮擴(kuò)孑L及填充溶洞的需要,準(zhǔn)備較多的材料.另外,澆注時適當(dāng)加大溶洞區(qū)埋管深度(埋管深度取68m為宜),以避免澆注砼時,因溶洞護(hù)壁塌陷,樁孔內(nèi)砼充填溶洞,引起砼面急劇下降而使導(dǎo)管口露出砼面,從而產(chǎn)生斷樁事故.同時應(yīng)大力加強(qiáng)砼澆注過程的監(jiān)控力度,發(fā)現(xiàn)問題及時解決.4巖溶區(qū)大直徑鉆孔樁施工經(jīng)驗(yàn)在1998年l1月至l999年4月基礎(chǔ)施工中,肇慶大橋主橋q,3oo/,/,270em樁順利完成,余下的北引橋嵌巖樁也于2000年1月份全部完工.工程質(zhì)量和進(jìn)度均受到業(yè)主,監(jiān)理部門的肯定,未發(fā)生一起重大傷亡事故.在施工實(shí)踐中,我們總結(jié)出一些在溶巖區(qū)大直徑樁施工的行之有效的施工工藝.(1)全(雙)護(hù)筒法在溶巖區(qū)樁基施工是安全可靠的.在巖溶發(fā)育地區(qū)施工時應(yīng)采用全護(hù)筒施工,以防止因溶洞漏漿而引發(fā)塌孔事故.并且鉆埋法施工工藝亦克服了因覆蓋層厚而無法將護(hù)筒下放至基巖面的困難.(2)沖鉆結(jié)合工藝是可行的.在覆蓋層采用回轉(zhuǎn)鉆