丹通高速和平大桥桩基溶洞处理

2011-10-09朱光业

中国科技信息 2011年2期

关键词：漏浆锤头钢护筒

朱光业

中铁十四局集团有限公司青岛工程分公司山东青岛 266061

丹通高速和平大桥桩基溶洞处理

朱光业

中铁十四局集团有限公司青岛工程分公司山东青岛 266061

对丹通高速公路桓仁新开岭至丹东古城子段和平大桥桩基溶洞的特点进行了分析，并提出了合理的处理方案。实践表明，该方案不仅有效地节约了成本，更加快了施工进度，还为类似的桩基溶洞处理积累了丰富的经验。

1 工程简介

和平大桥位于桓仁县向阳乡和平村，为跨越乡道雅和线及大荒沟河设置。第二孔跨越雅和线，雅和线公路现状为宽3.5m砂石路，净高不小于4.5m。雅和线规划宽度：路面7.0m，路基8.5m。大荒沟河桥位处设计流量Q1%=568.5m3/s，设计流速4.81m/s，设计水位293.340m。左线中心桩号K54+746.90，孔径13～25m,交角45°，桥长331.10m；右线中心桩号YK54+747.65，孔径13～25m,交角45°，桥长332.40m。上部构造采用装配式预应力混凝土箱梁，下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础；肋板台、钻孔灌注桩基础、浅基础。桥址场地地势起伏较大，桥孔布置已经尽量避让了陡坡。在K54+641.630之前为整体式路基，K54+641.630之后为分离式路基，但由于左右线相距较近，故仍按整体式路基设计，桥面净宽2×10.50m。

2 地质及水文资料

本桥桥位区地貌为剥蚀丘陵、冲洪积平原地貌，其中在小桩号桥台位置为剥蚀丘陵地貌，基岩裸露，地势较陡，其他地段为冲洪积平原地貌，地势较平缓。地下水类型为第四系松散孔隙水。桥址处无可液化土层存在，未发现不良地质现象，但原线初勘时部分钻孔揭露岩溶发育，标准冻深1.2m。

3 设计要求

本工程所有桩基全部为嵌岩桩，据不完全勘察钻探统计，有60%的桩基础存在不同程度的岩溶发育，设计原则是：“桩底存在弱风化岩石应不小于5m，嵌岩深度不小于2倍的桩径”，桩顶竖向力为5300kN。

4 成孔工艺总结

4.1 代表性地质柱状图

图1 代表性地质柱状图

4.2 钻机的选择

选择钻机的主要指标是基岩的可钻性，即灰岩呈中风化或弱风化较为破碎状态时，可以选择冲击钻成孔。选择卷扬机带冲击钻较为经济合理，且事故率低；

冲击钻冲击弱风化灰岩1d（12h）进尺一般在0.3m左右;

工程初期，共进场8台钻机施工，在钻孔桩开工初期，也曾经尝试过用3.5t的锤头冲击1.40m桩基，但由于功效较低，加之工期紧迫，随即更换钻头，使用5t的锤头冲击，功效明显提高。

4.3 造浆

因施工地点位于山区内，当地河水水资源较丰富，故造浆采用河水造浆；石灰岩地区一般都有优质的黏土，这样就地取材，利用河水和当地的红黏土造浆。具体做法是使用滤网直接过滤出泥浆中的碎石屑，泥浆进入循环池，或者再利用泥沙分离器，充分提高泥浆的利用率，减少泥浆损失。这样就避免了多次使用挖掘机清渣，使泥浆池内的泥浆损失过大。

5 溶洞处理

5.1 该地区溶洞的特点

该地区属于中等海拔地区，钻孔桩施工范围有岩溶发育的位置均在灰岩地层，钻探资料显示，绝大多数的溶洞内都有黏土，角砾等充填物，个别存在空洞或半填充状态；从逐桩钻孔揭示，桩身与溶洞的交汇形式复杂多样，有的贯穿整个桩身，有的切入桩身一部分，有的则半边为石崖半边为溶洞；有的溶洞漏浆严重，有的漏浆不明显。

5.2 施工工艺探讨与总结

5.2.1 钻机选择

根据岩石的坚硬程度和地质特点，选择带卷扬机的冲击钻成孔（正循环），优点是操作手可及时发现是否出现溶洞，可根据不同地质情况控制提锤高度，成孔速度快，扩孔系数较小，护壁效果好；另外，勘察孔未必能揭示真实地质情况，其他钻机在遇到溶洞时，不一定能够及时发现，容易发生处理不及时而造成孔内事故。

5.2.2 钻孔遇到溶洞时易发生的几个问题

（1）漏浆

在石灰岩溶洞发育区内施工，出现地下暗河及空洞可能性较大，根据逐桩钻探资料反映的情况，溶洞内一般的填充物是黏土、砾石夹黏土、强风化灰岩和水，容易出现漏浆的是填充砾石夹黏土和水的溶洞。通常钻进过程中泥浆的比重为1.2～1.3，在压差作用下，溶洞中的水通过裂隙或其他方式排出，造成漏浆，漏浆速度快来不及补充时，容易造成孔口塌陷，甚至造成埋钻的事故。

（2）锤头倾斜

溶洞与桩身交汇形式多种多样，容易形成孔底倾斜，有的会出现半边为岩石半边为溶洞的情况，因此在冲孔过程中易出现锤头倾斜的现象，操作手可以通过作业手感和观察钢丝绳在孔口的偏移情况及时发现，如不及时处理，会发生偏孔，甚至会造成卡锤（见图2所示）。

（3）混凝土漏失

混凝土灌注时，因混凝土的容重是孔内泥浆容重的2～2.1倍,原来相对稳定的压力平衡被破坏，混凝土会出现漏失现象，这也是造成混凝土超灌的主要原因之一。

图2 示意图

5.2.3 溶洞的处理

根据这种地质与水文情况的特点，该工程的桩基溶洞处理概括起来主要有以下几个方面：

（1）对溶洞的初步判断和施工准备

对溶洞的定性判断的依据是勘察地质资料，包括逐桩钻孔记录资料，以及周围相近桩基的地质资料。因为溶洞的发育并不是呈点状，而是呈线型或面型分布，如果周围桩基地质钻探纪录中溶洞没有漏水的纪录或者是全充填状态，基本可以判断该桩基的溶洞不会漏浆，在钻孔过程中不必采取特殊的处理措施，可按常规施工正常埋设护筒；反之，本桩及相近桩位的地质钻探纪录中都有漏水现象，就应该重点防范，具体做法是：先正常埋设护筒，备足黏土、片石、生石灰、水泥及少量速凝剂，当钻进到指定深度后，投入混合物对溶洞进行封堵；漏浆特别严重仅投入混合物难以解决时，再二次下设钢护筒，钢护筒内直径比桩径大1～3cm，如果受阻，可用锤头打入至稳定土层，目的是防止漏浆而造成的孔口塌陷。

（2）遇到溶洞时的钻进施工

①漏浆处理

按照地质资料所揭示的溶洞位置，不论大小都应加强钻进过程中的观测，毕竟勘察孔只能揭示一小部分，就是说即使地质图中标明的是小溶洞，也有可能是大溶洞或与大溶洞相联通。当孔底接近溶洞时，应减小提锤高度，注意观察，一旦发现泥浆漏失，应立即提锤，迅速往孔内抛投粘土、片石、生石灰、少量水泥混合物，抛填厚度不易过大，超过溶洞顶2.5m即可，以免多做无用功，粘土、片石、生石灰、水泥比例控制在40：50：9：1左右（质量比），片石粒径不大于50cm，生石灰及水泥在混合物中起到填充溶洞后进一步挤密固化作用，效果明显，提高功效；混合物填充完毕后，观测连续10小时沉降小于0.5米时可落锤复冲，这样经过一次或几次回填复冲的循环处理，漏浆就可以控制，即可恢复正常冲孔。

②偏锤处理

当遇到如图2的地质情况时，易发生偏锤，如不及时处理可能会发生偏孔，甚至卡锤。操作手操作时可以通过作业手感和观察钢丝绳在孔口的偏移情况，断定锤头出现偏移，可以采取往孔内抛投片石的方法，补充孔底继续冲孔，这样通过多次循环处理，通过该地层后，即可恢复正常冲孔。

③混凝土漏失的处理

对于较大的溶洞或漏浆严重的溶洞，为防止混凝土灌注时发生漏失，可以采取下钢护筒封堵的方式解决，下钢护筒关键是确定钢护筒的直径和下入位置。根据本工地现场的实际统计数据，锤头直径比设计装径小2～3cm，扩孔系数可控制在1.15左右，钢护筒的内直径则按比设计桩径大2cm加工，这样既可保证扩孔系数控制在合理范围之内，又可以保证钢护筒顺利安放。这种钢护筒采用8～10mm厚的钢板卷制较为经济合理，因为成孔时孔壁已被片石、粘土、生石灰混合物挤密，不必担心钢护筒会被混凝土压坏。下钢护筒可根据溶洞所处的位置和大小来确定，不必整个孔壁都用钢护筒进行封堵，本着节约的原则，可以选择悬挂于孔口或者焊接到钢筋笼上安放到指定位置。

对于小的溶洞或漏浆轻微的溶洞，灌注混凝土前可以不考虑下钢护筒，就是说允许混凝土小部分漏失，因为1t钢护筒约为15m3混凝土的成本。但是，在不下钢护筒的情况下，灌注完成后不要急于拔导管，注意观察孔内混凝土顶面标高是否有变化，如果25min内没有明显变化，即可拔出导管；如果孔内混凝土顶面标高在缓慢下降，应继续补灌，以免造成接桩。