桩基串珠型溶洞施工处理与含沙率控制

范 斌

(中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510500)

1 工程概况

2 施工现场地质概况

2.1 地质情况

通过钻探的方式对探测范围内的地质条件展开分析,其主其主要分为如下几部分:

2.2 岩溶地段情况

施工现场岩溶覆盖范围广,钻探结果表明,现场的岩溶已达到强烈发育的状态。又因项目路线存在半挖半填路基地段,岩溶地质含沙率较高,不利于成孔作业,施工时对其需进行一定的控制。

3 串珠型桩基溶洞处理施工要点

施工时,溶洞区的含砂率高低对桥梁桩基施工有着一定的影响,对此可选不同的方法进行作业。而结合钻探结果,首先以溶洞的高度为依据划分为多个类型,即将高度≤3 m的视为小溶洞、高度3～10 m的视为中溶洞,高度≥10 m的视为大溶洞,并对各阶段的溶洞含砂率进行明确探究,采取相适应的处理方法进行施工。

(1) 充填封闭法。小溶洞处理过程中,可选择的是充填封闭法[1]。以溶洞实际的含砂率情况为准,若内部不存在充填物,则需向其中填入适量干沙或碎石材料;对于已存在充填物的情况,则对其性状作出判断,呈松散或软塑状时,较为合适的是充填水泥浆的方式。

(2) 钢护筒施工法。遇大中型溶洞时,若含砂率较高,宜优先选择钢护筒施工法[2-4]。实际操作中,需将预制成型的开孔护筒预埋到位,冲进钻孔施工期间及时通过抛填的方式置入粘土袋和片石,此后缓慢将钢护筒下放,直至到达岩面为止,并再次冲进。钢护筒到位后,放入内护筒,浇筑适量封底混凝土,注浆后即可终孔。

桥梁桩基钢筋的布置如图1所示。

图1 桥梁桩基钢筋布置示意图

4 岩溶区桩基施工含砂率控制

4.1 岩溶区施工

溶洞施工得以顺利落实到位的关键前提在于确保地面具有稳定性,也就是其含砂率的大小值确定,否则在施工期间易导致结构失稳,甚至发生安全事故。遇砂层等不良地质时,在施工的扰动性作用下易发生地面坍塌现象。对此,需在施工前有效硬化地面。且溶洞段护壁应始终维持稳定的状态,不可发生漏浆现象。确保溶洞护壁段的稳定性至关重要,将直接对桩基混凝土灌注桩的施工质量带来影响,因此需得到高度的重视。

既有结构需具有安全性和稳定性,不可因为施工的扰动性影响而失稳或是受损。在常规桩基施工的基础上,还可根据现场情况采取针对性的溶洞处理措施。根据溶洞的基本特点,对其的处理应考虑到覆盖层预处理和钻孔期间的处理,需根据规范将各环节的处理工作落实到位。

4.2 预处理

为给桩基钻孔创设良好的条件,需明确溶洞含砂率的实际情况,对其采取预处理措施。

(1) 桩基安全等将为1级和2级且含砂率较低时,此工况下可利用钢护筒跟进穿淤泥层等地质条件欠佳的地层,直至深入至黏土层2 m左右为止。对于安全等级为3级的桩基,无特殊要求时仅设钢护筒即可,但覆盖层存在大厚度软弱层时,考虑到此时溶洞塌陷发生概率高且容易影响至地面的情况,可以采取钢护筒穿过软弱层的处理方式。

(2) 钢护筒跟进施工选择引孔工艺,施工期间需采取护壁措施,较为可行的有加大泥浆比重、增添包含片石在内的成孔材料等。并应加强对护筒刃脚的护壁处理,可抛填片石或是使用黏土材料,以便维持护筒刃脚的稳定性。

(3) 遇砂层厚度较大的情况时,即含砂率高的路段,将明显加大钢护筒的沉放难度,针对此问题,可通过旋喷帷幕护壁接长钢护筒。对于溶洞内部含有地下水的情况,钻孔期间易导致周边土体坍塌,此时可采取旋喷止水帷幕护壁的方式。以桩位为基准,合理控制帷幕护壁的位置,保证两者之间形成足够的安全距离,最大限度避免施工扰动问题。桩周高压旋喷帷幕施工可以选择的是单管旋喷注浆法,首先利用旋喷钻机钻孔,将预先准备好的喷射器置入孔底,通过高压脉冲泵喷射泥浆,由于存在特定的压力条件,因此高压射流可有效切割土体,期间使土体和水泥均匀混合,经一段时间后混合料开始凝固,形成具有稳定性的旋喷桩结构。

(4) 覆盖层土洞和浅层溶洞易阻碍桩基正常施工进度或是对其施工质量带来不良影响,需采取预注浆处理措施,确保在钢护筒下沉过程中地面可维持稳定。施工现场存在高度≥3 m的溶洞,在洞内不存在充填物的情况下,可对溶洞采取预注浆处理措施。为给正式施工提供可靠的数据指导,因提前组织工艺性试验,以便明确在最优施工效果时的具体工艺参数,如注浆压力、材料配制方法等。若溶洞处于全充填的状态且同时满足该部分物质为可塑或硬塑的条件时,可省去预注浆处理措施。

此外,钢护筒下放的速度应根据含砂率的大小进行控制,以保证桥梁结构始终具有稳定性。

4.3 钻孔

综合考虑溶洞发育程度、彼此间的位置关系以及含砂率等方面的情况,提出抛填片石黏土法、钢护筒跟进法等相关方法。在含砂率较高的溶洞处进行桩基施工时,需充分注重如下几点:

(1) 施工现场无溶洞时,可采取常规施工法,并根据现场情况预测可能出现的问题,编制应急预案,以便在发生异常后可及时处理问题,将不良影响降至最低。

(2)若溶洞高度<3 m,较为合适的是回填片石黏土法,以形成完整的护壁结构。片石和黏土的比例易对施工质量带来影响,以7∶3(按体积计)为宜,施工条件特殊时可掺入适量袋装水泥。为保证护壁的稳定性,反复成孔的次数至少需达到三次,必要时适当增加;溶洞高度介于3(含)～5 m(不含)时,需考虑溶洞的充填情况,若该处无充填或是存在流塑、软塑特性的充填物时,较为合适的是采取预注浆填充处理措施;对于溶洞内存在可塑性全充填物的情况,可选择抛填片石黏土法,以便在该材料的挤密作用下护壁。同样的,片石和黏土的比例需得到合理的控制,以7∶3(按体积计)为宜,施工条件特殊时可掺入适量袋装水泥。为保证护壁的稳定性,反复成孔的次数至少需达到三次,必要时适当增加;溶洞高度达5 m或更高时,需考虑溶洞的充填情况,若该处无充填或是存在流塑、软塑特性的充填物时,较为合适的是采取预注浆填充处理措施;对于溶洞内存在可塑性全充填物的情况,可选择抛填片石黏土法,以便在该材料的挤密作用下护壁。与上述相同的是,片石和黏土的比例约为7∶3(按体积计),施工条件特殊时可掺入适量袋装水泥。为保证护壁的稳定性,反复成孔的次数至少需达到三次,必要时适当增加。

(3) 若遇到更大规格的溶洞,在无充填或是存在流塑充填物的情况下,较为适宜的是双层钢护筒施工法,从工程实践来看,其在串珠型大规格溶洞中具有良好的应用效果。外钢护筒施工以跳进法较为合适,在冲孔过程中需同时接钢护筒,使其能够稳定到达已成型的孔洞中。以钢护筒外径为参照基准,选择直径比该值略大3～5 cm的钻头,首先利用该装置冲击至溶洞顶,后续转为小钻头进一步施工,确保能够有效击穿溶洞,再向其中打入钢护筒,使其与溶洞底岩面有效接触,从而完成整个处理工作。

5 结束语

桥梁桩基础施工易受到现场地质条件等因素的影响,遇溶洞地质条件时其施工难度大幅提高,伴有大量的质量隐患和安全隐患,对施工技术提出较高的要求,若缺乏行之有效的处理措施,则容易引发大规模的经济损失,严重时将诱发安全事故。鉴于此,必须紧密结合现场地质、溶洞含砂率等方面的情况,以此为依据选择相适应的施工技术,将桥梁桩基的各项工作落实到位,确保桩基的施工质量。