衡东兴衡公路大桥桩基础溶洞处理＊

卢治国,曹红亮

(湖南路桥建设集团公司,湖南长沙 410004)

衡东兴衡公路大桥桩基础溶洞处理＊

卢治国,曹红亮

(湖南路桥建设集团公司,湖南长沙 410004)

对不良地质条件、溶洞的特点进行了介绍,阐述成桩工艺和溶洞的处理方案,为大型溶洞和串珠状溶洞的处理提供参考。

成桩工艺;溶洞处理

一、工程简介

衡东县兴衡公路大桥位于湖南省衡东县城西,东岸接衡东县城兴衡西路断头,东西向横跨洣河,西岸规划连接县乡公路网。县城有省道 S315与衡阳市相接,并有新塘、大浦两入口与京珠高速公路连接,交通方便。

本项目起点桩号为 K0+414.50,终点桩号为 K0+956.14。项目桥梁接线 83.16m,桥长 458.48m(K0+497.66-K0+956.14),上部构造为 10×45m跨预应力混凝土预制简支 T梁桥,下部构造共 11个墩台,0号、10号桥台为双柱埋置式轻型桥台,2根 D250cm钻孔灌注桩基础,1号 -9号桥墩为双柱式桥墩,基础为 D250钻孔灌注桩。

二、地质水文条件

(1)地质条件。本场地地层岩性为第四系全新统人工堆积层杂填土,素填土;第四系全新统冲积层粉质粘土;第四系上更新统残坡积层粘土,粉质粘土;下伏三叠系上统泥岩,中统石灰岩。

(2)不良地质条件。本场地存在的不良地质为岩溶。三叠系中统石灰岩,节理裂隙较发育,溶沟,溶槽,溶洞普遍分布于场地内,溶洞最大揭示高度达 8m,除少量充填流塑状粘土外,其余均为空洞,溶洞发育以垂向发育为主,属埋藏型岩溶,勘察钻孔见洞率为 73%,岩洞发育程度强烈,地下水埋深浅,活动强烈,大量抽取地下水易引起地面塌陷。场地属可能产生岩溶塌陷的危险区。

(3)工程特点和难点。工期要求紧,桩基施工成了制约工期的主要因素,必须集中一切资源,加快桩基施工进度。施工难度大。本工程基岩为三叠系中统 (T12)石灰岩,溶洞普遍分布于场地内,在整个场地 20个钻孔勘察钻孔见洞率为73%。因此在钻孔灌注桩施工前,必须详细掌握每个桩位地下岩溶的分布情况,采取切实可行的措施,确保每个桩位顺利成孔。

三、不同类型溶洞的判断方法

根据溶洞是否有地下水大致分为两大类:一类是溶洞内无地下水流的溶洞;一类是有地下水流的溶洞。无地下水流的溶洞根据洞内是否有填充物又可分为两类:一为洞内无任何填充物或未填满的空溶洞;一类为洞内充满泥砂等物的泥砂洞。不同类型的溶洞对桩基础的影响不尽相同,处理方法亦不同。

施工中,溶洞发育地区以钻孔探测法来判断溶洞的存在和溶洞类型。桩基钻孔过程中突然遇到溶洞,可根据表 1初步判断溶洞类型。

表1 溶洞类型判断特征表

四、成桩工艺要求及岩溶处理方案

(一)成桩工艺要求

根据设计要求,均采用冲击成孔的方法进行施工,由于冲孔时冲锤向桩侧推挤,桩侧形成石块相互嵌紧的保护层,可减少泥浆的流失,并且石块在推挤的作用下会对溶岩产生一定填充作用,对溶洞较为有利,在施工过程采用优质泥浆,或在泥浆中掺入适量的水泥,烧碱和锯末,提高泥浆胶体率和悬浮能力,使其渗透入孔壁内凝固,加强孔壁的防护,当岩面倾斜较大,钻头摆动撞击护筒或孔壁时,应回填片石,使孔底出现一个平面后再正常冲孔。

(二)岩溶处理方案

由于本场分布有大量的溶沟,溶槽,溶洞,岩洞发育程度强烈,钻孔施工的主要难点为如何在具有多层溶洞的岩溶区成孔,如何堵住泥浆渗漏及混凝土流失,保证冲孔进尺及清除孔底沉渣。针对以上情况,施工中采取了如下的解决方法。

1.埋设护筒

在钻进过程中,当凿穿溶洞时孔内水头会急剧下降 (尤其是无充填溶洞)。这样孔外水压会对孔壁形成侧向压力,极易造成塌孔。为了防止意外发生,需埋设护筒。护筒由 6～8mm钢板卷制而成,护筒脚堪入岩层 30cm。首先正常钻进至接近溶洞顶板,将钻头提起,采用振动锤等将钢护筒穿过强风化岩层 30cm,使护筒底部支撑在岩层上。接着重新在护筒内钻进,护筒下沉过程中应计算护筒长度、宜长不宜短,上下端及中部设加强钢板。对于多层溶洞可采用灌浆法和内护筒法,也可采用全套护筒法,即相当于再次下护筒,即内护筒,只是护筒内径和高度有所改变,但施工工艺不变。

2.对有填充溶洞的处理

(1)对有充填的溶洞,充填物较好时,一般不需要特殊处理,可直接钻进,填充物为流塑性粘土时,采用抛片石、粘土等挤密填充;(2)对有填充的侧壁溶洞,钻进时钻头容易跑偏,成孔困难,可先向孔内抛填片石、粘土等,稳定后再向下钻进,如此循环,直至成孔。如果反复抛填片石无效或效果不大时,为保证桩基垂直度满足规范要求,在溶洞处采取超前灌注措施,即对桩底软弱部分用低标号混凝土加固,提高其强度,使孔底土层间强度差距减小,便于冲击成孔;(3)对于地质钻探已标明的小型溶洞及溶槽、溶沟、小裂隙等,或者钻孔过程中泥浆泄露,及时向孔内投加粘土、片石、水泥,以加大泥浆质量和密度,并依靠冲击在桩侧形成片的石夹粘土维护墙,保证泥浆不流失,保持孔内泥浆高度,使得冲钻顺利进行。

(三)对无填充或半填充空溶洞的处理

(1)对较小的溶洞,凿穿溶洞顶板前,用低冲程、轻锤钻进,选用前端突出的钻头,凿穿溶洞后,泥浆下降较慢时用粘土回填,泥浆下降缓慢后继续补浆、钻进,同时,采取 4∶1的比例投入片石和硬粘土,必要时加入适量水泥,待其凝固到一定强度后再依次往下钻孔压浆。若泥浆损失很快,用片石、粘土加水泥拌匀,按照 2∶2∶1的比例回填,必要时采用混凝土进行封堵,并及时补浆,待浆面稳定,填充物达到一定强度后再进行钻进。

(2)对串珠状溶洞、连续溶洞群,凿穿溶洞顶板前,用小钻凿穿溶洞顶板,泥浆下降缓慢后继续补浆、钻进,如果泥浆面持续下降,泥浆比重降低,采用抛填片石、粘土、水泥等充填,必要时可掺加速凝剂或水泥砂浆、混凝土等进行封堵,基本稳定后再进行下道工序。当再次打穿下一层溶洞发生漏浆时,重复上述工作,直到完成一个桩孔为止。

在实践中,经过试验和总结,对于串珠状溶洞、连续溶洞群、较大的溶洞,采用抛填片石、粘土、水泥、灌注混凝土等措施成孔后,为减少水下混凝土的灌注量,采用钢丝网片处理法比较有效,具体办法就是用 10×10钢丝网螺旋状均匀缠绕钢筋笼,每层至少要有 50%的重叠区,为保证钢筋笼在灌筑时保护层的厚度,钢筋笼在加工时,外表层沿纵筋方向增加 4～6道 5cm高钢丝网支撑筋,这样在灌注中即可以减小护壁侧压力,减小护壁崩溃的概率,又可以保证钢筋保护层厚度,从而提高成桩质量。对于减少混凝土灌筑量有显著的作用。

如 8#-1孔,地质勘探显示地下 16～42m处为串珠状溶洞 (共五层),理论灌筑量在 680立方以上,经钢丝网处理后,实际灌筑量 210立方。

6-2#孔勘探资料显示地下 23～35m处有一垂直高度 8m大型溶洞,除填少量流塑状粘土外,其余均为空洞。理论需要填充量 500立方以上,经钢丝网处理后,实际灌筑量 206立方。

(四)漏浆处理方案

桩基在钻进过程若遇到漏浆现象,先用片石和粘土按2∶1比例填塞,钻进至原深度,若不能达到止漏效果,再用片石、粘土、水泥按照 2∶2∶1的比例简单拌匀后进行回填,回填量不少于孔深的三分之二,再钻进至原深度,停止 12h后再进行第二次回填钻进,反复处理直到达到止漏效果。例如 5-1#桩径2.5m,桩长 27.46m,地质资料显示有 2.5m溶洞,当钻进到溶洞处时发现漏浆,下降速度 800mm/min,处理办法,先用 20立方片石和 20立方粘土填塞,钻进后效果不明显,后用片石、粘土、水泥按照 2∶2∶1的比例简单拌匀后进行回填反复处理 6次达到止漏效果,共用去片石 210立方,粘土 90立方,水泥 29t。

五、结语

(1)岩溶地基处理有很大的难度和复杂性,需因地制宜地设计和选择施工方法。

(2)冲孔桩处理复杂岩溶地基行之有效,有较大的可靠性。

(3)采用袋装粘土及水泥填堵溶洞及防渗堵漏,行之有效,且最为经济,同时保证成桩质量,避免大规模超灌混凝土。

(4)埋设护筒可有效避免塌孔。

(5)采取措施时要及时,防止处理不及时孔口坍塌等事态进一步扩大。

[1]凌治平.基础工程[M].北京:人民交通出版社,1995.

2010-10-26

卢治国 (1977-),男,湖南长沙人,工程师。