岩溶地段桥梁基础工程

6.5岩溶地段桥梁基础工程6.5.1工程概况线路途经岩溶发育地区主要在景德镇至常山低山区局部地段、澎湖地区局部地段。岩溶所处岩层以灰岩、白云质灰岩等可溶岩为主，受地质构造和地下水的影响，一般为岩溶裂隙发育，局部发育成溶洞。江西段共有6座桥梁：大路潘大桥（桥跨布置为7-32m简支梁）、张青大桥（桥跨布置为12-32m简支梁）、彭湖高速公路特大桥（桥跨布置为桥跨布置为32-32m简支梁＋3-24m简支梁+（40+56+40）m连续梁+2-32m简支梁）、辽源特大桥（桥跨布置为22-32m简支梁）、南河特大桥（桥跨布置为1-24m简支梁+7-32m简支梁+(40+64+40)连续梁+10-32m简支梁+1-24m简支梁+16-32m简支梁）、赋春特大桥（桥跨布置为12-32m简支T梁+3-24m简支T梁+21-32m简支T梁+2-24m简支T梁）。其中张青大桥和彭湖高速公路特大桥岩溶较为发育。6.5.2岩溶地质特征桥址区下伏基岩为石炭系（C）灰岩、砾状灰岩，岩溶形体主要为溶隙、溶沟沟槽、溶洞。岩溶属浅覆盖型，岩溶发育强度为较为发育，岩溶发育带主要位于季节变动带，垂直岩溶形态和水平岩溶形态发育。溶洞连通性较好，张青大桥最大溶腔深度43米。覆盖层为粉质粘土、圆砾土、千枚岩全风化，厚度不大，溶洞高度较大，施工过程中可能引起溶洞塌陷。溶洞发育情况表：（根据设计）岩溶发育地段造成桥梁桩基成孔效率低、施工安全风险大，对成桩质量和施工工期均有很大的影响。6.5.3岩溶桩基施工预防措施6.5.3.1岩溶桩基施工准备⑴在岩溶桩基施工前，应认真分析设计文件中地质勘察资料，根据地质勘察资料，详细绘制每一桩孔的地质剖面图或柱状图，了解溶洞、裂隙位置、分布、走向、大小、充填情况、漏水与否、顶板岩性和厚度等，对整个施工场地做综合地质评价并编报施工组织设计。⑵应召开专题研讨会，邀请有关专家讨论研究施工方案和对策。除编制整座桥梁的施工组织设计外，还应依据每根桩基的具体勘探情况和施工难点，编制具体的详细的“逐墩逐桩”的成孔工艺和岩溶处理施工方案，并对施工人员进行全面的技术交底。⑶对有可能发生的桩基施工病害，应有针对性的事故处治预案，制定好应急措施，准备好充分的必备机械设备及材料。对施工技术人员进行培训，能够做到灵活处理突发事故，使在施工过程中出现的病害问题能得以迅速解决。⑷要明确岩溶桩基的施工顺序，在充分分析场地内溶洞的空间分布规律后，应结合实际情况制订“先易后难，按照有利于及时封闭溶洞，隔断岩溶裂隙通道、隔孔钻孔”的顺序施工。一般而言，应先施工角位桩、边位桩，先施工桩位溶洞较深的桩，先深桩后浅桩。前一孔灌注混凝土成桩后再进行下一孔施工。6.5.3.2岩溶桩基施工预处理岩溶桩基施工之前可依据设计文件中的地质勘探资料，对桩基处岩溶进行预处理，以保证桩基施工的进度、质量和安全。预处理措施包括施工超前地质钻孔、预注浆技术和埋设钢护筒技术。⑴施工超前地质钻孔为复核原有勘探资料的准确、可靠性，并掌握场地岩溶发育大致情况，在岩溶发育地区施工桩基，不论场地岩溶发育程度如何，桩基施工前均应进行一定数量的超前地质钻孔。同一桥梁桩基施工场地可选择以下三种情况的各1～2根桩基进行超前地质钻孔：①勘察设计资料显示岩溶不发育的；②勘察设计资料显示岩溶中等发育的；③勘察设计资料显示岩溶发育的。⑵预注浆技术①预注浆技术适用于覆盖层厚、岩溶裂隙发育、地下水位较高的情况。在岩溶特别发育、岩溶地下水丰富的串珠式溶洞桩基模式中应用需进行试注浆试验，视注浆的效果来决定是否采用桩周预注浆技术。②钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探，可与地质超前钻相结合一起完成，通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。压浆孔的布设根据桩径而定，可利用地质钻探孔、超前钻孔作为压浆孔。③注浆施工前进行试验，要求选择的桩孔要有代表性。①溶洞发育，钻探发现严重漏失的桩孔;②有溶洞，但钻探过程中漏失小的桩孔。通过上述两种类型桩进行注浆试验情况可确定、调整注浆孔的个数和分布，但每桩钻孔不能少于2个钻孔。⑶埋设钢护筒①钢护筒护壁技术适用于岩溶发育特别复杂或地质勘探不明的情况，一般在大型溶洞模式和串珠式溶洞模式，覆盖层较厚（15m），地下水特别丰富的情况下，均宜采用钢护筒护壁技术。②视岩溶的复杂程度，钢护筒的形式可采用单护筒、双护筒和多层护筒等形式。③在覆盖层较厚（15m）和覆盖层组成较为复杂的情况的岩溶桩基，内护筒的下放一般采用钻埋法完成。即先按常规方法埋置一个直径稍大、埋深较浅的外护筒，再用钻机按内护筒直径钻进一定深度，然后埋入一定长度的内护筒。6.5.4岩溶桩基施工6.5.4.1岩溶桩基适用施工工艺的选择岩溶地区由于其特殊的不均匀地质情况，在施工时要考虑具体的地质情况，结合整个场地施工的相互影响，来选择合适的施工工艺，在同一施工场地不同桩基可采用不同施工工艺，并且往往是几种施工工艺综合应用。⑴岩溶桩基的施工，宜采取以冲击成孔为主，回转钻孔为铺的施工工艺组合，以适用各种复杂的岩溶地质条件。⑵冲击成孔工艺能广泛适应各种复杂的岩溶地质，适合于处理岩面倾斜、半边岩溶、串珠式溶洞等复杂岩溶形态。⑶岩溶区段桩基施工时每个墩台应仅考虑1台钻机进行逐桩成孔施工。6.5.4.2冲击钻机的选择⑴钻机型号应根据桩基直径、钻孔速度要求、钻锤重量、冲击频率、覆盖土层及岩溶发育情况进行选择。目前使用的冲击式钻机均配备有钻架及起吊、冲击等全套设备。冲击钻机按清渣工艺可分为泥浆正循环和反循环两种工程钻机。常用的冲击钻机有CZ系列和GCF系列冲击反循环工程钻机。⑵宜选用配备了钻塔液压起落，整机液压步履技术的工程钻机，钻机移位便利，对孔方便，可大幅度提高施工效率。⑶冲击成孔关键在于冲锤的选择和改进，为加快冲击进尺，避免卡钻、掉钻事故发生，对冲击钻头的选择及改进应做特殊要求。6.5.4.3泥浆的配置⑴岩溶桩基泥浆配制数量宜为非岩溶地质条件下数量的2～3倍，以防成孔过程中大量漏浆。⑵配制的泥浆应具有泥皮薄、护壁稳定、悬浮钻渣效果好等优点。泥浆宜选用优质粘土拌制。当缺少优质粘土时，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，其质量配合比可以参考：粘土:水泥:烧碱=1:0.2:0.4，锯末按粘土体积的10%掺入。⑶岩溶地质复杂，覆盖层较厚的大直径桩基所用泥浆，宜使用丙烯酰胺即PHP泥浆。⑷岩溶水一般呈酸性，在成孔过程中，一旦岩溶水进入泥浆，泥浆将呈酸性而导致沉淀。可投入小苏打改善泥浆质量。6.5.4.4冲击成孔施工工艺⑴钻机就位钻机一般采用吊车安装就位，保证冲击锤底中心与桩中心重合。⑵护筒的埋设①护筒直径根据桩径而定，内径宜比桩径大20~40cm，采用8~12mm厚钢板卷制，设置多层护筒时，应预先估算好每一层的护筒直径。桩径大于2.5m时，可用12~14mm厚度钢板卷制。②护筒顶面标高宜高出地下水位2m，且高出地面0.5m。③护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般底面埋置深度在原地面以下至少2m，并应穿过淤泥、软土、沙类土等土层，进入不透水粘质土层。若考虑岩溶桩基漏浆塌孔的危险或无上述合适的埋置土层，宜穿过全部覆盖土层到达基岩面。④护筒埋设方法可依据覆盖层的具体情况，采用挖坑埋设法或填筑法安设护筒。长护筒应采用边冲孔边跟进方法，用压重、振动、锤击并辅以筒内除土的方法打入埋设。⑶冲击成孔①冲击钻孔作业应分班连续进行，不宜停留。为正确提升钻锤的冲程，宜在钢丝绳上油漆长度标志或绑红线标志。认真填写钻孔记录，交接班时应交待钻进的情况及下一班应注意的事项。②在开孔时应低锤密冲，反复冲击造壁，成孔清渣等过程中必须保持孔内浆面稳定，孔内水位高出地下水位1.5～2.0m，并低于护筒顶面0.3m，以防溢出；在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时，可按1:1比例投入粘土和小片石，用冲击锤小冲程反复冲击，使泥膏片石挤入孔壁。③正常钻进时，冲程应根据土层岩石情况调整：一般通过坚硬密实卵石层或基岩等土层宜采用大冲程，在通过松散砂、粘质土层、砾类土或卵石夹土层宜采用中冲程；在易坍塌或流砂地段宜用小冲程，并应提高泥浆的粘度和相对密度。对于弱风化灰岩地层一般冲程为2～3m。④遇基岩面，宜采取短冲密击的“吊打”法，如因其表面不平或倾斜岩层出现桩孔偏斜，应立即抛填片石至偏孔上方30~50cm，低锤密击使之成紧密平台后，再正常冲击，采用“小冲程、反复打密”的方法，直至钻头全断面进入岩层为止。⑤进入岩层后，应根据地质条件，严格控制钻机的冲程和进尺，当条件较好，岩面较平时，可适当加大钻尺进度；当岩面倾斜或半边溶洞、岩石半软半硬时，则应降低钻机的钻进速度并监测垂直度。⑥遇溶洞(槽、隙)时，减少冲击行程，慢慢穿过，若出现漏浆及坍孔时，抛填粘土及小片石，挤入其孔壁(或槽裂缝)加固充填；穿过溶洞(槽、隙)进入完整灰岩后，恢复正常冲程并及时采取岩芯样结合地质资料检查。⑦终孔处采用轻冲，冲孔至基岩层将达到持力层要求时，不能强烈冲击，防止桩底岩石裂隙扩散而降低岩基承载力。⑷清渣的要求①冲击成孔清渣一般采用正循环或反循环清渣工艺。②正循环泥浆清渣工艺的泥浆循环系统主要由泥浆池、高压泵、出浆管和进浆管四大部分组成。泥浆从孔口经由出浆管进入泥浆池，经过沉淀，再由泥浆泵将泥浆经由进浆管送回孔底，含渣泥浆再从孔底上翻至孔口经出浆管进入泥浆池，通过泥浆循环，孔底的钻渣即可在泥浆池中沉淀下来，再由人工将钻渣清除，达到清渣的目的。③反循环清渣工艺适用于易坍塌地层，可以提高清碴效率，加快施工进度。但由于气举产生的负压大，要求清碴过程中应及时补充泥浆，保持桩孔内水头压力和泥浆的比重，以维持孔内外的水头平衡。⑸终孔判断①钻孔至设计标高以后，根据岩样特征、钻孔记录和钻进速度等综合判断该孔能否终孔，当确认达到设计要求的嵌岩深度时，可以终孔。在无详细勘探资料的情况下，应采用超前钻等方法查明桩端基岩性状，包括岩石强度、顶板厚度等，超前钻应钻入桩端以下不小于5m。桩端下岩层厚度不能满足设计持力层厚度要求时，不能终孔，应穿过溶洞或进入连续稳定的基岩中。②从4个方面来进行综合判断桩底岩面完整性和嵌入深度：a以桩孔实际见岩标高始，至少进尺50cm后，方可申报全岩面检验，超前钻孔柱状图揭示的岩面标高只作为参考。b观察井口钢丝绳的垂直与摆动情况，锤头触岩面时会出现轻微反弹，要求钢丝绳垂直、摆动不明显。c查阅机台施工班记录，合理计算基岩进尺速度，一般以进尺速度0.10~0.20m/h作为进入全岩面的控制速度。d使用细目筛网捞取岩渣，岩屑含量大于80%，且溶面岩屑小于5%，认为嵌入完整基岩。e如出现特殊情况或判断标志不明显，意见分歧较大时，应采用钻探揭露的办法来证实，即在桩孔均匀布设2~4个勘探孔，用工勘钻机进行钻探，可准确、直观判断是否全岩面。6.5.4.5砼灌注岩溶桩基混凝土灌注技术与普通地质条件下混凝土灌注技术类似。桩基水下灌注导管使用前必须经过气密性试验合格后方能进行灌孔作业。封孔时，导管距离孔底0.3-0.5m左右，以保证混凝土灌注顺畅。首盘混凝土保证导管埋深2m以上。6.5.5岩溶常见形态的处理6.5.5.1岩溶裂隙及小型溶洞的处理对岩溶裂隙及小型溶洞尺寸定义为0.5m以下，其危害性相对较轻，一般冲击钻孔施工通过溶蚀裂隙发育密集段时，工艺上要求进尺一段深度时必须回填一定量粘土，在冲锤冲击作用下挤入裂隙堵塞桩孔周边溶蚀裂隙，同时可以保持泥浆密度。裂隙对钻孔桩施工造成的主要危害是漏浆。主要处理措施为:⑴改进护筒埋置方法，如加大护筒入土深度。⑵入岩前，准备充足的水源和1～2台水泵，同时准备足够的粘土、片石。⑶密切注意护筒内泥浆面的变化情况，当泥浆面迅速下降时，证明在漏浆，首先要赶快补水，然后将粘土和片石按大约1:1的比例往下投2～3m，再重新开钻。当再次漏浆时，仍按上述方法处理，即可逐步解决裂隙漏浆的问题。6.5.5.2一般溶洞处理一般溶洞是指洞高小于4m，连通性较差的溶洞。一般溶洞施工以预防为主。钻孔前在孔口附近贮备大量粘土、片石及一定数量的袋装水泥，钻孔施工过程中，要求配备水泵和充足的水源，确保一旦漏浆，可以立