岩溶涌水地段高架桥桩基施工技术

杨 迁

1 概述

西沟高架桥位于桓仁(辽吉界)—丹东(古城子)高速公路项目路基工程施工第七合同段。桥梁左右两幅呈分离式,下部结构为单柱薄壁墩、桩基础,墩身为1.7 m×4.0 m,2 m×4.0 m,2.3 m×4.0 m的矩形薄壁截面,墩最高为51.259 m;上部结构均采用先简支后结构连续预应力混凝土T梁,左幅20 m～40 m T梁,桥长816.7 m,右幅21 m～40 m T梁,桥长855.6 m。西沟高架桥地基钻探发现有溶洞、涌水现象,桩基施工难度大,工期紧。

2 技术特点

设计分离式路基宽度为12.25 m,地震基本烈度6度,地震动峰值加速度小于0.05。本高架桥典型存在溶洞、涌水的左幅5号,6号,7号墩柱桩基均为4根桩径1200mm,桩长15 m的桩。

3 施工准备

复查和了解现场的地形、地质、电源、交通运输以及农田水利设施、环境保护等有关情况,根据施工图纸和施工临时需要确定工地范围、绘出地界、设立标志。

组织有关人员对施工图纸和资料进行学习和自审,图纸上的尺寸、高程、轴线、工程量的计算有无差错、遗漏和矛盾。根据设计文件和施工组织设计,逐级做好技术交底工作。

4 施工工艺

4.1 冲击钻孔

桩位地层中有硬岩采用冲击钻。开孔时先在孔中灌入泥浆或直接注水,投入黏土(或报废水泥),用冲击锥以小冲程反复冲击造浆。开孔及整个钻进过程中始终防止孔内水溢出,掏渣后及时补水。冲击钻孔时,若遇到倾斜岩面,则回填黏土、小块片石并用小冲程冲砸,冲砸过程中一面挤石造壁,一面切削倾斜岩面,直至全断面进入岩石后正常钻进。

4.2 岩溶涌水发育地段成孔

4.2.1 钻孔前溶洞处理

1)对于已探明较小封闭型溶洞在钻孔前可用注浆加固法处理。

2)对于遇到未探明岩隙:发现孔内泥浆面较慢下降时,采用优质膨润土配置5%的CMC外加剂并加入锯木灰拌成软塑状,分批投入孔内,再用1 m～1.5 m小冲程进行冲钻,使锯木灰和黏土挤入岩石裂隙,隔断泥浆漏失的通道。

3)对于遇到未探明的小溶洞:如突然发现孔内泥浆面较快下降,用小片石(直径10cm～20cm)和黏土,按1∶1的比例迅速回填,并用小冲程挤压密实。同时迅速补水,直到泥浆面不再下降。

4)较大封闭型溶洞:先在孔口附近准备好足够的块石、黏土、水泥。在洞顶打穿时,一旦发现漏浆,要迅速填堵,防止塌孔。一般溶洞洞顶击穿后,桩孔中泥浆会迅速下降,此时要用铲车及时将准备好的块石、黏土、水泥抛入孔中直到泥浆停止下降,并慢慢上升,此时可用冲锤进行适当挤压,反复抛块石、黏土、水泥,直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死为止,最后补充满泥浆再重新成孔。

5)对于单级串通型溶洞:采取用12mm厚钢板加工成的双护筒跟进方法解决,大护筒跟进至溶洞顶岩石上,小护筒跟进至溶洞下0.5 m,大护筒比设计孔径大0.4 m,小护筒比设计孔径大0.2 m。大小护筒需用等直径钻头冲孔。

6)对于多级串通型的溶洞:同单级串通型溶洞处理方案类似,只是采用多级护筒跟进方法解决,最内侧小护筒跟进到最下层溶洞底以下0.5 m。

4.2.2 护筒跟进

1)岩溶地区钻孔桩基础施工工艺与一般地层区别极大,也困难得多。采用冲击成孔工艺,以十字形钻头冲击成孔,泥浆护壁,下沉与冲孔直径相同的钢护筒达基岩面,其作用是防止孔壁坍塌。当进尺接近溶洞顶部2 m左右时,要求钻机操作人员改用低冲程(1 m～1.5 m)冲击,以防止击穿溶洞顶板时卡钻,这是岩溶钻孔的特殊性所决定的。2)当钻穿岩溶顶板时暂停钻孔,将小于上述钢护筒直径20cm的钢护筒沉入岩溶层,并随钻孔跟进至稳定性岩面。最后,冲击钻进至设计标高,清孔,安放钢筋笼,灌注水下混凝土,钢护筒则留在岩溶地层中与水下混凝土结合成为一根“钢护筒混凝土桩”。3)跟进的钢护筒底要进行加固处理:用旧钢轨与钢护筒底焊接牢固插打钢护筒。4)钢护筒跟进要安装桩帽及桩锤,桩锤用B-3型复打气锤。5)锤击钢护筒下沉过程中,要严格控制钢护筒的倾斜度和锤击贯入度,中心偏差不得大于5cm,斜度不得大于1%。6)钻孔内投放的片石及黏土数量要作好记录,钻进资料应齐全完整,并应有岗位负责人签字。7)钢护筒跟进先利用振动锤打入,然后边冲孔边跟进,直到穿过易坍塌的地层。护筒到位后,当钻头钻至护筒底脚以上0.5 m时,投入15cm直径以下块石和优质黏土,在不掏渣的情况下钻至护筒以下0.5 m,掏出泥浆,再投入同样数量的块石和黏土,利用钻头的冲击力将块石和黏土造成一个高质量的壳体孔壁,使护筒底脚与孔壁结合紧密。

4.2.3 岩溶区或溶洞处理后钻进成孔时注意事项

1)冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行,一般等待时间为10 d左右。2)为防止意外,冲孔前应有备用措施,备好材料,一旦泥浆泄露,及时向孔内投放黏土、水泥和片石,依靠冲挤在溶洞内形成片石夹黏土的围护结构墙,保持孔内泥浆高度,使得冲钻顺利进行。3)加大泥浆质量和密度。采用优质泥浆,当缺少优质黏土时,可在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末,以提高泥浆胶体率和悬浮能力。4)当岩面的倾斜较大时,钻头摆动撞击护筒或孔壁,这时回填片石,使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。5)接近岩溶地段,采取轻锤冲击、加大泥浆密度的方法成孔,以防卡钻和掉钻。

4.3 检孔及清孔

桩深达到设计要求后,还必须检验桩径、垂直度、泥浆厚度等指标,并做好记录,合格后进行清孔换浆。桩径、垂直度采用检孔器检查,检孔器用钢筋笼做成,其外径等于设计孔径,长度等于孔径的4倍～6倍。如发生弯孔、斜孔、缩孔等情况较严重时,应重新钻孔。清孔的目的是降低孔内泥浆比重,减少沉渣厚度。保证混凝土灌注质量,沉渣厚度必须控制在规范或设计要求范围内。清至泥浆比重为1.05左右,测量沉渣厚度,合格后开始下放钢筋笼。

4.4 钢筋笼制作安装

按照设计图纸及施工规范要求进行钢筋笼的制作,并在钢筋笼四周对称焊接耳朵或按设计要求设置垫块,保证钢筋笼的定位并有足够的保护层,并在顶节钢筋笼上焊接至少4根加长钢筋,以固定钢筋笼。钢筋笼的绑扎及焊接工艺,施工中严格按设计要求和施工规范执行。钢筋笼制作完成后,运到现场,利用钻架及时吊放钢筋笼,也可移开钻机用吊车放钢筋笼。钢筋笼吊放时,先两点水平起吊,待骨架立直后由上吊点吊入孔内。

4.5 水下混凝土灌注

混凝土灌注采用导管水下灌注,导管采用壁厚6mm无缝钢管,底部距孔底30cm～50cm,导管要有足够的刚度和强度,导管使用前和使用一个时期后应做压水试验,并试验隔水栓能否顺利通过。水密试验时的水压不小于孔内水深的1.3倍压力;压水试验根据施工中可能出现的最大压力确定。导管自下而上作标尺和编号,灌注前还要进行升降试验。

混凝土灌注要及时进行,其必须具有良好的和易性,配合比应通过试验确定。

首批混凝土灌注前精确计算首盘混凝土方量,制作足够容积的封底用漏斗,确保封底顺利,确认封底成功后,进行正常浇筑。灌注过程应严格依照规范进行,随时进行混凝土质量、导管埋置深度等各项检测以保证整个灌注过程的顺利。

浇筑开始时,要连续有节奏地进行。

混凝土浇筑过程中注意观察钢筋笼是否上浮,否则采取加固措施。

在浇筑将近结束时,导管内混凝土柱高度相对减小,导管内混凝土压力降低,而导管外井孔的泥浆稠度增加、比重增大。若出现混凝土顶升困难,可在孔内加水稀释泥浆,减小泥浆比重,使浇筑工作顺利进行。

灌注结束后,用测绳准确测出桩顶的混凝土面标高,并按规范要求考虑超灌余量。

5 结语

桩基施工技术在高架桥下部结构施工中占有重要的地位,直接会影响到工程的施工质量与工期,鉴于高架桥桩基存在溶洞与涌水的特殊性,为了保证桩基施工的质量,在钻孔、钢筋笼安装、水下混凝土浇筑等各个工序施工时,必须严格把关,若有偏差应立即纠正;更必须重视环保,特别是钻孔过程中会有大量的泥浆水排放,为防止污染水源,破坏环境,钻孔过程中的泥浆水先集中在沉淀池沉淀,符合要求后排放,严禁乱流乱淌。

[1] JTJ 041-2000,公路桥涵施工技术规范[S].

[2] 王常才.桥涵施工技术[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3] 李从德,杨 强.桥梁桩基穿越多层岩溶地段的钻孔技术[J].山西建筑,2009,35(3):337-338.