沖積層溶蝕地區(qū)樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

沖積層溶蝕地區(qū)樁基礎(chǔ)施工技術(shù)襄樊XX橋為漢十襄荊高速公路連接線的重要控制工程，橋梁總長4617.85m。基本布置為（29.925+34×30m）T梁+（75+5×120+75m）連續(xù)梁+（70×30+22+22×30+29.925m）T梁，橋面總寬26m，中間設(shè)置2m的中央分隔帶。全橋由兩幅完全分離的平行橋梁構(gòu)成。下部構(gòu)造分離式肋板式橋臺基礎(chǔ)采用4根Ф1.5m的鉆孔灌注樁。引橋橋橋墩分為過渡墩和連續(xù)墩兩種形式，均為分離式雙柱式橋墩，墩身直徑φ1.5m，基礎(chǔ)采用2根φ1.5m鉆孔灌注樁，樁頂設(shè)厚度為2.0m的系梁。本橋梁南引橋段處于襄樊——廣濟斷裂與胡集——沙洋斷裂交匯附近，橫跨襄樊——廣濟斷裂（湖北省唯一的一條大斷裂帶）。根據(jù)鉆探和物探工作揭示，區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)共分為六個大的層次：①亞粘土層：廣泛地分布于本合同段的地表。層厚0.1～1.0m，軟塑狀態(tài)；②粉細砂層：泥質(zhì)成分較少，層厚2.0～10.6m，松散狀態(tài)；③卵礫石層：礫石含量60%～80%，層厚3.5～7.6m，分布廣泛，屬松散～稍密狀態(tài)；④卵礫石層：礫石含量80%，層厚17.1～18.52m，中密狀態(tài)；⑤角礫巖層：層厚0.5～24.8m；⑥白云巖層：分布于整個南引橋范圍內(nèi)，淺灰色，粒狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育有兩組裂隙，且多為方解石填充，巖石堅硬，層頂標(biāo)高31.10～62.91m；受斷裂構(gòu)造影響，白云巖大都較為破碎，溶蝕現(xiàn)象、溶洞普遍發(fā)育。一、問題的提出溶蝕地區(qū)進行樁基礎(chǔ)施工的問題本身就有兩大難點期待解決：1、就是溶洞的孔壁情況以及大小、位置等會對沖擊鉆頭運行情況存在隱患，即容易發(fā)生卡鉆、掉鉆事故和孔身偏斜；2、是溶洞的連通情況無法準(zhǔn)確了解，有可能會在沖擊穿溶洞的瞬間，孔內(nèi)泥漿下沉，鉆孔過程中的內(nèi)外水頭失去平衡，造成孔壁坍塌事故的發(fā)生。由于在此南引橋區(qū)域施工中上部覆蓋層為層厚10～12m的松散粉細沙層，中部為層厚16～18m的從稍密—中密—密實的卵礫石層，底部表層為錯綜復(fù)雜的溶洞，表層以下，基巖完整，同時地下水位較高，一般在地表以下4～5m。因為一旦發(fā)現(xiàn)溶洞而導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿迅速被泄露，在高地下水位的作用下，首先坍塌水位面以下的松散粉細沙層，同時在水位面以上的松散粉細沙層失去支撐作用后，隨即跟著坍塌，在上部的松散粉細沙層的坍塌沖擊作用力下，帶動中部的稍密卵礫石層失去穩(wěn)定，進而像解扣一樣帶動中部中密卵礫石層坍塌，以前坍孔埋鉆的基本表現(xiàn)均為地表呈漏斗狀同時坍塌范圍又不廣泛就是這種情況。換一句話來說，此南引橋區(qū)域的溶洞等不良地質(zhì)問題包括本身存在兩大難點，然而，它主要表現(xiàn)在以下兩個方面：1、無法保證孔內(nèi)水頭的穩(wěn)定。沒有地表水，所有的鉆孔用水必須采用地下水。通過幾次的坍孔情況看來，要至少保證每分鐘20m3的供應(yīng)水量，必須保證至少36臺60m3/h抽水機和30個左右的抽水井和120m3/h的造漿池，以及4臺30m3/h的造漿機，按照設(shè)計詳勘階段提供的地下水在卵礫石層中的滲透系數(shù)K=3.91×10-2～9.93cm/s進行計算（取K=5.00cm/s），相鄰的兩個孔位之間的距離至少在20m，也就是說供一個孔位施工需要1300m2的場地，這種場面在土地昂貴的地區(qū)顯而易見是不可能實現(xiàn)的。2、施工的周期較長，原因有孔深度較大和由于該區(qū)域進入溶洞后巖石的強度較高、穿過溶洞時需要反復(fù)地進行堵漏等三個方面，尤其是后兩個方面是重要的影響因素。穿過溶洞需要人工造孔壁，人造孔壁的強度是不能持久的，尤其是在高內(nèi)水頭壓力和反復(fù)的震動影響下，最為容易造成人造孔坍塌，另一方面巖石強度過高造成進尺緩慢，這對人造孔壁在鉆頭帶動的水流剪切作用下，容易消弱人造孔壁的斷面尺寸。3、無法保證孔壁的強度和穩(wěn)定性。即使再濃的泥漿，在不會出現(xiàn)問題的施工中，它形成的孔壁不會超過2cm，僅不過是一層泥皮，就是這樣的護壁情況，在孔內(nèi)泥漿迅速下降時，高水頭壓力下談有何種強度是天方夜談，再者，利用水泥來護壁，要它對松散的粉細砂形成相當(dāng)?shù)膹姸群鸵欢g度也是不現(xiàn)實的。但是保證了孔壁的強度，孔內(nèi)的水頭高度也就不是重要的因素，因而，如何解決孔壁的強度是解決該區(qū)域溶洞問題的最為關(guān)鍵的因素。二、解決方案根據(jù)以上地質(zhì)特點和施工技術(shù)中存在的難度，我們提出五種施工方案，下面進行比較分析。方案一，管柱沉井的方案其施工基本思想就是利用水泥護筒形成孔壁的強度，避免因為水頭的迅速喪失而造成上部松散的粉細砂層坍塌而出現(xiàn)坍孔事故。首先利用沉拔樁機將2.6m的水泥護筒沉入地下，穿過松散的粉細砂層和稍密的卵礫石層，進入中密的卵礫石層到達巖石表面后，采用常規(guī)的方法成孔，遇到漏漿時，首先采取黃土、片石、水泥或澆筑低標(biāo)號的素混凝土進行封堵，回填的高度以孔內(nèi)泥漿高度不在下降為止，然后重新沖擊鉆進，以此反復(fù)直至成孔成功。該方案主要的施工進度快不了，但施工相當(dāng)安全，即滿足設(shè)計要求，同時能降低施工風(fēng)險。方案二，采取大直徑群樁不穿越溶洞的方案其主要基于覆蓋層的厚度可能滿足不了摩擦樁的設(shè)計要求，具初步計算，采取直徑為2m的樁，扣除8～10m的松散粉細砂層，僅需要考慮四樁式的群樁時，卵礫石層厚度超過16m即可滿足設(shè)計要求，而且該方案施工的風(fēng)險幾乎沒有，可以節(jié)省不必要的風(fēng)險費用。方案三，采用磨旋鉆機穿越溶洞的方案其關(guān)鍵在于溶洞以下完整基巖部分的巖石強度高達120MPa，它本身成孔過程中鉆頭的施工空間較小，使得鉆頭的重量滿足不了沖擊的要求，同時樁長對于鉆桿的要求可能有點吃緊，另外一個方面就是進出場費用可能占到施工費用的1/3。方案四，全護筒跟進施工方案其首先采用大直徑鉆頭沖擊鉆進之巖面以上60cm，然后在沉拔樁機的震動下使鋼護筒下沉巖石表面，接著采用注漿的方式密實護筒周圍，最后進行常規(guī)溶洞區(qū)域樁基礎(chǔ)施工方法進行成孔施工。方案五，水下灌注管柱沉井方案其首先利用常規(guī)的方法在覆蓋層內(nèi)且距離溶洞頂有一定的安全距離后成大直徑的鉆孔灌注樁，然后澆筑25號水下混凝土，待混凝土的強度達到設(shè)計強度，重新沖擊鉆進，通過澆筑混凝土的方法進行溶洞堵漏。下面對上述方案的特點進行比較：按方案名稱助主要優(yōu)點升缺點黎備注遵管柱沉井方案滋1羨、結(jié)構(gòu)特總點吸效藍剛度大，滿足鵲穿越離散性的型卵礫石層，承岡受不良荷載能倍力好。奴2滅、加工制明作聾碎挎加工方便，存縫放安全，可以窯就地施工。血3凝、材料采盾購寄層組使用方便，可飯以充分利用現(xiàn)紋有的材料。安1鉤、加工周期長繩，容易引起工根期的浪費。晨2除、要大型吊裝師機具設(shè)備。磁3四、施工進度較塑為緩慢，輔助饑施工費用較高偏。修可行獅采取大直徑群擴樁不穿越溶洞帝方案此采取常規(guī)施工站方案進行，不誦需要其他的施少工風(fēng)險。眠需要靜動載試傘驗來評價樁基黨礎(chǔ)承載能力和次安全性使可行象采用磨旋鉆機再穿越溶洞方案長1朋、結(jié)構(gòu)特文點營罩旗剛度大，滿足間穿越離散性的拍卵礫石層，承洲受不良荷載能掠力好。賠2搭、設(shè)備機械性偷能纖她夢完全適應(yīng)上部疼的覆蓋層。糟1霞、協(xié)調(diào)工作量惰最大，輔助進想出場費用可能纖高徹大嗽3剛0輩～笑4偉0肚萬元。奧2腰、施工費用較礎(chǔ)高。朝3燈、巖石的強度刃較高，施工可猾能難以為繼續(xù)及。削4族、機械結(jié)構(gòu)本點身的缺點可能鏈導(dǎo)致鉆頭的重長量適應(yīng)不了地網(wǎng)質(zhì)條件的要求秧。府可行城全護筒跟進施攜工漫方案厲1且、結(jié)構(gòu)特計點笑活漫更改離散性的將卵礫石層為較貢為均一的粉細其砂，可以解決牧護筒本身的缺濕陷，摒棄不良咸荷載的存在。迫2堆、加工制循作回喊末加工方便，存蛇放安全，可以仇就地施工。頂3稀、材料采矛購母安瞧使用方便，可派以充分利用現(xiàn)汗有的材料。輸1帶、需要大型吊學(xué)裝機具設(shè)備。溪2隸、施工周期較叔短，施工方便姜優(yōu)先扭水下灌注管柱喬沉井方案派1鴿、結(jié)構(gòu)特起點賤催便剛度大，承受恩不良荷載能力給好。挽2拐、加工制蜜作沫句嚷直接現(xiàn)澆而成目。鳥3技、材料采慶購嫂僚寄使用方便，可玉以充分利用現(xiàn)朵有的材料。血1刑、施工周期短債，能進行工期懸的合理安排。塵2浙、施工進度較獵為較快，輔助江施工費用少。并推薦三、詳細施工方案1、成孔施工方法腐1努）先在樁位上宋下沉耳2.2但m拍直徑的大護筒流，護筒盡可能爺?shù)拇┻^粉砂層鄰。狹2截）用沖擊鉆機剛成孔，孔徑館2耽.替0春m定，孔深鉆到巖駁層頂面。邀3增）下冊1.7襪m郊直徑的大護筒匯，大護筒的底轎部盡可能地貼腸近巖層表面。其4盯）清孔后灌注程C25欣水下砼進行封佳底，砼頂面進伙入護筒仗50尼cm葬，待砼達爹到鬼5屈MPa殺時，采用壓漿拐機壓漿，密實地護筒周圍?；?葵）穿過巖溶地撈層時，采用分缸級防護的原理涂進行成孔，即害首先采用暫1.2毯m勉直徑的沖擊鉆軌成孔。鉆孔過薄程中及時根據(jù)虧地質(zhì)勘探資料間提供的情況和侄鉆進過程取樣怠情敘況進行對比，鄙采用灌注水下佳砼的施工方法護進行溶洞的封誰堵，鉆到設(shè)計零標(biāo)高后，再用斜1.5峰m耽直徑的鉆機重住新成設(shè)計直徑萌的樁孔，如遇辣到同樣漏漿情得況，仍然采用且水下混凝土施財工方法進行封瓣堵。近2尤、溶洞頂板的襲擊破首鑒于該類樁位大的的特性是：答一旦擊破了溶悔洞或裂隙的頂抓板，發(fā)生的漏粒漿表現(xiàn)就相當(dāng)嬌嚴(yán)重，為了施靠工的安全，全戀部采用落距為輔40耕cm清的沖程進行，榆而且盡量保證汽沖擊錘的橫向之?dāng)[動幅度，使依其平穩(wěn)地運行樣。頂板被擊破當(dāng)后，進入下一訊步封堵程序。3、堵漏施工猜堵漏，也是成你孔成功的一道蝴關(guān)鍵工序，為疲了保證現(xiàn)澆管兆柱孔壁的安全宅，事先根據(jù)實猾際的進度進行凡預(yù)先估計堵漏揉的時間，提前水安排混凝土拌島和樓生產(chǎn)混凝膏土，布置好混腸凝土運輸車的漸運行路線，嚴(yán)蒜格保證混凝土典澆筑的連續(xù)性連。獄堵漏混凝土采蓋用樁基礎(chǔ)同標(biāo)館號，直接利用付混凝土運輸車吹進行灌注，堵粒漏混凝土的頂挑面標(biāo)高控制在現(xiàn)現(xiàn)澆管柱底面鬧以上崗1疊m暫左右，施工過雜程中及時觀測爛堵漏混凝土的糊表面下降情況墻，及時決定是免否繼續(xù)灌注混蔽凝土，待堵漏漢混凝土的強度曾達到設(shè)計標(biāo)號爭的鵝40挽%勞，重新沖擊鉆邪進，如果繼續(xù)躁發(fā)生同類漏漿忠情況，反復(fù)采決用同樣的方法愿進行封堵。監(jiān)4拖、樁基礎(chǔ)混凝耐土施工樸一旦成孔施工饑獲得成功，全洪部采用清水水粉下澆筑混凝土餓的方案確保樁蓋基礎(chǔ)的實際受拜力性能和樁身蝦質(zhì)量。四、結(jié)束語癥從拾200膠1風(fēng)年棉5廳月，我們著手慈施工超前鉆探夸揭示該南引橋份復(fù)雜的巖溶地點質(zhì)，截止說于是200背1肆年錘1臟0索月全部完成該亞項工作，自此鹽進入巖溶樁基碼礎(chǔ)施工，歷墳時牽6融個月的方案反敬復(fù)論證，通過勒四個坍孔埋鉆剖的沉痛事故積籌累的經(jīng)驗教訓(xùn)莖，終于在傘200森2春年膽4獨月崇1譯5慌日侮，首根樁基礎(chǔ)風(fēng)施工成功