岩溶\采空区桩基施工技术

摘要:根据岩溶、采空地区的特点选择桩基主要施工方法,采取必要的措施保证工程质量。

关键词:岩溶区 桩基 施工

某立交桥工程,工程地质相当复杂,有采煤的采空区,有发育的岩溶区,又有粉砂和粘土层,表层覆盖厚度不等的可液化、严重液化粉砂层。桥梁桩基施工时,根据岩溶、采空地区的特点选择桩基施工方法,采取相应技术措施,以顺利穿过岩溶和采空区,保证工程质量。

一、工程概况

立交桥下部为柱式桥墩,桩基穿过覆盖层后入岩,入岩深度为嵌入微风化岩1.5m以上。

工程地质为第四系松散覆盖层上部12.0～17.0m为可液化、严重液化粉砂层,局部夹有淤泥质粘土;下部18.0～26.6m粘土为主,间夹有亚粘土、亚砂土。以下溶蚀现象严重,岩溶发育。

受沉积时间和地质环境的影响,沉积的砂土均为松散状,颗粒间无粘聚性,钻孔桩成孔期间由于施工和孔内泥浆流失等因素影响,造成水头降落,孔内泥浆向下流动,容易导致孔壁坍塌,成孔质量差,严重时会导致钻孔失败。

二、钻机选型及钻孔方法的确定

根据工程的地质情况及工程造价,综合了以下几种思路:①采用深埋护筒,投入大,施工安全性高;②采用旋转钻机,不能有效地克服溶洞、软岩夹层等地质,容易扭断钻杆,但成孔速度慢,对地面冲击小;③采用冲击钻,冲击钻施工的孔壁比较稳定,处理溶洞和裂缝漏浆时,更能防止塌孔,但施工速度慢。

综合以上优缺点,决定根据覆盖层的厚度和地质状况选取。

当覆盖层厚度不太大时,小型钻机可以满足施工要求;选用转速快的钻机,对护壁可以起到更好的加固作用,小型钻机重量轻、振动小,振动能量经过2层枕木的隔离、消散,对地面的影响小。

旋转钻机钻到岩面后,对孔内泥浆进行调整使其密度加大,以利于浮起沉渣,换为冲击钻施工岩层。在换冲击钻时,为了防止冲击钻机架振动而使地面液化,在机架支点处铺垫石子垫层。而在其上铺2层枕木,这样可以有效地消散机架传来的冲击能,从而避免地表液化,引起塌孔。

三、桩基施工技术

钻孔桩基施工在穿过液化砂土层时,首选钻机为重量轻、转速快的正确循环旋转钻,钻进时,控制进尺,加大泥浆比重。成孔的关键是防止由于钻机及其它施工机械的影响而导致粉砂土层液化引起缩径甚至塌孔,并为调换冲击钻施工溶蚀严重的底部岩层做好充分准备。

工艺流程为:平整场地―测设桩位中心―埋置护筒―安装钻机对中心就位―投泥、开孔造浆冲孔至设计标高―验孔深―换浆清孔―下检孔器检孔―下钢筋笼及导管―二次清孔―灌注水下混凝土―桩基检测

1、钢护筒作用

护筒有固定位置,隔离地面水,,保证孔口不坍塌、导向钻头、成桩后,不致出现桩位偏差超限的作用,其埋设情况对成孔、成桩的质量有重大影响。护筒采用δ=8mm钢板制作,内径大于设计桩径0.20m。采用挖埋和振动下沉相结合的方法埋设1.5米深。护筒顶面高出地面50cm以上。

2、泥浆护壁技术措施

施工前必须准备好充足的塑性指数大、粘性好的膨胀性粘土或大量黄泥球,并且准备一定量的水泥、膨润土、烧碱和锯木屑。

(1)泥浆指标

采用拌浆机在泥浆池拌制足够的护壁泥浆。穿过液化砂土层时,泥浆的好坏将直接关系到成孔的质量。通过多次试验,按比例(质量比)粘土:水泥:膨润土:烧碱=1:0.2:0.1:0.03,锯木屑按粘土体积的10%掺入,形成的泥浆各项指标较好。好的泥浆能够促进不透水膜在孔壁的形成,增强泥膜的韧性,在孔内泥浆流失量不太大时,起到一定支撑外部压力的作用,利于及时采取处理措施。

(2)为了使护壁效果更好,加高钻头护壁圈(俗称腰带)也很重要。护圈通过钻头旋转对孔壁起到压实作用,使孔壁上附着的泥浆挤压密实,减少护壁漏水的可能性,从而起到加强护壁的效果。采用这种方法,还可以起到钻进导向作用,使井孔垂直,防止出现斜孔。

(3)泥浆循环系统的设置

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1,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(进浆管的下管口是1节长约0.6m的特制钢管,钢管上焊接1个圆环,套在钻头顶部钢丝绳上,上下用卡环夹住,使钢管上下移动又能绕钢丝绳转动,避免在钻孔过程中进浆泵与钢丝绳缠绕在一起),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,再人工将钻渣清除,达到清渣的目的。

四、岩溶区及漏浆的处理

1、岩溶区处理方法

(1)技术人员及钻机人员充分掌握地质资料情况,每个孔位的地质柱状图列在钻机上,让施工人员随时都知道岩溶的位置、大小、充填情况;

(2)将钻至溶洞时(距顶部约1m左右),改用小冲程缓慢钻进(冲程控制在1～1.5m),

逐渐将溶洞顶击穿,防止突然打穿溶洞顶板,造成卡钻。

(3)击穿溶洞后,把做成泥球的粘土和片石按1:1的比例投入,加大泥浆的相对密度到1.4左右,如果出现漏浆情况,随时准备补浆,并小冲程冲砸,当泥浆漏失现象全部消失后才正常钻进。

2、裂缝漏浆的处理

地质资料表明,桥址处有一条南北走向的断裂带,在冲孔过程中,得到了进一步的验证,漏浆采取的主要措施为:①入岩前,准备充足的水源和水泵;②准备足够的粘土,并将粘土做成泥球,直径20cm左右;③准备充足的片石;④密切注意护筒内泥浆面的变化情况,当泥浆面在迅速下降时,证明在漏浆,首先尽快补水,然后投入泥球和片石。高度为2m,在反复小冲程冲砸,形成泥壁,堵塞洞内的通道。

五.施工注意事项

1、对岩面高低不平,或一面有岩石,一面有粘土的情况,必须多次抛填粘土、片石,用低冲程冲砸,反复循环,多次修整,防止卡钻和斜孔,保证成孔质量。

2、备足粘土、片石,碎石、水泥、草袋等材料。漏浆时,马上用粘土、碎石、水泥混合料装袋回填,溶洞较大时,掺加填入片石,以小冲程反复冲砸,形成泥石壁,堵塞漏浆的通道。保持孔内水头,防止塌孔。同时,加大备浆池,备足优质泥浆,发现漏浆及时补给,保持住水头,防止液化砂土层的坍塌。

3、遇到卡钻时,应尽可能探明钻头倾斜方向,在相反方向反复提拉尝试,吊正钻头,以利于钻头提出;有时需要用钢轨束焊成小冲锤在桩孔一恻冲击,并配合高压空气或高压水冲射,使卡点松动后提出钻头。

六、主要施工事故的与预防和处理

1、掉钻

掉钻事故主要是主绳断裂和钻头转向鼻子断裂引起的,因此要经常检查两部位情况,遇到钻头提不起来时,不要强行提拉,要摸清情况,采取相应的措施,钻头上要装有保险绳,保险绳要牢固、可靠,当发生掉钻后,要及时处理,时间越长,打捞难度越大。处理办法为:根据不同情况,采用能够适宜的打捞工具;条件允许时,可采用潜水员潜入桩孔打捞。

2、埋钻

埋钻也有两种情况:一是沉渣埋钻,其次是塌孔埋钻。要避免沉渣埋钻,钻头不能长时间留在孔底不动,要经常上、下活动,泥浆不停止地循环。如果发生塌孔埋钻,最主要的是将主绳保住,利用回转钻机扫孔和“反冲发”将钻头提出。

3、灌注时避免混凝土进入溶洞

根据地质情况,在下钢筋笼时,在溶洞处的钢筋笼周围包1圈2mm的铁皮,高度上、下都超过溶洞口0.5m,有效地避免了混凝土流入溶洞。

七、结束语

在厚砂层和溶洞发育地段钻孔,上部砂层施工应缓慢钻进,反复冲砸,确保护壁质量,不可急于求进,防止下部岩溶层施工出现隐患。在液化砂土层覆盖的岩溶、采空区施工桩基,选择合适的钻机是基础,控制泥浆指标和进尺是关键。在砂土液化区施工钻孔桩基,用碎石、枕木等介质扩散钻机的振动能量,对减轻液化是有效方法。

参考文献:

曾国熙《桩基工程手册》 中国建筑工业出版社

钱家欢《土力学》 南京河海大学出版社

JTG D63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》

JTJ 041-2000《公路桥涵施工技术规范》