工程概況
京福國(guó)道主干線(xiàn)徐州市繞城公路四合同段跨隴海鐵路特大橋,路線(xiàn)長(zhǎng)0.8182ｋｍ,呈南北方向,跨徑布置為6×30ｍ+3(5×30ｍ)+6×30ｍ,主跨為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,其余為預(yù)制先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ),2號(hào)墩、22號(hào)～27號(hào)墩為1.5ｍ鉆孔灌注樁.
位于低山丘陵與沖積平原過(guò)渡地帶,以隴海鐵路為界,北部巖基裸露,由一系列平行褶皺和斷裂組成,地表覆蓋黃褐色高液限粘土,具強(qiáng)膨脹性,區(qū)內(nèi)有巖溶發(fā)育,多表現(xiàn)為小型溶洞,洞高由0.4～2.5ｍ不等,溶洞均有碎石土等填充物。
地下水不發(fā)育,主要為碳酸鹽裂隙巖溶水及第四系松散物孔隙水,均對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。本段地震基本烈度為7度。
鉆孔灌注樁施工大橋共有鉆孔灌注樁32根,樁位處溶洞比較發(fā)育,設(shè)計(jì)要求逐樁探明溶洞情況,然后鉆孔巖溶處理方案的原則。
(1)每根樁必須用地質(zhì)鉆機(jī)鉆探,詳細(xì)記錄地質(zhì)狀況、溶洞深度、高度、填充物類(lèi)型,畫(huà)圖列表,為制定相應(yīng)施工方案提供詳實(shí)依據(jù)。
(2)對(duì)填充物進(jìn)行土工試驗(yàn),分析其物理力學(xué)特性,檢測(cè)容重、含水量、孔隙率等,為注漿參數(shù)計(jì)算提供依據(jù)。
(3)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料和填充物情況,對(duì)每根樁設(shè)計(jì)出相應(yīng)的溶洞處理方案、成孔方法及施工措施。
(4)對(duì)每種處理方案,都要進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算,施工前在橋位外進(jìn)行溶洞注漿及鉆孔試樁試驗(yàn),取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),完善施工方案,指導(dǎo)施工。
(5)遇到大溶洞時(shí),必須請(qǐng)監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)單位核查,明確處理方案,并報(bào)監(jiān)理批準(zhǔn)后實(shí)施
溶洞處理方案
(1)對(duì)于封閉的比較小的溶洞,采取注漿措施,提供成孔條件穿過(guò)溶洞。若洞內(nèi)無(wú)填充物或填充物不滿(mǎn),則采取先填充碎石或干砂,然后注漿;若充填物呈松散或軟塑狀態(tài)時(shí),直接注漿固結(jié)即可;若充填物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)時(shí),則可以直接沖孔,但需加強(qiáng)泥漿護(hù)壁。
(2)溶洞內(nèi)無(wú)填充物或填充物較少需向洞內(nèi)填充砂子的,選擇一個(gè)合適的孔位,放入并固定鋼套管,將注砂管與鋼套管相連接,在注漿前灌砂。根據(jù)成樁直徑、圍護(hù)體積的最小直徑及堆積體成形規(guī)律,計(jì)算填砂量。用壓風(fēng)機(jī)將干砂壓入,為防止洞內(nèi)高壓阻止灌砂,利用其它孔作為減壓孔。待達(dá)到計(jì)算的填充體積,壓力穩(wěn)定時(shí),即可停止。
(3)若設(shè)計(jì)要求灌入碎石則必須鉆一個(gè)大孔(直徑不小于30ｃｍ)放入鋼管并固定,鋼管上置碎石料斗,碎石粒徑不大于2ｃｍ,投料時(shí)振動(dòng)鋼管,以防止堵塞,填充量控制與填砂控制方法相同。
(4)對(duì)于一些溶槽、溶溝、小裂隙等,沖孔時(shí)可采取投放片石、碎石夾粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到護(hù)壁作用,保證泥漿不流失,使鉆孔順利通過(guò)巖溶區(qū)。
注漿方法鉆孔樁通過(guò)溶洞時(shí)鉆孔施工難度大,采取注漿法是十分有效的措施。
(1)根據(jù)地質(zhì)情況在每一根樁的中心位置或橋墩承臺(tái)的四角鉆注漿孔,鉆注漿孔也是對(duì)地質(zhì)情況的進(jìn)一步勘探,通過(guò)取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細(xì)情況。
(2)用注漿泵注漿,注漿壓力不宜太大,控制在0.5～1.0ＭＰａ范圍,具體壓力值由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。速度為15～20Ｌ/ｍｉｎ,其目的是使?jié){液滲透到填充物內(nèi)(包含灌入的砂或碎石),然后固結(jié),滲透最小直徑定為3.0ｍ,以保證沖鉆成孔時(shí)有足夠的固結(jié)體。注漿時(shí)注漿管必須插入填充物的底部,然后邊注漿邊緩慢上提,提管速度不宜太快,根據(jù)注漿速度確定,應(yīng)使?jié)B透半徑控制在允許范圍內(nèi)。漿液選用水泥漿,用32.5級(jí)水泥,水泥漿配合比為水∶水泥=0.8∶1.0。若需用水泥砂漿,則配合比采用水∶水泥∶砂=1∶1∶0.8,需要用雙液漿時(shí),水玻璃的含量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。
(3)單花管注漿,管頭花管段長(zhǎng)度為100ｃｍ,孔眼直徑和間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試孔后確定,注漿管外徑為70ｍｍ,比鋼套管內(nèi)徑要小。注漿時(shí),通過(guò)注漿泵上的ＰＱ儀分析確定注漿的速度和結(jié)束時(shí)間,壓入量根據(jù)滲透半徑、固結(jié)體積來(lái)計(jì)算,公式為Ｑ=πＲ2Ｈβμα(1-γ)λ。式中,Ｒ為滲透半徑;Ｈ為溶洞高度;μ為填充物的孔隙率;α為超灌系數(shù);λ為地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)系數(shù);γ、β為充填率與充填系數(shù)。這些參數(shù)和系數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。
(4)為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成浪費(fèi),采用間歇注漿方式,使得先注入的漿液與砂子(或碎石)初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿,循環(huán)注漿多次,直至達(dá)到規(guī)定最小注漿量和注漿壓力控制值為止。
(5)注完一個(gè)孔后,繼續(xù)對(duì)其余孔進(jìn)行注漿,后注漿的壓力必須調(diào)高,最后封孔。注漿順序由現(xiàn)場(chǎng)自行掌握。
巖溶處成孔經(jīng)過(guò)處理后的巖溶處,成孔方法基本上與普通石質(zhì)地層成孔方法相同,采取用ＣＺ31型沖擊鉆沖擊的方式成孔。成孔時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
(1) 沖擊成孔必須待注漿凝固后才能進(jìn)行,一般等待時(shí)間為10ｄ左右。
(2)為防止意外,沖孔前應(yīng)有備用措施,備好材料,一旦泥漿泄露,及時(shí)向孔內(nèi)投放粘土、水泥和片石,依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成片石夾粘土的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻,保持孔內(nèi)泥漿高度,使得沖鉆順利進(jìn)行。
(3)加大泥漿質(zhì)量和密度。采用優(yōu)質(zhì)泥漿,當(dāng)缺少優(yōu)質(zhì)粘土?xí)r,可在泥漿中摻入適量的水泥、燒堿和鋸末,以提高泥漿膠體率和懸浮能力,其質(zhì)量配合比為黃土∶水泥∶燒堿=1∶0.2∶0.4,鋸末按黃土體積的10%摻入。
(4)當(dāng)巖面的傾斜較大時(shí),鉆頭擺動(dòng)撞擊護(hù)筒或孔壁,這時(shí),回填片石,使孔底出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)后再轉(zhuǎn)入正常沖孔。
(5)接近巖溶地段,采取輕錘沖擊、加大泥漿密度的方法成孔,以防卡鉆和掉鉆。
巖面檢驗(yàn)要點(diǎn)本工程按設(shè)計(jì)要求樁端須進(jìn)入完整微風(fēng)化灰?guī)r0.80～3ｍ,工序中增加了一般地質(zhì)條件下灌注樁施工所沒(méi)有的全巖面檢驗(yàn)。勘察資料及實(shí)際施工表明,本地區(qū)屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū),巖面起伏、傾角陡,溝槽、裂隙縱橫,因此,全巖面的正確判斷成為本工程成孔施工的關(guān)鍵。影響全巖面判定的因素較多,而現(xiàn)有的樁基技術(shù)規(guī)范、規(guī)程等均未列出統(tǒng)一的判定標(biāo)準(zhǔn),受地質(zhì)條件復(fù)雜的影響,全巖面的判斷往往意見(jiàn)不一,成為質(zhì)量控制的一大難題。實(shí)際施工中,根據(jù)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的特殊性、復(fù)雜性及工程特點(diǎn),經(jīng)過(guò)試樁檢驗(yàn),主要從4個(gè)方面來(lái)進(jìn)行全巖面的綜合判斷。
(1)以樁孔實(shí)際見(jiàn)巖高程始,至少進(jìn)尺50ｃｍ后,可申報(bào)全巖面檢驗(yàn),超前鉆孔柱狀圖揭示的巖面高程只作為參考。
(2)查閱機(jī)臺(tái)施工記錄,可將基巖進(jìn)尺速度0.1～0.2ｍ/ｈ作為進(jìn)入全巖面的控制速度。
(3)可觀察井口鋼絲繩的擺動(dòng)情況,錘頭觸巖面時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微反彈。
(4)使用細(xì)目篩網(wǎng)撈取巖渣,巖屑含量50%～70%,且含泥、含砂量小于4%時(shí),認(rèn)為入巖。如出現(xiàn)特殊情況或判斷標(biāo)志不明顯,意見(jiàn)分歧較大時(shí),則采用鉆探揭露的辦法來(lái)證實(shí),即在樁孔中心四周均勻布設(shè)4個(gè)～5個(gè)勘探孔,用工勘鉆機(jī)進(jìn)行鉆探,用觸探到的各點(diǎn)巖面高程進(jìn)行比較,判斷出全巖面。
