基于高速公路岩溶地质下桥梁桩基施工技术
摘要:岩溶地质在高速公路桥梁桩基施工中非常普遍,本文结合工程实例,分析了岩溶地质条件下桥梁桩基施工存在的困难，并在合理选择岩溶、砂砾地质桥梁钻孔桩施工中，砂砾层、溶洞、水下混凝土灌注及保证嵌岩深度等方面的技术处理措施,处理效果较好。
关键词:桥梁桩基，岩溶地质，施工技术
1工程概况
某桥设计为3跨、单跨13m普通钢筋混凝土简支空心板桥,桩柱式桥墩,基础采用钻孔灌注桩施工。此桥上部结构很普通,亦属中型桥梁。但基础施工却比较复杂,桥基桩基基底在岩溶甚发育的灰岩地区,基岩浅部具较强的可溶性,且溶洞繁多,覆盖层为1.5～8.9m深、粒径大小不等的卵石层。地质年代为中泥盆系棋子桥组,岩性基本均匀,呈厚层状构造,细、微晶结构。岩石中岩溶发育强烈,9个钻孔(桥位选址时多钻了1个孔)共钻进80.55m，其中见溶洞的累计深度达50.95m，线岩溶率为63%。河床砂卵石层下部基岩中大大小小的溶洞内均有砂及少量砾石填充,地下水也互相贯通,同时有溶沟,石林分布。持力层单轴抗压强度较高,经检测均大于50MPa。
2施工技术的难点
本桥基础部分于2009年4月14日开工,考虑河床中有较多的大粒径卵石及漂石,决定采用冲击钻配实心冲击锥成孔,在重力作用下将孤石及风化岩石打碎后挤入孔壁四周起到护壁作用并增加土层与桩间的侧摩阻力。由于当时对这种地质条件施工经验不足,在2号墩的2号桩(ZK8)钻到8m深时出现塌孔,护筒被埋,钻机也严重倾斜,钻头也难提上的现象,施工几乎陷入停滞状态。
又以1号墩的2号桩(ZK9)为例,该桩设计桩长16.2m,桩径为<100cm,护筒埋深3m。5月15日下午开钻,5月17日当钻至7.5m深时,孔内水位突然下降,立即停钻回填粘土约12m3,片石8m3,用钻头缓冲,同时用2台泥浆泵往孔内补充泥浆,约20min多后稳住了水位,继续钻进。灌注完毕后清点水泥用量,设计需用水泥5.9t,实际耗用水泥14.5t,超过设计用量2.5倍。
3处理措施
作出认真的分析后,根据施工时出现的问题找出了原因并补充制订了详细的施工方案,抓住了3个关键:砂砾层的钻孔处理、溶洞的处理和水下混凝土流失的处理。这3个环节中任何一个环节出现问题都会影响施工质量,甚至出现废桩,造成巨大的经济损失,后果会不堪设想。
3.1砂砾层的钻孔处理
开钻前准备几节直径小于130cm的钢护筒(长1.5m，壁厚8mm),随钻孔逐渐下至砂砾层,起支护作用,可避免因漏浆造成砂砾层溜坍。具体施工操作如下:
1)先埋设好钢护筒,钻孔开始时加大钻头直径至1.1m,钻进时用冲击钻头小冲程缓冲,注意控制泥浆浓度和钻机进尺。
2)随施工进尺的进度提起钻头,覆盖层较厚时用2节铜护筒接长,接头处用<20mm钢筋焊接牢固。
3)接好钢护筒后在护筒顶部盖一块厚10mm以上的钢板,提起钻头,用钻头轻砸中心,将钢护筒缓缓压进,在轻砸时要准确控制好护筒中心位置,出现偏差应及时调整,防止偏孔。结合地质图及时判断砂砾层的深度,保证钢护筒应穿过整个河床砂砾覆盖层。
3.2溶洞的技术处理
因本桥在溶洞地质处施工,开工前先进行细致地分析,制定好切实可行的施工方案,要求参与基础施工的技术人员和相关的技术工人详细了解此桥每个桩基的地质情况,熟读地质图纸及资料,熟悉每个桩孔的溶洞位置、大小等情况,做到钻孔时心中有数。具体施工操作如下：
1)各孔周围准备足够的小粒径片石(粒径不大于15cm)和优质粘土,粘土最好做成泥球状(15～20cm)或饼状后用薄膜包裹,防止干裂。同时,在施工过程中准备1台ZL40型装载机并随时待命,以便遇到溶洞漏浆时,迅速铲起片石和粘土填孔。
2)当钻至离溶洞顶部附近时,钻机采用小冲程,逐渐将洞顶击穿,防止卡钻。具体操作为:钻孔至溶洞位置时,按照灌注水下混凝土的施工方法下导管至离溶洞底0.3～0.5m处,灌注低标号水下混凝土,对照地质图,将溶洞填充完毕。判断标准以灌注混凝土面超过溶洞顶1m左右,且混凝土面不再下降为准。待混凝土强度达到30%～50%后,继续钻进。
3.3水下混凝土灌注中混凝土流失的技术处理
本桥前期施工的几根桩基中,水下混凝土实际灌注的数量都大大超过了设计数量,最多的要超过设计数量的4.14倍。针对此现象,采取了如下施工措施:
1)加大混凝土生产和运输能力,采用大容量混凝土搅拌机,并预备一台备用,以免1台搅拌机出现故障而影响桩基灌注质量;同时加大混凝土的初存量,按正常施工混凝土在漏斗中的初存量应为2m3左右,考虑到漏浆的影响,加大初存量至3m3,避免因首盘混凝土数量不够造成导管埋深不够而断桩。
2)混凝土灌注过程中应加大导管埋深,我们一般控制导管埋深不小于3m。再者,桩顶混凝土面灌注高度要超过设计高程1.5～2.0m,避免在灌注完成拨出导管后混凝土面下降造成短桩。
3)对最后2根桩的灌注,除采取以上措施外,还采取了2个重要的技术措施:对照地质图,一是在下钢筋笼之前对高度不大于1m的小型溶洞在钢筋笼上包裹2～3层彩条布(并注意此节段应多布设砂浆垫块确保桩基混凝土有足够的保护层厚度,同时保证嵌岩深度和桩径的大小符合设计,不出现颈缩现象),阻止混凝土在小溶洞节段的流失;二是由于此桥桩基溶洞中都有砂砾石填充物,在钻孔前用地质钻机在桩孔周围钻2～4个孔,钻至大于1m深的大型溶洞处停下后用高压泵压注水泥净浆(所谓注浆法)。节约了水泥,提高了工效,缩短了工期,有效地阻止了水泥浆的流失,更重要的是显著地减小了出现断桩事故的几率。
3.4保证嵌岩深度的措施
本工程设计要求桩端进入完整基岩即所谓嵌岩深度大于等于1.5倍桩径(1.5m),而地质资料及实际施工表明,由于岩溶强烈发育,岩面起伏,溶沟、溶槽、裂隙纵横,因此,全岩面的正确判断成为本工程成孔施工的又一关键。影响全岩面判定的因素较多,而现有的桩基技术施工规范、规程等均未列出统一的判定标准,我们只好根据现场施工情况及经验从以下几个方面综合判断：
1)注意观察施工进尺进度,当进尺速度只有0.1～0.2m/h,可判定为进入基岩面,以桩孔见基岩面开始,至少进尺50cm深度后进行全岩面的检验。
2)仔细观察井口钢丝绳的摆动情况,钢丝绳摆动越大,说明岩面越倾斜(此时需要在钢丝绳摆动方向抛一些片石下至孔底后用钻机钻头小冲程冲击片石至密实,使钻头受力均匀,起纠偏作用,以免孔身倾斜);当钻头触到岩面时钢丝绳有轻微的反弹。
3)使用细的筛孔筛捞取岩渣,岩屑含量在50%～80%以上,且含泥、含砂量小于5%时,认为已入岩。
4)进入全岩面并不能认为已进入完整基岩。进入完整基岩的标准一般认为嵌岩桩应嵌入新鲜、致密、处在微风化程度以上的岩层。这时,岩体完整性好,风化裂隙很少,用重锤锤击发音清脆。如出现特殊情况或判断标志不明显,则进行现场地质钻探补钻取芯样来判断。对于大桥或特大桥必要时应进行岩体声波测试或现场地质钻探取样进行荷载试验来进行基底验收较为准确可靠。
4结束语
在施工过程中,通过实践总结出了以上几点处理措施,积累了一些经验，基本上顺利地解决了岩溶、砂砾地区桥梁钻孔桩的技术难题。成桩后由土木工程检测中心对每根桩进行了无破损检测,经检测成桩质量较好,无缺陷桩或不合格桩,其结果得到了桩基检测单位的好评，同时取得了良好的经济效益。
