穿越复杂溶洞地质的钻孔灌注桩施工方法

穿越复杂溶洞地质的钻孔灌注桩施工方法

方　成

(武汉市建兴基础设施建设有限公司,武汉430030)

摘　要:　结合武汉市三环线南环段B标高架桥桩基施工实例,针对存在溶洞的复杂地质情况,提出钻孔灌注桩施工技术,掌握施工安全措施与质量控制要点,为该地质情况下的钻孔灌注桩施工提供了宝贵的经验。

关键词:　钻孔桩;　溶洞;　施工

Construction T echniques of Bored Piles in Complex K arst District

FA N G Cheng

(Wuhan Jianxing Infrastructure Building Limited Company,Wuhan430030,China)

Abstract:　Pile foundation construction example was combined in south section B bidding of wuhan city third link.In view of the existence of the cave complex geological conditions,the construction technology of bored piles were proposed,safty controlling and security quality were controlled.Valuable experience on construction techniques of bored piles were provided under the similar geological conditions.

K ey w ords:　bored piles;　karst;　construction

目前,穿越溶洞地层的钻孔灌注桩的施工技术发展迅速,但溶洞地层的钻孔灌注桩施工一直是工程关注的重点[1],例如,吴红承研究了西南地区穿越复杂岩溶地质钻孔施工技术[2],许钧愿介绍了皖南山区中溶洞地区桩基施工技术[3],张震阐述了华东地区钻孔灌注桩穿越溶洞地层的施工[4]。在不同地域范围,溶洞的结构地质状况存在差异,钻孔灌注桩施工工艺也不尽相同。

结合武汉市三环线南段B标的立交工程项目钻孔灌注桩施工实例,提出了穿越水文地质情况错综复杂的溶洞钻孔灌注桩施工施工技术,掌握它的施工安全措施与质量控制要点。

1　工程概况

武汉市三环线南环段西起白沙洲长江大桥,东至老武黄公路,全长23.62km,为城市快速路,双向6车道,设计车速80km/h。青菱立交至野芷立交之间属于高架桥,其中B标段共有钻孔桩236根,根据地质报告,在桩位处存在溶洞的地方有8处,最深达44m,洞高3m,桩位侧边存在溶洞的地方有11处,最深达51m,洞高1.6m,经超前钻发现11#～27#桩位岩溶地段的溶洞均呈半充填状态,充填物分为粗砂与碎石混合物及粘性土与碎石混合物,颜色均为灰黄色,具软塑状态,洞周裂隙发育,溶蚀现象严重,地质勘探孔钻进过程中有漏浆现象。由于该段实际地质情况更加复杂,岩层表面极度不平整,包括部分溶洞的底板也有倾斜的状况,另岩层表面存在溶沟、溶槽,均易偏孔卡钻,给施工带来极大的难度。

2　优选的施工方案

针对错综复杂的地质情况,提出切实可行的施工方案和专用设备,穿溶洞施工钻机宜选用C2222型磕头冲击钻(俗称五卡司),其底部直径偏小一些的管锥型钻头以及固定冲程有限下落高频率的钻进,可有效的防止卡钻、掉钻问题,克服了一般自落锤锤底面粗大且靠重力自落无法控制易卡钻掉钻的缺陷,钻头上部必须作成锥形,不允许出现台阶。

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2.1　钻前准备工作

由于溶洞大小空间及溶沟裂隙长度的不可确定性,无论是钻孔施工还是成桩灌注混凝土,均需要连续穿溶洞桩基施工:1)详细掌握溶洞出现的位置。

2)研究溶洞的桩位地质、水文地质资料,制订适当的施工方案和技术保障措施。3)每个孔位的地质柱状图和施工方案都单独列出,明确溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方案。4)备足成孔用水、粘土(不少于100m3)、片石(不少于30m3)、水泥(不少于20t)等必备材料,泥浆池的容积较非岩溶地段的钻孔桩泥浆池大50～100m3。5)要有处理施工故障的备用机具设备,如打捞、急救以及不同性能的其他钻机、钻具等。6)钻孔前先对场地进行平整,清除杂物,再进行桩基定位放样。

2.2　护筒埋设

工程上部覆盖层均为淤泥层,自稳性极差,即使漏浆1～2m也容易塌陷。钢护筒制作内径比相应的桩径大30cm,分节卷制,单节高度2m,埋设的深度根据不同地质情况分别确定,对埋深较浅的护筒,采用挖埋法。在护筒的选用及埋设要注意2点:一是护筒的埋设深度不得小于2～4m,并宜穿过淤泥层,护筒周围严格用粘土夯填密实,护筒进出浆口不能过高,以便于通过自然重力坡补浆;二是护筒的直径不得过大,Φ1200mm穿溶洞桩基护筒直径不得大于1.5m。

2.3　钻机就位

钻机支撑点远离桩位,支点距离应根据可能造成坍塌范围进行估算,严禁将钻机直接支撑在孔口,同时钻机应用“八”字缆风绳拴拉。钻机安装就位后,底座和顶端应平稳,不得产生位移或沉陷。C2222型磕头冲击钻前轮底下宜垫一块大钢板,以分散冲击钻工作振动对地基的压应力。

2.4　成孔

采用冲击钻机成孔工艺,这是穿越溶洞的关键。其主要施工有:

1)覆盖层成孔　由于C2222型磕头冲击钻采用的是冲击钻进、边掏碴边补浆的成孔工艺,钻土层进尺速度较快,泥浆护壁质量较回转钻及普通冲击钻要差,空孔停置的时间不能过长,因此,泥浆护壁方面要改进,加大泥浆质量和密度。采用优质泥浆,或在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱,以提高泥浆胶体率,其质量配合比为黄土∶水泥∶烧碱=1∶0.2∶0.4。泥浆池的容积较非岩溶地段的钻孔桩泥浆池大50～100m3。

2)接触岩面施工　接触岩面时,要准确测定入岩时的孔深,推算岩面标高,一般与地质报告给出的入岩标高值不应超过0.5m。刚入岩时,要及时掏取碴样,判断岩石的风化程度,为合理的选用钻进参数提供依据。

当钻至溶洞顶1m左右时,首先准备足够的小片石或狗头石(直径10～20cm)和粘土,粘土要做成泥球(<15～20cm),对于半填充和无填充的溶洞要组织足够的水源。其次在1～1.5m范围内变换冲程,逐渐将洞顶击穿,以防止卡钻。

3)穿越溶洞施工　采取击穿溶洞后补浆充填,然后将钻头缓慢往下放,每次下放高度不得超过50 cm,连续上下提放钻头2～5min后再下放50cm。照此方法逐渐将钻头下到溶洞底板。探明溶洞内存在半充填物后,提钻,下掏碴筒将溶洞内溶泥掏取干净,尤其是桩位处溶洞底板上的溶泥。将溶泥清除干净后,随即下入导管至溶洞底板灌注C20素混凝土,混凝土灌注高度为溶洞顶板以上1m,待混凝土强度增长至30%～50%后,再下入钻头冲击至设计孔深。

对于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有较厚的沙砾层时,为防止泥浆突然流失,造成孔壁坍塌,采取护筒跟进法施工。具体做法为:首先将<1.5m的钻头扩大至<1.7m,正常钻进至溶洞上方约1m处,将钻头提起,用振动锤将内径1.5m、壁厚6mm的钢护筒砸至孔底,再将钻头直径改为<1.5m继续冲砸,直至击穿溶洞,然后回填粘土片石混合物(比例1∶1),采用1～1.5m的冲程将洞内冲砸密实,再转入正常钻进。

2.5　钢筋笼制作与安装

钢筋笼制作采用箍筋成型法。钢筋骨架用吊车起吊,第一段存入孔内后用钢管或型钢临时搁支在护筒口,再起吊另一段,对正位置焊接后逐段放入孔内至设计标高,注意钢筋笼主筋不能在一个断面断开,必须错开。声测管直接焊接在钢筋笼内侧,平面布置严格按设计图纸执行,并使检测管之间基本保持平行。

第2次清孔,具体方法是以导管作为作为吸泥泵的吸浆管进行抽浆法清孔,对孔底沉淀层厚度应再进行一次测定,应满足设计厚度。

2.6　水下混凝土的配制及灌注

钻孔经成孔质量检验合格后,可开始灌注工作。

水下砼灌注采用导管法。水下混凝土的塌落度以18～22cm为宜,并有一定的流动度,灌注水下混凝土的工作应迅速,防止塌孔,首批混凝土灌入孔底后,立即测探孔内混凝土面高度,计算出导管内埋置

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