橋梁課題6巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

1、橋梁課題6巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究巖溶地區(qū)鉆孔樁施工技術(shù)一、前言巖溶地區(qū)鉆孔樁施工成功的例子專(zhuān)門(mén)多，例如，在桂林市雉山公路大橋施工中克服了重重困難，成功地在巖溶發(fā)育地區(qū)建成鉆孔樁基礎(chǔ)，采納了鋼護(hù)筒跟進(jìn)沖擊成樁工法；衡廣復(fù)線北鄉(xiāng)大橋樁基施工，在沖擊鉆的沖擊作用下，將粘土塊和片石擠入溶洞和巖溶裂隙中,完成護(hù)壁和成孔工作;京九鐵路吉安贛江特大橋處于巖溶發(fā)育地區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖溶發(fā)育程度高、規(guī)模大，溶洞成串顯現(xiàn)，暗河縱橫交錯(cuò)，該橋鉆孔樁施工采納了單護(hù)筒及雙護(hù)筒跟進(jìn)、回填沖鉆、泥漿護(hù)壁等綜合施工工法。武廣客運(yùn)專(zhuān)線第1、5標(biāo)段橋梁數(shù)量眾多，所占比例大，大多橋位處存在溶洞，溶洞形狀各異，錯(cuò)落無(wú)序，有

2、的溶洞發(fā)育規(guī)模大，部分上下分布有23層溶洞。為摸清溶洞的分布、大小、填充情形、漏水情形等，以指導(dǎo)施工，在全面鋪開(kāi)樁基礎(chǔ)施工前，除依照設(shè)計(jì)提供的初勘、施勘地質(zhì)資料外，還應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)勘、電磁波層析CT探測(cè)等多層次勘察。依照溶洞的不同特點(diǎn),采取沖擊鉆機(jī)成孔并配合相應(yīng)的施工方案，確保成孔、成樁的可靠性。二、施工工藝一關(guān)鍵技術(shù)巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證成孔過(guò)程中不漏漿、或雖漏漿但不發(fā)生坍孔，保證樁孔順利成孔、成樁并滿足承載力要求。二施工方法1.對(duì)溶蝕發(fā)育輕微、空泛不大、施工時(shí)漏漿量小的樁基施工采取正常成孔方法施工，當(dāng)鉆穿溶洞漏漿時(shí)，反復(fù)投入黃土和片石，利用鉆頭沖擊將黃土和片石擠入溶洞和巖溶裂

3、隙中，還可摻入水泥、燒堿和鋸末，增大孔壁的自穩(wěn)能力。工藝程序施工預(yù)備一埋設(shè)護(hù)筒一移動(dòng)鉆機(jī)、定位T護(hù)筒內(nèi)投入土、片石、水一鉆孔一抽硝一吸泥清硝。2施工要點(diǎn)開(kāi)孔時(shí)用小沖程沖擊鉆孔，要打得準(zhǔn)、打得穩(wěn)，間斷沖擊,少抽楂,使開(kāi)口圓順。加入小于15cm片石，反復(fù)沖擊2-4次，擠密護(hù)筒底部周?chē)翆?。緊密注意觀看鉆機(jī)工作情形、周?chē)乇沓两岛妥o(hù)筒內(nèi)水位變化，防止不正常情形發(fā)生。©依照地質(zhì)柱狀圖，在接近溶洞時(shí)勤觀看、勤檢查，憑手握沖擊主繩的手感，鉆頭沖擊巖層的響聲，抽取的巖樣判定是否接近巖溶地層。接近巖溶時(shí)主繩松繩量應(yīng)為l-2cm,防止擊穿巖殼時(shí)卡鉆。鉆穿巖溶地層上殼時(shí)一旦漏漿，要及時(shí)投放粘土塊、片石并

4、補(bǔ)水，保持孔內(nèi)水位高度。2、空泛較大且充填物為軟塑狀的單層溶洞條件下的樁基施工采取振動(dòng)錘下沉鋼護(hù)筒到基巖，然后沖擊鉆孔至溶洞頂板，利用沖擊鉆穿溶洞頂板后,灌注低標(biāo)號(hào)碎，使碎面高于溶洞頂面，碎灌注時(shí)采取問(wèn)歇方式。待已達(dá)到一定強(qiáng)度后再連續(xù)鉆孔，穿過(guò)低標(biāo)號(hào)碎成孔。1工藝流程空泛較大的單層溶洞條件下鉆孔樁施工工藝流程2施工要點(diǎn)反循環(huán)沖擊鉆孔：采取沖擊成孔時(shí)，為防止沖擊振動(dòng)使鄰孔壁坍塌或阻礙鄰孔剛灌注的碎凝固，待鄰孔碎灌注完畢24h后開(kāi)鉆。鋼護(hù)筒下到巖面以后，即開(kāi)始對(duì)覆蓋層和頂板進(jìn)行沖鉆。在覆蓋層中可采納正反循環(huán)鉆進(jìn)，沖鉆方法與一樣沖擊鉆孔相同；在巖石地層中以十字型鉆頭沖擊基巖成孔，鉆進(jìn)方式為泵吸反循環(huán)

5、。巖層中鉆進(jìn)時(shí)，泥漿濃度操縱在1.151.20o當(dāng)鉆穿巖溶頂板時(shí)暫停鉆孔，拆移鉆頭，進(jìn)行溶洞區(qū)水下碎的灌注,碎采取低標(biāo)號(hào)碎，碎配合比由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，保證每批碎坍落范疇在3米左右。碎灌注采取間歇灌注方法以免碎流失太遠(yuǎn)造成自費(fèi)，直至到達(dá)溶洞頂面以上1.0米，待碎達(dá)到強(qiáng)度后連續(xù)鉆孔，鉆孔穿過(guò)低標(biāo)號(hào)碎成孔。3 .充填物為流塑狀或空泛較大的多層溶洞條件下的樁基施工采納雙護(hù)筒跟進(jìn)方式?jīng)_擊成孔。(U工藝流程空泛較大的多層溶洞條件下鉆孔樁施工工藝流程圖2施工要點(diǎn)外護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大20cm,內(nèi)護(hù)筒直徑應(yīng)較設(shè)計(jì)樁徑大5cmo施工程序：依照地質(zhì)鉆探資料提供的溶洞分布情形，按照先短后長(zhǎng),先易后難，先外后內(nèi)的原那

6、么確定各樁施工順序。夕目戶筒下到巖面以后，即開(kāi)始對(duì)覆蓋層和頂板進(jìn)行沖鉆，其鉆孔方法與傳統(tǒng)的沖擊鉆孔方法相同，但成孔的樁徑比設(shè)計(jì)樁徑大7cm,以便內(nèi)護(hù)筒順利通過(guò)頂板。護(hù)筒跟進(jìn)示意如以下圖：外層護(hù)下至灰?guī)r面當(dāng)鋼護(hù)筒打至第一層巖面或穿過(guò)溶洞到下一層巖面時(shí)，為使開(kāi)孔堅(jiān)實(shí)、豎直、圓順和對(duì)連續(xù)鉆孔起導(dǎo)向作用,應(yīng)在鉆孔前拋0.5L0m3的小片石和適量粘土，借鉆頭沖擊力把泥漿、石塊擠向孔壁，以加固護(hù)筒刃腳。當(dāng)內(nèi)護(hù)筒下沉到位后，在內(nèi)外護(hù)筒間進(jìn)行拋石壓漿處理，以增加護(hù)筒的整體剛度。之后進(jìn)行內(nèi)護(hù)筒的排泥和穩(wěn)固巖面的鉆孔。雙護(hù)筒沖擊鉆孔采納吸泥法清孔。為使鉆孑碎與孔底巖體粘接良好，灌注水下碎之前需用高壓水沖射排除殘硝

7、。3護(hù)筒刃腳固結(jié)處理當(dāng)鋼護(hù)筒打至第一層巖面或穿過(guò)溶洞到下一層巖面時(shí)，鋼護(hù)筒周邊不可能與巖面完全接觸，加上巖面巖面一樣較為傾斜，內(nèi)護(hù)筒與巖面之間一樣往往會(huì)形成較大間隙，假設(shè)不加以固結(jié)，在入巖沖進(jìn)過(guò)程中會(huì)成為樁孔與樁外的通道，極易造成埋鉆和過(guò)護(hù)筒腳時(shí)產(chǎn)生偏孔或斜孔，留下質(zhì)量隱患。在施工中采取的方法如下圖。利用沖擊成孔時(shí)對(duì)孔壁會(huì)產(chǎn)生擠壓的特點(diǎn)，在鋼護(hù)筒刃腳范疇內(nèi)拋填塊石、粘土，用2-4m沖程進(jìn)行沖壓，使其密實(shí)造壁，反復(fù)多次，直至孔底平坦才能夠向下沖進(jìn)，處理同時(shí)能夠沖平參差不齊的巖面。內(nèi)護(hù)筒 外護(hù)筒內(nèi)護(hù)筒刃腳處理示意圖4 .溶洞發(fā)育且對(duì)墩臺(tái)樁基有阻礙的樁基施工在試驗(yàn)段投標(biāo)中有此方法在樁基施工前進(jìn)行石粉

8、加水泥壓漿堆填處理，使溶洞封閉，鉆孔過(guò)程中不漏漿。1壓漿工藝詳見(jiàn)''巖溶樁基壓漿工藝流程圖。2施工要點(diǎn)鉆注漿孔依照地質(zhì)情形在每一根樁的中心位置鉆注漿孔，通過(guò)取芯探明溶洞的高度及填充物的詳細(xì)情形。鉆孔施工方法如下：鉆機(jī)采納XU-600型地質(zhì)鉆機(jī)。開(kāi)孔采納（plO8mm巖芯管開(kāi)孔，鉆進(jìn)分層采樣，直至鉆入基巖面0.5m以下后，下（plO8mm套管，并嵌入基巖;套管露出地表0.20.5m。用75號(hào)水泥砂漿固結(jié)套管,并將孔口套管四周搗巖溶樁基壓漿工藝流程圖實(shí)封閉，防止?jié){液從套管周?chē)觯璧K注漿成效。待固結(jié)套管水泥初凝后，連續(xù)鉆進(jìn)，循環(huán)水采納清水。依照取出的巖芯確定巖溶發(fā)育特點(diǎn)。洗孔后按

9、要求做注水試驗(yàn)，擰上孔口蓋。壓漿壓漿設(shè)備要緊為JS350型攪拌機(jī)、KBY-30/120型注漿泵。在壓漿前先進(jìn)行注水試驗(yàn)，確定單位長(zhǎng)度吸水量。漿液選用石粉水泥漿，用32.5級(jí)水泥，石粉水泥漿配合比為水：水泥:石粉=1:1:0.8o壓漿時(shí)注漿壓力不宜太大,操縱在0.5l.OMPa范疇，具體壓力值由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。為防止?jié){液流失太遠(yuǎn)造成白費(fèi)，采納間歇注漿方式，使得先注入的漿液初步達(dá)到膠結(jié)后再注漿，循環(huán)注漿多次，直至達(dá)到規(guī)定的單位注漿量、注漿壓力操縱值為止。注完一個(gè)孔后，連續(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)自行把握。注漿完后采納鉆孔檢查，檢查孔數(shù)為5%,依照取芯漿液充填情

10、形直觀判定注漿成效。注漿完成等漿液凝固到一定強(qiáng)度后即進(jìn)行鉆孔樁的施工，施工按常規(guī)鉆孔樁施工方法。在通過(guò)處理后的巖溶處成孔時(shí)，成孔方法差不多上與一般石質(zhì)地層成孔方法相同。成孔時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：A.成孔必須待注漿凝固、強(qiáng)度達(dá)到要求才能進(jìn)行，巖溶注漿處理一樣等待時(shí)刻為10d左右。B.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，依靠沖擠在溶洞內(nèi)形成粘土的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻，保持孔內(nèi)泥漿高度，使沖鉆順利進(jìn)行。C.接近巖溶地段，采取輕錘沖擊、加大泥漿濃度的方法成孔，以防卡鉆和掉鉆。三.常見(jiàn)事故的處理.卡錘1緣故：在基巖段成孔時(shí)由于樁錘磨損未及時(shí)修補(bǔ)；在沖擊時(shí)發(fā)生掉物、掉石；鋼絲繩沖

11、放過(guò)多，致樁錘傾倒頂住孔壁；溶洞底板傾斜或遇到半邊溶洞。2處理措施：慢試法：鉆頭卡在中間任何部位時(shí)，應(yīng)將主繩徐放一收緊一徐放一收緊，反復(fù)進(jìn)行使鉆頭旋轉(zhuǎn)從原位槽道提出；沖擊法：將主繩放松3-5m,用鉆頭副繩吊一重物向下沖擊鉆頭，使之產(chǎn)生松動(dòng)，主繩重復(fù)慢試法；輔助提升法：用吊機(jī)、千斤頂或鉆機(jī)副繩穿滑車(chē)組加力提升；水下松動(dòng)爆破法：測(cè)準(zhǔn)鉆頭被卡高度后，迅速將乳化防水炸藥捆成兩組，加配重對(duì)稱放入鉆頭刃腳部位，之后將鉆機(jī)主繩帶緊或以吊機(jī)輔助緊提，采納電雷管起爆；5s實(shí)無(wú)法取錘時(shí)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單面是出樁基修改方案。2 .掉錘1緣故：錘體質(zhì)量有問(wèn)題，造成錘體斷裂；鋼絲繩斷裂；進(jìn)尺時(shí)遇到大溶洞，且填充物為軟塑性土質(zhì)或空

12、泛時(shí)，因?yàn)椴倏v進(jìn)尺，沖錘一下進(jìn)尺數(shù)米，引起掉錘。2處理措施：選用打撈鉤、沖抓錐等合適的打撈工具將錘體撈起;確實(shí)無(wú)法撈起時(shí)，清設(shè)計(jì)單位提出樁基修改方案。3 .塌孔埋鉆1緣故：施工時(shí)由于碰到溶洞或與樁位外溶洞相通的裂隙，引起突然間大量泥漿漏失。2處理措施：發(fā)生漏漿時(shí)要及時(shí)補(bǔ)漿補(bǔ)水，堅(jiān)持孔內(nèi)水頭，防止孔內(nèi)外產(chǎn)生過(guò)大的水頭差，并迅速堵漏。4、其它事故因地質(zhì)條件復(fù)雜，在勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)期，進(jìn)行地質(zhì)鉆探時(shí)，顯現(xiàn)了掉鉆現(xiàn)象。在鉆孔樁施工中，一旦碰到鉆探時(shí)留下的鉆桿、鉆頭等，將用打撈鉤、沖抓錐等合適的打撈工具進(jìn)行打撈，確實(shí)無(wú)法撈起而又阻礙鉆孔樁鉆進(jìn)時(shí),那么請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位提出樁基修改方案。1、沖擊鉆機(jī)，YKC30、CZ3

13、0型2、震動(dòng)錘，BMI-1500型3、起重機(jī)，25t4、空壓機(jī),12m3/min5、潛水泵6、吸泥機(jī)五.質(zhì)量操縱措施1、施工組織治理方面的措施(1)邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)、監(jiān)理、科研和大專(zhuān)院校等單位專(zhuān)家參加技術(shù)攻關(guān)研討會(huì)，制訂切實(shí)可行的施工方案。2對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，制定相應(yīng)的規(guī)章制度，使施工人員有章可循，強(qiáng)化組織指揮，建立必要的獎(jiǎng)懲制度。(3)組織技術(shù)革新、質(zhì)量治理和科技攻關(guān)組。2、施工技術(shù)計(jì)策溶洞地質(zhì)同一樣地質(zhì)相比較，其特點(diǎn)表現(xiàn)在它的非均質(zhì)性和非密實(shí)性,反映在鉆孔施工中的形式為：A.間隙漏漿造成塌孔；B.難以形成符合設(shè)計(jì)樁徑的標(biāo)準(zhǔn)圓孔；C.水下碎灌注流失無(wú)法估量，容易造成斷樁。1漏漿、坍孔的技術(shù)計(jì)策

14、要求司鉆人員隨時(shí)對(duì)比地質(zhì)鉆探資料檢查孔內(nèi)水頭高度、泥漿稠度和鉆頭負(fù)荷是否正常。長(zhǎng)護(hù)筒跟進(jìn)。進(jìn)行散拋填。將堅(jiān)硬片石、粘土及水泥作成混合物，視漏漿程度反復(fù)拋填沖擊。2偏孔的技術(shù)計(jì)策溶溝、溶槽、巖面起伏不平。在鉆孔穿過(guò)覆蓋層或溶洞填充物接觸溶洞頂板時(shí)，鉆孔速度會(huì)明顯降低，主繩擺動(dòng)大，遇此情形應(yīng)趕忙提出鉆頭，拋入堅(jiān)硬片石、碎石和塊狀黃土，以小沖程沖擊，待沖到原位后第二次拋入柜同配備的混合物以大沖程沖擊，反復(fù)進(jìn)行，直到不偏孔為止。溶洞側(cè)壁侵入孑府。以加入大塊片石為主，并適當(dāng)降低泥漿比重，回填后以小沖程鉆進(jìn)，鉆頭平穩(wěn)后再加大沖程造孔。3卡鉆的技術(shù)計(jì)策司鉆人員隨時(shí)觀看鉆機(jī)負(fù)荷和主繩擺動(dòng)情形，發(fā)覺(jué)卡鉆征兆及時(shí)提起鉆頭進(jìn)行拋填處理。在距溶洞頂板以上30-50cm處改變鉆孔沖程和沖擊次數(shù)，采納慢打輕擊，進(jìn)入溶洞后反復(fù)拋填片石、黃土及水泥。改變鉆頭形式。在原十字形鉆頭上焊圈，把十字形連接起來(lái)，使之減慢鉆進(jìn)速度，一次成孔并圓順。4掉鉆的技術(shù)計(jì)策鉆頭龍門(mén)與鉆體區(qū)段間加工成圓弧過(guò)渡，防止斷面尺寸突變，形成薄弱部位引起應(yīng)力集中而斷裂。在鉆孔過(guò)程中要經(jīng)常檢查鉆具、鋼絲繩、鉆頭直徑磨損程度，發(fā)覺(jué)超限應(yīng)及時(shí)更換。5樁底嵌入巖層深度的保證措施鉆頭應(yīng)用優(yōu)質(zhì)45號(hào)鑄鋼制造，幾何形狀要能幸免鑄造時(shí)產(chǎn)生熱拉應(yīng)力和使用時(shí)應(yīng)力集中現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊以履帶板、鋼軌頭做補(bǔ)焊材料，用鑄鋼焊條堆焊，施焊部位先預(yù)熱，由