橋梁樁基溶洞處理施工技術(shù)

施工技術(shù)《橋梁樁基溶洞處理施工技術(shù)研究》橋梁樁基溶洞處理施工技術(shù)研究徐明項(xiàng)目部張松【摘要】溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長(zhǎng)期溶蝕的結(jié)果，石灰?guī)r里不溶性的碳酸鈣受水和二氧化碳的作用能轉(zhuǎn)化為微溶性的碳酸氫鈣。本文主要闡述在徐明高速公路橋梁樁基施工過(guò)程中遇到的溶洞問(wèn)題、溶洞出現(xiàn)時(shí)表現(xiàn)特征、危害及處理方案?！娟P(guān)鍵詞】溶洞；填充片石注漿1工程概況徐明高速公路（江蘇段）項(xiàng)目起于寧宿徐高速公路，樁號(hào)K0+413.722，起點(diǎn)設(shè)置睢寧西樞紐，采用異型單喇叭的樞紐形式，向南經(jīng)胥灣村東、方莊東、曲頭村后向南沿雙溝鎮(zhèn)與王集鎮(zhèn)附近向南延伸，在前焦?fàn)I與徐店子之間穿越，之后與G104交叉，設(shè)置雙溝互通，采用單喇叭的互通形式，主線上跨G104后在其南側(cè)約800m與徐明高速公路安徽段相接并設(shè)置主線收費(fèi)站一處，終點(diǎn)樁號(hào)為K5+803.787，路線全長(zhǎng)5.390km。睢寧西樞紐A、D匝道橋位場(chǎng)地下伏上遠(yuǎn)古界震旦系九頂山組灰?guī)r中發(fā)育有埋藏型溶洞，呈全充填狀～半充填狀，少量無(wú)充填有掉鉆現(xiàn)象，充填物為粉質(zhì)粘土，局部為粉土，夾少量風(fēng)華巖碎塊及灰?guī)r薄層，部分巖芯呈半巖半土狀，局部地段有滲漏現(xiàn)象。2溶洞的形成溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長(zhǎng)期溶蝕的結(jié)果，石灰?guī)r里不溶性的碳酸鈣受水和二氧化碳的作用能轉(zhuǎn)化為微溶性的碳酸氫鈣。由于石灰?guī)r層各部分含石灰質(zhì)多少不同，被侵蝕的程度不同，就逐漸被溶解形成一個(gè)或多個(gè)溶洞。徐明高速江蘇段睢寧西樞紐A、D匝道橋樁基礎(chǔ)溶洞成全填充及半填充狀分布，少量為無(wú)填充溶洞。3溶洞出現(xiàn)時(shí)的現(xiàn)象溶洞雖然可以使用地質(zhì)勘探技術(shù)進(jìn)行對(duì)其研究，但是也只是能夠?qū)ζ浯嬖诩按蟾盼恢媒o予確定，而無(wú)法準(zhǔn)確的堪測(cè)出溶洞的大小以及形狀，因此很難避免溶洞給施工帶來(lái)的諸多困擾，具體在樁基礎(chǔ)的施工中，當(dāng)遇到有地下溶洞的時(shí)候，一般會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象：①孔內(nèi)的泥漿水面下降緩慢并最終達(dá)到穩(wěn)定，這就說(shuō)明地下溶洞有間斷、不發(fā)育且溶洞體積較小。這種溶洞一般危害較小，對(duì)樁基施工不會(huì)造成實(shí)質(zhì)上的影響，因此可以不作處理，正常施工即可。②孔內(nèi)的泥漿下降迅速，這時(shí)地面可能出現(xiàn)了兩種情況，第一種是洞口無(wú)異常，表明溶洞頂以上的覆蓋層比較結(jié)實(shí)，能夠很好的支撐地面的重物，但是為了保證安全，還是要立即把機(jī)械移走；第二種情況是洞口有了崩塌現(xiàn)象，應(yīng)立即將鉆機(jī)移走。圖1泥漿下降圖2孔口附近地面裂開(kāi)③孔內(nèi)的泥漿突然消失，且洞口附近地面突然塌陷，這種情況一般發(fā)生在溶洞位置比較淺且體積大的時(shí)候，溶洞頂部地質(zhì)較為軟弱，不能夠?qū)Φ孛嬷匚锾峁┳銐虻闹瘟?，一般此類危害的突發(fā)性比較強(qiáng)，使鉆機(jī)直接傾斜，甚至掀翻，使施工人員來(lái)不及對(duì)其作出反應(yīng)，因而對(duì)于人、機(jī)都危害非常大。圖3孔口坍塌鉆機(jī)傾斜及掀翻4溶洞樁基施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法4.1坍孔如果有透水層，當(dāng)沖擊到溶洞后，猶豫突然樓江造成水頭高度集聚下降，透水層失穩(wěn)，形成漏斗狀坍孔。坍孔的原因有護(hù)筒腳底周圍漏水，孔內(nèi)水位下降，或在潮汐河流中漲潮時(shí)，孔內(nèi)水位差減小，不能保持原有靜水壓力，一級(jí)護(hù)筒周圍堆放重物或機(jī)械震動(dòng)等，均有可能引起坍孔。①坍孔的預(yù)防：坍孔的預(yù)防在于“常看，常補(bǔ)“?？淳褪且蟾鞯貙拥刭|(zhì)情況做到心數(shù)有數(shù)，隨時(shí)注意鉆進(jìn)情況，隨時(shí)觀察水位情況?！俺Ｑa(bǔ)”就是當(dāng)鉆進(jìn)松散粉砂土或者流砂中時(shí)，要及時(shí)補(bǔ)充較大的比重，粘度的泥漿，甚至可補(bǔ)充投入?yún)⒂衅蚵咽恼惩粒送?，要有專人?fù)責(zé)補(bǔ)水，以保證鉆孔內(nèi)必要的水頭高度②坍孔后的處理A當(dāng)成孔深度不大時(shí)，可全孔回填粘土，暫停一段時(shí)間后再深埋鋼護(hù)筒到不透水層，方可重新鉆孔。B當(dāng)成孔深度較大時(shí)，可將鋼護(hù)筒一直坐落在坍孔的喇叭口下緣的亞粘土層上，護(hù)筒周圍回填粘土，擠實(shí)再重新鉆孔。圖4坍孔4.2斜孔①原因：猶豫溶洞面傾斜或出現(xiàn)探頭石致使鉆頭沿軟土層部位下滑造成斜孔。②處理方法A擴(kuò)孔糾編法：此方法適合于淺孔階段中（一般不超過(guò)10m）鉆孔已偏斜嚴(yán)重的情況下，采取加長(zhǎng)粗徑鉆具，并使用比原鉆具直徑至少大一級(jí)的鉆具，從孔口或者從孔口管底部位置擴(kuò)下去，可以擴(kuò)大處理符合要求的鉆機(jī)，矯正鉆機(jī)的方向，防止繼續(xù)鉆進(jìn)中該孔偏斜嚴(yán)重發(fā)生的情況出現(xiàn)。B短鉆具法：在松軟巖層或者厚度大的覆蓋層中鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)鉆孔產(chǎn)生一定偏斜后，可利用較短的粗徑鉆具進(jìn)行矯正，因?yàn)樵谏鲜龅刭|(zhì)條件下鉆孔，孔徑一般比較大，而短鉆具在較大孔徑內(nèi)較易改變方向。主要通過(guò)用輕壓力滿轉(zhuǎn)速的操作方法，鉆具會(huì)因自重垂向鉆進(jìn)。C換徑法：主要用比原正常鉆具小一級(jí)或者兩級(jí)直徑長(zhǎng)度短于1.5m的鉆具鉆進(jìn)。因?yàn)槎碳?xì)的鉆具可在較大的孔徑內(nèi)接近垂直狀態(tài)。D掃孔法：此方法是在某一灌漿段鉆孔結(jié)束時(shí)進(jìn)行孔斜測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏斜超過(guò)允許值情況下，先補(bǔ)進(jìn)行糾偏處理，按正常程序繼續(xù)灌漿，當(dāng)快要結(jié)束時(shí)，用比例為0.5（或者0.6）：1的濃漿置換出孔內(nèi)稀漿，并待凝24—28小時(shí)后掃孔（用鉆具掃除孔壁和孔底的障礙物）。4.3漏漿①在沖擊成孔中，由于有的溶洞與地下暗河或其他溶洞相同，泥漿迅速流走，水頭高度急劇下降，造成漏漿，施工時(shí)要在孔邊備足一定數(shù)量的片石和粘土,一旦出現(xiàn)漏漿,要及時(shí)回填片石、粘土沖擊造壁,并馬上補(bǔ)水,防止水頭高度繼續(xù)下降。②意外跑漿：地質(zhì)資料揭示無(wú)溶洞或只有很小的溶洞，但突然發(fā)生跑漿，估計(jì)是擠破了旁邊大溶洞的洞壁，或小溶洞與旁邊的大溶洞是相連的。采取投放片石、粘土，整袋水泥堵塞起到護(hù)壁作用，使鉆孔順利通過(guò)巖溶區(qū)。4.4埋鉆埋鉆是由坍孔造成的。施工中發(fā)現(xiàn)漏漿應(yīng)立即將鉆頭提到孔外,如果未及時(shí)提鉆,漏漿后坍孔,鉆頭便被埋在孔中。①人工挖土鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。樁孔進(jìn)尺10m以內(nèi),地下水易于控制,沒(méi)有大的承壓力,人可以下到樁孔中去邊挖坍落的泥石,邊護(hù)筒跟進(jìn),一直挖到鉆頭位置,護(hù)筒也跟進(jìn)到鉆頭位置。②真空吸渣法。將導(dǎo)管置于坍孔的底部,用9m3空壓機(jī)通過(guò)50～66mm鋼管壓入空氣吸出沉渣。這種方法適用于坍孔石頭的粒徑不大于25mm的情況。③還可用強(qiáng)力泵沖孔，以求用沖洗液沖散坍塌物，并排出孔外，才強(qiáng)力開(kāi)泵的情況下串動(dòng)鉆具，并逐步擴(kuò)大串動(dòng)范圍，此方法可針對(duì)于不太嚴(yán)重的埋鉆事故。④若填埋很厚，其程度比較嚴(yán)重，上述方案都無(wú)法實(shí)施的情況下，可將填埋物以上的鉆桿反上來(lái)，然后下入同徑鉆具送水鉆進(jìn)，待將填埋物鉆掉，并沖洗干凈后用絲錐撈取事故鉆具4.5其它注意問(wèn)題①遇到較大的土洞、空溶洞時(shí)，或連體薄層深洞迅速跨塌，出現(xiàn)掉錘現(xiàn)象，在快到溶洞項(xiàng)板2m距離位置時(shí)應(yīng)低錘輕沖擊、慢沖擊，減少溶洞大面積跨塌掉錘現(xiàn)象。②混凝土坍落度以18～20cm為宜；澆筑導(dǎo)管必須密閉良好，澆筑時(shí)先放置隔水塞，澆注混凝土必須連續(xù)、快速；混凝土灌注比理論計(jì)算偏大是孔中有漿浸入溶洞，在溶洞地區(qū)澆筑樁基混凝土應(yīng)增加，備料應(yīng)不少于八十立方米。5溶洞處理的原則①每根樁必須由地質(zhì)鉆機(jī)鉆探，詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類型，畫(huà)圖列表，未制訂詳細(xì)施工方案提供詳實(shí)依據(jù)。②對(duì)填充進(jìn)行土工試驗(yàn)，分析其物理力學(xué)性能，檢測(cè)容重、含水量、孔隙率等，為注漿參數(shù)計(jì)算提供依據(jù)。③根據(jù)地質(zhì)鉆探資料及填充物狀況，對(duì)每根樁設(shè)計(jì)出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。④對(duì)每種處理方案，都要進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算，施工前在橋位外進(jìn)行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗(yàn)，取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完善施工方案，指導(dǎo)施工。6溶洞處理方案6.1片石粘土筑壁法溶洞內(nèi)無(wú)充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在3m以內(nèi)，但存在嚴(yán)重漏水,護(hù)筒內(nèi)水頭高度不能保持時(shí)，可采用片石、粘土和整包水泥(按1m3：3m3：0．75t比例，順序?yàn)榇b水泥、袋裝粘土、片石)回填沖擊，用0．5～0．8m小沖程，不循環(huán)泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實(shí)，再加漿提高水頭到正常高度，等水泥初凝具有一定強(qiáng)度，將漏漿處堵住后再使用小沖程繼續(xù)鉆進(jìn)，形成人工泥石護(hù)壁。如此反復(fù)多次回填片石、粘土和整包水泥，反復(fù)沖擊直至形成泥石護(hù)壁并不再漏漿為止，這也是個(gè)比較成熟的施工方法。粘土片石筑壁法施工時(shí)，鋼護(hù)筒必須穿透砂礫及卵石層等透水層，坐落在不透水的亞粘土層上，這樣可以防止由于溶洞漏水，水頭高度急劇下降而造成的坍孔。嚴(yán)禁因?yàn)殇撟o(hù)筒短，沒(méi)座在亞粘土層上，造成坍孔，導(dǎo)致鉆頭被埋在孔內(nèi),護(hù)筒埋置采用鋼護(hù)筒跟進(jìn)法。圖5片石圖6粘土6.2常規(guī)成孔法當(dāng)溶洞內(nèi)有充填物，是可塑或軟塑的亞粘土，并且溶洞不漏水的情況下，這時(shí)不管溶洞有多大，也不管溶洞垂直數(shù)量有多少，都可以不考慮溶洞的存在，而按照正常的地址情況施工，采用沖擊鉆成孔，洞內(nèi)的圖紙和溶洞外的圖紙沒(méi)有什么區(qū)別，可以按無(wú)溶洞的情況施工6.3鋼護(hù)筒跟進(jìn)法溶洞較大，單層或者多層溶洞成垂直穿珠帶狀情況下，采用鋼護(hù)筒跳進(jìn)法施工，該方法就是一邊沖孔，一邊接高護(hù)筒，并且將其震動(dòng)下沉至已鉆成的孔內(nèi)，當(dāng)樁孔穿過(guò)多個(gè)溶洞并且成功造壁，在下面沖孔時(shí)，上面已形成的泥石護(hù)壁坍塌漏水并且無(wú)法解決時(shí)，可以鋼護(hù)筒跟進(jìn)到這個(gè)位置堵漏。圖7鋼護(hù)筒跟進(jìn)圖8振動(dòng)錘下鋼護(hù)筒6.4注漿法溶洞層數(shù)較多，為串珠狀，溶洞位置勘測(cè)準(zhǔn)確，溶洞大于0.5m小于3m，土層中有較厚的砂層，溶洞漏漿會(huì)引起坍方的情況下，采用預(yù)先壓注水泥漿，待水泥漿壓注工作完成24小時(shí)后開(kāi)始鉆進(jìn)。壓注時(shí)壓力控制不大于0.4Mpa，并直到穩(wěn)定兩秒后再進(jìn)行下一個(gè)孔的注漿，或相鄰孔冒漿為止。6.5帷幕注漿法針對(duì)高度大于8m的溶洞，采用帷幕注漿法，注漿采用水泥砂漿注漿，單管注漿，注漿壓力為0.5—1.0Mpa，注漿范圍為整個(gè)溶洞高度，帷幕的范圍以樁中心以外5m，每隔一米提管一次，注漿孔間距3—5m，根據(jù)測(cè)量放樣成梅花形布置。在距離樁周邊5米的范圍布置鉆孔位置，鉆孔位置不得隨意調(diào)整，鉆孔位置需設(shè)置護(hù)樁。選用合適地質(zhì)鉆機(jī)或者潛孔鉆機(jī)并配置好壓漿機(jī)，保證注漿工作與鉆樁工作同步，成孔空閑時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。鉆孔采用隔行跳打，不得漏鉆，要求孔壁垂直。成孔后，及時(shí)安放注漿管，連接注漿機(jī)，調(diào)整設(shè)備，拌合水泥漿，拌合好的漿液中不得有結(jié)塊，確保設(shè)備工作正常。先將注漿管位置設(shè)置在距離孔底0.5m處，注漿開(kāi)始采用0.4Mpa的注漿壓力，在預(yù)定的位置上，采用低壓送漿，在漿液充足后采用1.0Mpa的壓力持壓應(yīng)大于10