1前言
我国幅员辽阔,地质情况复杂多变,在西南、中南地区,岩溶现象普遍存在,给桥梁基础施工带来了较大的困难。岩溶根据其发育强度,可分为强烈发育,中等发育,弱发育,微弱发育4种,在岩溶强烈发育区,主要表现为大型暗河,廊道及较大规模的溶洞。对于这种岩溶地质,在地质勘探时容易发现,并会引起勘探人员及设计人员的高度重视,工程中将尽可能避免或采取其它特殊措施处理。其他三种发育强度的岩溶区存在更为普遍,多表现为溶蚀、溶沟、溶槽、中小型串球状洞穴或单个小型洞穴,裂隙较为发育等形态,而对于这种发育程度的岩溶区域,由于岩溶表现形式的多样性及规律性不强的特点,在目前的勘探手段及有限资金情况下,给勘探设计与施工带来很大的不确定因素。
笔者2002年10月至2003年3月参加了湘潭至邵阳高速公路十九A标秋田中桥的施工,现结合该桥桩基施工出现的问题,分析总结岩溶地区桩基施工应注意的几个问题。
2.1工程概况
潭邵十九A标K203+165中桥为3*13m钢筋砼空心板桥,桩基础,桩柱式桥台,基础为φ1.5m桩基。
2.2地质勘探资料
覆盖层10-20m深,由上而下分为:①填土1.0-1.5m厚,②亚粘土,黄褐色,5-10m厚③亚粘土,黄褐色,厚6-8m,下伏为石灰岩,灰白色,桩基嵌岩深度要求1m。
2.3工程进展情况
潭邵十九A于2000年6 月开工建设,计划2003年12月竣工通车,至2002年9月该标段路基工程已完成90%,路面底基层完成60%,基层依次开工,进展正常,但K203+165秋田中桥从2000年8月开工后,由于该桥地质情况异常复杂,除0#台地质情况较为稳定,1#墩、2#墩、3#台桩基均位于旧河道上,覆盖层厚,地下溶沟、溶槽、纵横交错,溶洞多达5-6层,有的相互连通,地下水量大,因此,工程进展缓慢,到2002年9月只完成桩基11根,占工程进度计划的20%,尽管项目部先后采取了多种措施,但均未奏效,处于无法进展下去的困境,已成为制约十九A标乃至整个潭邵高速公路总体进度的关键工程,鉴于这一严竣局面,十九A标项目部决定充实力量,加大投入,抽调笔者和十九A一工区区长阳树龙同志负责该桥的施工。
3.1.1前期项目部采用人工挖孔,方法:3-5人一组,采用人工开挖,手摇卷扬机吊装,该方法成本低,施工机具少,简便灵活,但只适合地下水量小的桩基成孔,在0#台和1#墩、2#墩中共11根完成的桩基既采用该方法完成。
3.1.2当开挖3#-6、3#-5桩基时,挖至16m后,就发生涌水,淤泥上涨,再次开挖,再次上涨,多次反复,始终无法向下进展,由于不断掏空淤泥、流沙,附近100-200m处的农田多处发生垮塌,说明该桥址处地下溶洞可能相互连通,在无法进展下去后,项目部采取了以下一些措施。
①砼护壁
每向下挖0.5-1m,即浇砼护壁,标号C20,厚0.15m,配φ16钢筋,间距20cm,但护壁遭到推挤破坏,未能奏效。
③采用帷幕注浆
沿3#-6桩基外围设孔注浆,间距30-50cm,孔径100mm,水泥浆采用425#普通砼硅酸盐水泥,配合比:水:水泥=0.8:1.0
3.2合理选择钻孔设备
桩基成孔目前常用方法有人工挖孔,旋转钻机成孔,冲击钻进成孔,冲抓钻进成孔。人工挖孔,无需钻孔设备,造价低,灵活方便,但局限性大,只适合于无水或地下水量不大,孔深较浅,岩溶发育强度较弱的情况下采用;旋转钻机成孔(又可分为正循环旋转钻机成孔和反循环旋转钻机成孔)适用于黏性土,砂类土,含少量砂砾石的土(砂砾石含量少于20%,粒径小于钻杆直径的2/3),孔径为80-250cm,孔深30-100m;冲击钻成孔适用于黏性土、砂类土、砾石、卵石、漂石、较软岩石,孔径80-200cm,孔深小于50m;冲抓钻适用于淤泥、腐殖土、密实黏性土、砂类土、砂砾石,孔径100-200cm,孔深适宜20m以下。
总结前期施工的经验教训,综合分析本桥地质情况,认为,本桥位溶岩情况复杂,流砂强,岩石强度较高,应采用大型冲击钻。
在确定方案后,项目部立即采取果断措施,从衡阳调进两台大型冲击钻,昼夜施工,3#-6,3#-5,顺利下钻成孔,采用冲击钻后,施工顿时变得顺利,进度迅速赶了上来。
3.3 岩溶地区泥浆的制备和使用
泥浆一方面起到护壁,防止钻孔垮塌的作用,另一方面,起到浮渣作用,一般应选用塑性指数Ip>10,黏性土或膨润土,不同的土层泥浆相对密度可按表1数据选用:
对于岩溶地区钻孔,泥浆相对密度应取较大值,本桥施工中采用1.2-1.4,在钻进过程中,由于存在溶沟、溶洞、泥浆极易损失,应及时补充,并采取必要的措施。
在溶蚀带的岩溶地质,往往裂隙发育,溶沟、溶槽、溶洞错纵复杂,本桥在3#-5钻进至20m时,突然发生漏浆,在15min内,孔内水位下降了1.8m,由于孔内水位骤降,钻孔周围约2m范围内地面出现了裂缝,有可能造成大的塌孔。在这种情况下,笔者根据以往经验,立即组织民工向孔内投放水泥,这一措施效果显著,30min后,水位下降得以控制,水位完全稳定后再加大泥浆浓度,在控制钻进速度的措施下,继续缓慢钻进。
如果存在较大的溶洞可按如下方法处理:
1)在孔口附近准备足够的小片石和粘土,最好配备一台ZL50型装载机,当遇到溶洞漏浆时,迅速铲起片石和粘土填孔,同时大量补水。
2)当钻至离溶洞顶部附近时,采用小冲程,逐渐将洞顶击穿,比例回填粘土和片石,仍采用小冲程轻砸,让粘土和片石充分挤入溶洞内壁。待粘土和片石充分挤入溶洞内形成稳定护壁后,并且泥浆漏失现象全部消失后正常钻进。
3)当漏浆严重,回填粘土和片石没有作用时,可采用直接灌注水下混凝土的措施。方法如下:按照灌注水下混凝土的施工方法下导管至已钻孔底0.3m-0.5m,灌注水下混凝土,至溶洞填充完毕,判断标准以灌注混凝土面超过溶洞洞顶1m左右且混凝土不再下降为准,待混凝土强度达到30%-50%左右后,重新钻进。
也可采用钢护筒穿过溶洞或采用帷幕防渗技术,以保证钻进的顺利进行,防止漏浆、塌孔。