岩溶地区桥梁超长钻孔灌注桩施工技术
1.工程概况
新建武汉至广州铁路客运专线白土特大桥位于广东省韶关市曲江区白土镇境内,全长1548.58米,起迄里程为DK1996+769.71~ DK1998+318.29。基础采用钻孔灌注桩基础,共322根,由于地质情况复杂,溶洞较多,桥梁桩长设计不等,桩长最长达63米,桩基直径1.25米,桩底嵌入完整基岩2米以上。墩柱高度10米以上为空心墩,墩柱最高为11.5米。梁体采用无碴轨道32m后张法预应力混凝土双线整体简支箱梁,盆式橡胶支座。轨道采用双块式无碴轨道。
2.施工工艺
钻孔桩施工工艺流程为:平整场地→测定桩位→埋设护筒→桩机就位→钻孔(设泥浆池制备泥浆、沉淀池清渣)及溶洞处理→第一次清孔→下钢筋笼→下导管→第二次清孔→灌注混凝土。
3.施工机械选择
钻机应根据桩径和地质条件选择。钻机选用冲击钻,钻头宜选用十字丝钻头;钢丝绳应考虑到安全系数,安全系数不得小于16,钢丝绳不得有断丝、脱丝超过1/3现象;钻架应焊接牢固,基底应平稳,地质松软时应远离桩孔,以免造成侧压力而导致塌孔;钢护筒采用5mm厚钢板制作,为增加刚度防止护筒变形,在护筒上、中、下部各焊一道箍筋进行加强。
4.成孔质量控制
成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分,其质量如控制得不好,则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等,还将直接影响桩身混凝土灌注质量和造成桩承载力下降。因此,在岩溶地区超长钻孔桩成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。
4.1采取隔孔施工程序
钻孔混凝土灌注桩和锤击桩不同,锤击桩是将周围土体挤开,桩身具有很高的强度,土体对桩产生被动土压力。钻孔灌注桩则是先成孔,然后在孔内成桩,周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始,桩身混凝土的强度很低,且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的,故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。对同一墩台上不同桩位钻孔应采用对角钻孔,隔孔施工。
4.2先施工较长、溶洞较多的桩孔
溶洞即为岩层中夹有的土质、砂土裂隙或空洞。钻孔桩施工中遇有溶洞会出现孔内泥浆面下降而无法施工。施工中应根据设计图纸及地质报告,同一墩台上不等桩长设计时应先行施工桩长较长、溶洞较多、施工较难的桩孔。钻孔桩中有溶洞的桩一般第一颗桩孔施工时较困难,一定要保证所遇到的溶洞都处理好了之后才能进行混凝土灌注。
4.3确保桩身成孔垂直精度
为了保证成孔垂直精度满足设计要求,应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固,经常校核钻架及钻杆的垂直度,施工过程中经常进行测量检查,校对护桩等措施,并于成孔后下放钢筋笼前作井径、井斜超声波测试,可采用验孔器对桩孔孔径、倾斜度进行检查。
4.4 确保桩位、桩顶标高、成孔深度及第一次清孔
在冲击钻孔过程中应做好冲击钻孔记录,应每两小时记录一次,标明各类土石层所处位置及厚度,特别是应记录好遇到溶洞时的位置及深度。
虽然钻头到达的深度已反映了成孔深度,但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当,或在提升钻头时碰撞了孔壁,就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象,这将给第二次清孔带来很大的困难,有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此,在提出钻头后应用测绳复核成孔深度,如测绳的测深比钻杆的钻探小,就要重新下钻头复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水或拉伸的问题,因其最大收缩率达1.2%,为提高测绳的测量精度,在使用前要预湿后重新标定,并在使用中经常用钢尺进行复核。
5.成桩质量控制
高性能混凝土以其有较好的施工和易性、较高的后期强度、抗侵蚀性能好、较长的耐久性为特点,是客运专线混凝土施工中应采用的原材料。白土特大桥其耐久性设计为一百年,普通混凝土很难达到要求。在混凝土中掺入一定量的矿物掺和料,可以有效改善和提高混凝土工作性和耐久性,并能对提高混凝土抵抗盐、酸等化学化学腐蚀介质的能力有很大的作用。施工中采用高性能混凝土配合比,保证混凝土质量。
对有溶洞的钻孔桩,首先在钻孔施工中应将溶洞堵塞,保证钻孔安全及混凝土的顺利灌注。在钻孔过程中应注明溶洞所处的深度及高度。在混凝土灌注中在遇有溶洞处应适当把导管埋深加大,并随时观察混凝土下落速度、孔内泥浆面及泥浆溢出量。
6.溶洞判断
主要通过以下方法进行判断,1)准确的地质资料图;2)听声音,看气泡:如遇岩溶空洞时能听到咚咚的声音,并能看到有大量气泡往上冒;3)孔内水位突然下降;4)与其相邻的孔内水位下降至同一个水平面:下部岩溶已连成一体形成空洞;5)钻孔钻进速度,遇有溶洞时钻进速度较快;6)当击穿面超过中心面,钻头突然倾斜、突然下落;7)地面沉降、塌方。
7.溶洞处理
钻孔过程中遇有溶洞时必须对溶洞堵塞,以保证钻孔过程中的安全及混凝土的顺利灌注。溶洞处理可采用以下几种方法:
1)抽浆补浆:主要处理缓慢漏浆或机械回填不及时如裂隙漏浆等;
2)回填黄粘土:回填的黄粘土必须采用机械加水拌和成块状往孔内回填,如是松散黄粘土不成整体会对孔内形成造浆,起不到溶洞堵塞作用;
3)回填黄粘土加片石拌和:片石与黄粘土必须拌和后回填;
4)水泥、黄粘土加片石拌和;
5)岩溶注浆:对溶洞所处的高度进行超前岩溶注水泥浆:需有准确的地质资料;
6)混凝土围圈法:可先在溶洞处先浇筑混凝土进行围蔽;
7)钢护筒跟进:下6米以上的钢护筒至溶洞位置,代价较大;
8)地表冷冻法:工艺不成熟,一般不采用;
9)以上几种方法混合采用。
溶洞处理方法:由简到繁。
8.超长钻孔桩施工及常见故障处理
超长钻孔桩在施工中应对桩径、桩长、桩位偏差及桩倾徐度进行严格控制。在施工中要随时对桩位进行测量,检查护桩。对发现有偏孔的应及时进行处理。
钻孔桩常见故障及处理如下:
1)地表塌孔:应查明原因和位置,进行分析处理。坍孔不严重时,可采用加大泥浆比重、加高水头、加深护筒等措施后继续钻进;坍孔严重时,先用片石挤压夯填后再进行钻孔,必要时回填重新钻孔。
2)徐孔、弯孔、梅花孔:主要是遇有较大突石、孤石,钻头滑偏或钻架移动。可提升钻头重新调整钻架并进行固定后再钻孔,将钻头提起到偏斜处进行反复扫孔,直到钻孔正直。如发生严重弯孔、梅花孔、探头石时,应采用小片石或卵石与黏土混合物回填到偏斜处,待填料沉实后再重新钻孔纠偏。
3)扩孔、塌孔、缩孔:可采用抛填片石(加黄泥)、护筒跟进(如护筒卡住可再做较小的套筒)、迅速补水、混凝土围圈法、注浆法等进行处理。
4)卡钻:主要是因为钻头磨损严重、探头石未冲碎、砂砾层较厚、孔内掉下物件、粘土层中冲击深度太大等原因造成。不应强提钻头,应采取晃动大绳以及其他措施,使钻头松动后再提起。先分析原因对应进行处理。
5)卡钻、埋钻:主要是塌孔、钻头停钻时间过长、孔壁落石及钻头磨损严重未更换而未拔出、泥浆抽浆太快。先分析原因对应进行处理,可采用边左右晃动大绳边提升钻头、高压风机进行沉渣翻动进行处理,必要时可采用孔底小药量爆破冲击钻头(须有项目部审批方案)。发生卡钻、掉钻、埋钻时严禁人员进入没有护筒或其他防护设施的钻孔内。必须进入有防护设施的钻孔时,应确认钻孔内无有害气体和备齐防毒、防溺、防埋等保证的安全措施后方可进入,并应有专人负责现场指挥。
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