收稿日期22岩溶地区超长钻孔灌注桩桩基

施工及检测技术

邓文洪

(中铁十一局集团第一工程有限公司　湖北襄樊　441104)

摘　要　在传统钻孔桩施工工艺的基础上,结合现场施工情况,分析了客运专线岩溶地区超长桩基的施工特性,对溶洞处理、斜岩处理、沉渣控制、成桩控制及水下混凝土灌注时的泥浆控制和导管埋深控制提出了相应的技术措施,并对漏浆、卡钻掉钻、混凝土面下沉等常见问题提出了预防处理措施。关键词　超长桩基施工　钻孔桩　溶洞处理　斜岩处理　卡钻　掉钻

中图分类号　U443　　文献标识码　A 　　文章编号　100924539(2009)022*******

C on struct ion and

D etection Technologies for Extra 2long Ca st 2i n 2situ

Bored P ile Foun da t i o n i n Ka r st A rea

D e ng W e nhong

(First Engineeri ng Co .L td .,China Rail way 11th B ureau Gr oup ,Xiangfan Hubei 441104,China)

Ab str a ct 　B ased on traditiona l bored pil e construc ti on techniques,and combined with the on 2site construc tion situation,t his pape r analyze s the constructi on feature s of extra 2l ong pile founda ti on i n PDL karst a rea .R elevant technica l mea s ures a re put for ward in karst cave trea t m ent,p lagi ocla s e treat ment,sedi m en t control,pile forma ti on control,slurry control dur 2i ng underwa t e r conc re ting,as well as deep burying of the guide tube .Preventive mea s ures are given for co mmon p roblem s,i ncluding sl u rry leakage,sticking and fa lli ng of the drilling t oo l,s e ttle m ent of the conc rete surface and s o on .

Key wor ds 　extra 2long pile 2f ounda ti on construc ti on;bored p ile;ka rst cave trea t ment ;plagi ocla s e treat ment ;sticking ;fa lling of a drilling t ool

1　工程概述

1.1　工程概况

新建武广客运专线铁路汀泗河特大桥位于咸

宁市咸安区和赤壁市交界处,桥址区地质复杂,为典型的喀斯特地貌,岩溶发育,地下水丰富。尤其是80号墩,桩基础为9根<1.25m 桩基,桩深80m ,覆盖层为稳定性较好的黄黏土,夹杂有卵石土层(流沙)及淤泥质粉质黏土层,厚17～35m ,岩面落差极大,溶洞最大净高达30m ,埋深约45m ,且各桩间均已贯通,溶洞呈半填充状态,填充物为淤泥质黏土及卵石土(流沙)(见图1)。

1.2　岩溶地区桩基施工特性

由于地下水较丰富,且溶洞内填充物稳定性较差,不宜采用挖孔桩施工,且灰岩硬度较高,建议采用冲击钻孔施工,钻孔设备建议采用冲程可控的冲击钻机。同时由于岩溶、斜岩、流沙(卵石土)、淤泥等不良地质相互影响,在钻孔过程中,极易造成坍孔、卡钻、掉钻等事故;在混凝土灌筑过程中也容易造成混凝土流失、桩基夹泥等事故。给钻孔桩施工带来了极大的困难。

2　施工采取的技术措施

2.1　技术难点

客运专线岩溶地区长桩施工过程中主要存在

:20080902

“京沪高速铁路桥梁建设技术交流研讨会”专栏

的技术难题有:溶洞处理、斜岩处理、沉渣控制、成桩质量控制

。

图1　汀泗河特大桥80号墩钻孔桩地质柱状

2.2　钻孔顺序

总体按先长桩后短桩、先中间后四周的原则,对于溶洞贯通的桩基,先施工溶洞底板低的桩,后施工其他桩基。先施工溶洞底板低的桩,对截断溶洞通道有利,同时在回填造壁的过程中,回填物堆积体能更有效地填充溶洞,便于其他桩基施工。据此原则,我部先施工6号桩。2.3　溶洞处理

2.3.1　溶洞处理方案选择

溶洞处理通常有如下3种方案。

(1)回填造壁。采用黏土掺片石回填,打密挤实造壁。

()岩溶注浆预处理。在钻孔桩施工前,对溶

洞进行注浆填充处理。

(3)套内护筒法。先采用大钻头钻进,大护筒跟进,至溶洞顶板后采用与设计桩径对应的钻头钻进,采用配套的较小直径的护筒跟进至溶洞底对溶洞进行防护。

由于80号墩溶洞埋深较深,且溶洞净高过大,地下水较丰富,采用岩溶注浆预处理或套内护筒法施工成本均较巨大,且效果也很难达到预定目标。因此,我部决定采用回填造壁法施工,并对其填料、回填挤实方式等进行了研究,取得了较好成果。2.3.2　回填造壁法施工

(1)填料。填料直接关系到造壁后孔壁的稳定性,选择好的填料在溶洞处理中将会事倍功半。因此我部在填料的选择上做了多项选择对比:黏土掺片石、黏土掺水泥加片石、混凝土、砂浆、泥质强风化岩。最后得出结论采用泥质强风化岩填堵溶洞效果最为显著,黏土掺水泥加片石次之。主要是利用泥质强风化岩遇水即溶,隔水后又重新板结的特性,重新造出的孔壁密水性良好,可以有效防止溶洞漏浆。同时也不用但心钻进过程中回填料中石块掉出卡住钻头,造成卡钻、掉钻。由于我部区间挖方中强风化岩数量较多,也极大地节约了成本。

(2)回填挤密方式。溶洞击穿漏浆后,应立即回填并补浆,回填高度应根据溶洞大小来确定,一般为回填至泥浆不再流失后再回填5～10m ,钻头

小行程打密挤实。如回填几次仍无法堵住漏浆,则

可在回填打密时,反复回填挤密,使溶洞能更好填充。

(3)时间上的把握。如一个溶洞经多次回填后仍无法通过,则可先将钻机调走施工其他墩位,孔位回填满,待其溶洞回填物稳定后重新钻进。80号墩6号桩施工了2个月,仍无法通过第一个溶洞,后来将钻机调走,孔位回填停置2个月,重新钻进时仅用15d 即已成孔,同时灌筑时混凝土流失较少,溶洞充填质量较好。

(4)其他。一般情况下,钻机钻进过程中,钻机操作手无法看见孔内情况,溶洞漏浆时很难及时发现并处理。针对这种情况,可在孔口加一浮标,浮标高度以钻机操作手能看见为宜,同时浮标可采用绳线悬挂在钻机上,溶洞漏浆时,钻机操作手能及时发现,同时浮标也不会随泥浆下沉。

2

2.4　斜岩处理

斜岩多出现在基岩面或溶洞底板处,极易造成斜孔或偏孔,如不及时处理,则很容易造成卡钻掉钻,严重影响施工进度。斜岩处理方法主要就是磕打斜岩,造出一个能受力的支撑面,一般方法有:回填质硬片石小行程磕打斜岩、回填混凝土磕打、大钻头扩孔磕打、水下爆破等。

针对80号墩长桩的特性,主要采用了回填片石小行程磕打、回填混凝土磕打方法。其操作要点就是钻机操作时发现斜孔或偏孔应及时进行纠正,切忌继续钻进。回填后应进行小行程磕打,一般钻头冲程应控制在50c m～1m范围内进行磕打,待磕打出一个支撑面后再正常钻进。

两种填料相比较,对于白云质灰岩地区,回填片石效果较回填C30混凝土更好,且成本较小。2.5　沉渣控制

客运专线桩基础施工,沉渣控制是质量控制的重点内容,主要是为了防止桥梁沉降,造成无砟轨道道床板开裂。武广客运专线对柱状沉渣厚度的要求为不超过5c m。

2.5.1　测量手段

要控制沉渣,首先应有能准确测量沉渣厚度的手段。先采用测绳进行测量,并通过测绳感觉孔底硬度,记录数据A,然后将测绳绑在钻头上,利用钻头下到孔底上下活动,搅开孔底沉渣后钻头沉底进行测量,所得数据加上钻头高度即为实际孔深B,则B-A就是孔底的沉渣厚度。

2.5.2　清孔措施

实行二次清孔。第一次在成孔后,下钢筋笼前,主要目的通过气举反循环清除孔内沉渣,并将泥浆比重调至1.2～1.3之间。清孔后进行第一次检孔。第二次在钢筋笼下完后,通过导管进行清孔,导管经常上下活动,主要目的为调匀孔内泥浆,冲开孔底沉淀。

二次清孔检孔手段:停止清孔10m in(据现场统计,混凝土罐车到位后,停止清孔至初灌混凝土入孔时间为10m in),测绳测量孔深,与第一次检孔数据B 比较,即可得出孔底沉渣厚度,如符合要求,则可通知拌合站开盘,准备混凝土浇筑,现场继续清孔。

53　清孔设备

()空压机

根据孔深及泥浆比重计算孔底压强

　　　　　P=ρ×H孔

式中,P为孔底压力(MPa);ρ为泥浆比重(12.5 kN/m3);H孔为孔深(80m)。

计算得,P=1MPa。

采用W-6/7型空压机,排气量6m3/m in,排气压力1.4MPa,满足施工要求。

(2)滤砂设备

由于清孔过程中泥浆的循环使用,泥浆含砂率较高,为能在较短时间内是泥浆含砂率控制在标准范围内,采用泥浆滤砂器进行过滤处理,其构造如图2所示,图中,H=0.45m,A=0.3m,<

D

=25cm。

2.6　成桩控制

2.6.1　成桩塌孔预防

由于岩溶地区钻孔桩施工存在很多不稳定因素,如控制不当,在钢筋笼吊装或水下混凝土灌筑过程中,极易发生坍孔。预防这种现象,主要从控制钢筋笼吊装时间、水下混凝土灌筑时间及泥浆比重着手

。

　　　图2　滤砂器结构[2]

　(1)钢筋笼吊装时间控制

钢筋笼预制节段一般长为9m,长桩钢筋笼接头较多,如按常规两台焊机进行焊接,每接头约费时1.5h,则钢筋笼吊装就需时12h。

时间过长,为减短钢筋笼吊装时间,可增加焊机或者采用其他更有效焊接方式。号墩采用

2..

1804台焊机进行焊接,焊接时间控制在7h内,9根桩均未出现在下钢筋笼时坍孔现象。

(2)水下混凝土灌筑时间控制

影响水下混凝土灌筑速度的主要因素就是混凝土供应速度,应合理组织,避免施工现场等混凝土的现象。

(3)泥浆比重控制

一般水下混凝土灌筑时泥浆比重要求不超过1.1,在岩溶地区长桩施工时,建议水下混凝土灌筑时泥浆比重控制在1.15～1.25范围内,但二次清孔时一定要将泥浆循环均匀。

2.6.2　初灌混凝土数量计算

初灌前应计算初灌混凝土方量,并考虑导管内存料量,确保初灌埋管深度。

2.6.3　成桩质量控制

在长桩混凝土灌筑时,混凝土面擦刮泥浆护壁,造成后期孔内泥浆比重相当大,如灌筑过程中导管埋深控制不当,极易造成桩基夹泥,同时也对灌筑过程中混凝土面的准确测量带来难度。此外,随着混凝土面的升高,混凝土对孔壁压力逐渐增大,容易挤破溶洞人造孔壁,造成混凝土流失,混凝土面下降,处理不当也容易造成灌筑失败。

根据现场施工经验,建议岩溶地区水下混凝土施工时导管埋深控制在6～8m之间,困难时不低于4m,这样即能保证混凝土的灌筑质量,亦能在出现混凝土流失,混凝土面下降时,给导管接长留出足够时间。后期泥浆比重过大,无法准确测量混凝土灌筑面时,应在测量基础上应考虑1～2m虚桩,成桩时可采用竹槁准确控制超灌量。

3　施工中常见问题及处理措施

3.1　漏浆

其原因主要有:

(1)溶洞回填不密实,钻进过程中对孔壁的扰动造成漏浆;

(2)裂隙漏浆;

(3)清孔过程中泥浆比重下调,护壁减弱造成漏浆。

主要处理方法是对溶洞、裂隙进行回填填补处理,同时采用水泥对泥浆护壁进行加强。

如漏浆速度较快,则可直接回填泥质风化石夹黏土回填处理。如漏浆速度较慢,则可在回填黏土的同时投入袋装水泥进行处理。一般每回填3m黏土,投一次袋装水泥,数量为500kg,如处理效果不好可加大袋装水泥的投入量。

回填同时采用水泥加强泥浆护壁,方法为将水泥投入泥浆循环池并搅匀,通过泥浆泵正循环至孔内加强护壁。

3.2　卡钻、掉钻

造成卡钻原因较多,而钻头被卡住后,钻机操作手责任心不够,没有发现仍继续钻进,则极易造成掉钻。总言之,造成卡钻、掉钻客观原因主要有以下几种:

(1)由于斜孔、偏孔后,钻机仍在钻进,钻头歪斜被孔壁围岩蹩死,造成卡钻;

(2)在钻头击穿溶洞顶板时,冲程过大,钻头进入溶洞后被溶洞顶板蹩住,造成卡钻、掉钻;

(3)漏浆塌孔后,钻头来不及提起,造成埋钻;

(4)溶洞内石块掉入孔内,蹩死钻头,造成卡钻;

(5)钻机钢缆绳磨损过大未经维修或更换,也容易造成掉钻。

预防方法:对钻机操作手进行培训,加强其责任心,明确斜孔偏孔后应采取的措施及溶洞中钻进时应注意的事项,同时对钻机钢缆绳定期进行检查。

处理措施:钻头卡住后,切忌猛提钻头,应稳住试着上下活动钻头,看能否提出,如不行则应下附绳挂住钻头保险带,固定在钻机上,防止钢缆绳断后掉钻。

卡钻、埋钻后处理方法大致有以下几种。

(1)外力振动钻头:可采用直径较小但重量不小于1t的冲杠振动钻头,或采用水下爆破,将炸药沉至钻头底部进行爆破振动钻头,使钻头松动或摆正提出。

(2)冲杠清孔:如钻头被石块卡住,则可采用冲杠小行程冲击钻头四周,将其清开,提出钻头。

(3)扩筒清孔:如钻头被埋,则可采用外径与设计孔径同,内径较钻头直径略大,重1～2t的扩筒进行清孔,直至超过钻头底,松动钻头后提出钻头。

(4)潜水员下孔:这是速度最快也是成本最大的方法。潜水员下孔通过触摸判定钻头卡钻原因跟钻头状态,并可根据卡钻方向栓挂附绳,采取相应的办法取出钻头。

3.3　混凝土面下沉

随着混凝土灌筑面的升高,混凝土对孔壁压力逐渐增大到一定程度的时候,就会挤破溶洞处的人工造壁,造成混凝土流失,混凝土面下沉。

(下转第页)

794　挂篮悬臂浇筑连续桥施工要点

4.1　箱梁施工

(1)桥墩施工完毕后,在每个墩上设4个硫磺砂浆材料临时支墩,以便于箱梁混凝土的悬臂浇筑施工。

(2)除0号、10号块于支架上浇筑外,其它各梁段采用挂篮悬臂平衡浇筑施工,其两端允许的不平衡重量最大不得大于20t。

(3)箱梁合龙顺序为先边跨,后中跨。在单T 完成前应提早做好边跨和中跨的合龙准备工作,以便单T完成抢先合龙边跨和中跨,在有可能时宜将长悬臂和边、中跨合龙避开大风季节。在梁段施工过程中出现大风预报应停止施工,并使两悬臂端不得出现不平衡荷载,且应确保挂篮的牢固性。

(4)边跨合龙顺序

①落地支架完成边跨现浇段混凝土浇注,待混凝土达到80%强度后及单T完成后将边跨挂篮前移,将挂篮支撑在悬臂端和边跨现浇段上。此时,悬臂端承担挂篮荷载不得大于挂篮重量的60%。

②安装合龙段劲性骨架

③浇筑合龙段混凝土,待混凝土达到90%强度后张拉边跨底板预应力束。

④拆除边跨挂篮。

⑤中跨合龙顺序

(1)安装合龙段劲性骨架。

(2)拆除一端挂篮,另一端挂篮前移,将挂篮自重基本平均分配到两悬臂端上(重量误差不得大于挂篮重量的5%)。

(3)在两悬臂端用水箱加平衡重,其重量分别为二分之一的合龙段自重。

(4)在当天最低温度时浇筑合龙段混凝土,同时等量卸出水箱中的水量。

(5)混凝土达到90%强度时张拉底板预应力束,应先张拉长束后张拉短束。

(6)拆除中跨挂篮。

5　结束语

预应力混凝土连续梁桥的结构受力有利于悬臂施工,悬浇作为无支架施工,有利于通航河流建桥、有利于深山峡谷之间建桥、有利于城市立交建桥,既不妨碍桥下净空,也不影响桥下交通,同时又有利于变高度箱梁施工,这些优点在本工程实例均得到了体现,较好地解决了桥下通航和桥梁施工互扰的问题,取得了较好的效果。

参考文献

1　范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,1985

2　张继尧,王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].

北京:人民交通出版社,2003

3　T B10002.1-2005　铁路桥涵设计基本规范[S]

4　T B10002.3-2005　铁路桥梁钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范[S]

　　(上接第73页)

一般来说,混凝土流失速度较为缓慢,因此要求我们在水下混凝土灌筑的时候勤观察勤测量,一旦发现孔内泥浆面下降,立即测量孔内混凝土面的高度,如导管仍有埋深则可接长导管,同时观察导管内是否已进入泥浆。加大测量频率,防止导管口露出混凝土面后仍在接导管。

混凝土灌筑完成后,导管不可立即取出,应保留1～2m埋管观察半小时后再取出导管。80-7就是在水下混凝土灌筑完成后,混凝土面下沉了8m。

4　结束语

(1)施工前做好施工预案及过程控制交底,确保顺利成孔。预先编制溶洞及其他不良地质的处理方案,且向每一位操作工人及现场管理人员清除交底。并随着施工的深入开展,随时修订技术措施,确保发生异常情况能及时处理。

(2)认真核查地质,做好终孔条件判断。由于岩溶发育的无规律性,可预见性差,设计钻探资料也难以完全真实的反映实际地质情况,因此加强地质复核十分重要,保证桩基嵌岩深度。

(3)加强现场管理,并形成制度。确保桩基漏浆等特殊情况发生后能得到及时的处理。

在汀泗河特大桥超长桩基施工过程中采取了上述施工控制措施,在现有的施工设备条件下,基本解决了岩溶地区长桩施工的技术难题。(参考资料:〈1〉铁道第四勘察设计院设计文件;〈2〉鲁胜利.浅谈旋流分离技术在桥梁桩基清孔作业中的应用)下载本文