巖溶地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)探討
2016-09-26
隨著西南地區(qū)高速公路建設(shè)的迅速發(fā)展，西部山區(qū)交通條件大為改善，但限于地形條件，橋梁在線路里程上占有較大比例。西部大通道之一的渝湘高速公路，穿越了湖南省西部和重慶市的東南部。而巖溶地貌作為重慶東南部主要地質(zhì)特征給該地段橋梁的施工，尤其是樁基礎(chǔ)施工帶來了較大難度；工程進(jìn)度和成孔、成樁質(zhì)量受到很大影響。本文就觀音閣大橋的樁基礎(chǔ)施工過程做出簡要的技術(shù)總結(jié)，以期為該地質(zhì)條件下的橋梁基礎(chǔ)施工和競價投標(biāo)積累資料。
一、工程概況
本大橋位于重慶市秀山縣，全長311m，本橋平面分別位于主線R=2500的圓曲線和其緩和曲線上；橋上縱坡為-2.2%；墩臺徑向布置。全橋先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，分為2聯(lián)：5*30m+5*30m；下部構(gòu)造橋臺采用輕型樁柱式和重力U型臺；橋墩采用柱式墩；樁基礎(chǔ)：原設(shè)計為人工挖孔施工，但由于地下水豐富，裂隙溶洞分布，考慮作業(yè)安全，改為機(jī)械成孔進(jìn)行施工。
橋位區(qū)斜跨河流，總體地貌屬構(gòu)造剝蝕，溶蝕山丘地段，河流形態(tài)彎曲，左岸地形陡峭，自然坡腳在35-50度，局部呈陡崖，I、II級階地發(fā)育，以陡坡相連，相對高差在45m左右，地表5米左右分布粘土或砂粘土。經(jīng)地質(zhì)測繪和勘測，橋位范圍存在隱伏溶洞、象鼻危巖和溶蝕洼地，地下水多為碳酸鹽類巖溶裂隙水和松散巖類裂隙水。橋位為地下水的排泄區(qū)。橋址內(nèi)結(jié)合實際條件，采用高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)分別探測。多處樁基處于裂隙位置，不排除溶洞存在可能性，設(shè)計樁底巖層或頂板完整。實際施工過程中基本與地勘相符，但裂隙廣布。對樁基施工有較大影響。
二、施工工藝和出現(xiàn)的問題
本橋樁基礎(chǔ)施工采用應(yīng)用普遍的方法施工：沖擊成孔、正循環(huán)泥漿護(hù)壁、清孔、濾砂器濾砂、下籠、導(dǎo)管二次清孔、導(dǎo)管法水下混凝土灌注成樁。在該橋建設(shè)中，我們選用了操作工人經(jīng)驗豐富、鉆機(jī)完好程度較高、擁有原裝鉆錘的施工班組，但由于橋址范圍內(nèi)裂隙廣布，隱伏溶洞，成孔甚至成功灌注都非常困難，進(jìn)度一度緩慢。遇到的主要問題有：
1）漏漿頻繁。沖擊過程中遇到裂隙或溶洞頂部，泥漿迅速流失，孔壁側(cè)壓力失去水頭平衡，護(hù)壁極易坍塌。在右5-2號鉆進(jìn)中就出現(xiàn)因泥漿流失，護(hù)壁垮塌而造成的埋鉆、機(jī)架前段塌陷事故，處理非常困難，歷時13d，方恢復(fù)正常作業(yè)。右9-1位于坡地陡崖上，為提供施工場地，工區(qū)創(chuàng)造條件進(jìn)行了小爆破加機(jī)械開挖形成作業(yè)平臺，約16米樁長的樁基，成孔、下籠歷時近一月，臨近灌注前10分鐘，泥漿面迅速下沉見底，泥漿由陡崖下約50米的縫隙滲出，灌注被迫中止。另有護(hù)筒下較淺深度便遭遇裂隙，一開鉆便漏漿不得不重新進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)的事件發(fā)生。
2）時發(fā)偏孔。鉆進(jìn)過程中時常遇到探頭石，排除河道附近樁位可能為漂石沉積的可能外，其他樁位多為巖溶不規(guī)則發(fā)育的巖石露頭，粘土局部填充空隙所致，鉆頭下落，軟硬不勻，鋼絲繩大幅擺動，非常容易發(fā)生偏孔甚至卡鉆事故。其中左10-2、右4-1為糾偏先后處理6次和4次之多，耗時誤工巨大。
3）混凝土面非正常上升或下沉。在右8-1灌注過程中，混凝土灌注至孔底6米高度后，14車混凝土約33.6方混凝土僅提高灌注高度1.4m，如不頻繁量測混凝土面高度，核算導(dǎo)管埋深，極易拔脫導(dǎo)管而造成斷樁事故。另有樁基按要求超灌樁頭高度后，臨近結(jié)束，發(fā)現(xiàn)混凝土面有較明顯下沉，后再補(bǔ)灌；也有個別樁基在地系梁開挖時，樁頭標(biāo)高和灌注時?；颐娌灰恢碌默F(xiàn)象發(fā)生。
三、處理措施和技術(shù)保障
考慮工程造價和工期要求，結(jié)合現(xiàn)場情況，選擇確定了針對上述問題的處理預(yù)案。主要方法有：預(yù)先鉆孔注漿、及時回填處理、長鋼護(hù)筒甚至結(jié)構(gòu)鋼護(hù)筒等。由于地下水豐富，裂隙分布，注漿效果難以保證，同時考慮施工成本，采用了改為預(yù)防為主、及時處理的方法。
1）處理漏漿、塌孔、泥漿比重的控制是預(yù)防此類事故發(fā)生的關(guān)鍵，對于巖溶地段的鉆孔作業(yè)，可適當(dāng)加大泥漿比重，鉆進(jìn)過程中可控制到1.4左右，泥漿粘度在20s為宜，必要時添加活堿以改善泥漿性能。灌前泥漿比重適當(dāng)調(diào)輕，可取規(guī)范上限，防止灌前泥漿比重偏小，而造成泥漿滲漏或塌孔，但要保證泥漿勻凈、防止沉淀超標(biāo)。鉆進(jìn)過程中，處理漏漿和塌孔，回填是常用而有效的方法，其中回填材料是影響處理效果的主要因素。為保證泥漿比重和粘度。我們采用的是優(yōu)質(zhì)粘土夾雜小片石進(jìn)行回填。繼而進(jìn)行小沖程鉆進(jìn)，鉆頭擠壓粘土包裹小片石，擠入孔壁，直至縫隙被封堵，水頭穩(wěn)定，便能夠正常進(jìn)行作業(yè)。對于本橋施工未發(fā)現(xiàn)大體積溶洞，實踐證明，該方法簡單可行。
2）偏孔和螺旋孔。許多裂隙和巖縫巖石突出而局部由土或者隨水流沖刷沉淀而來的強(qiáng)風(fēng)化石填充，這種情形便容易發(fā)生偏孔，發(fā)生偏孔可通過不定時護(hù)樁量測中心和目測鋼絲繩擺幅確定。發(fā)生偏孔仍可采用回填糾偏的方法進(jìn)行處理，不同的是片石和粘土的摻配比例和處理漏漿不同，為了讓鉆錘平衡垂直下落，需要制造一個具有一定強(qiáng)度的墊層，較多的摻配片石夾雜粘土可以達(dá)到這一目的，片石強(qiáng)度往往高于受蝕的巖體，很快，巖體被磨耗平整，能夠?qū)崿F(xiàn)正常作業(yè)。如該方法處理無效或效果不明顯，甚至可采用灌注少量水下混凝土的方法用于處理加強(qiáng)。螺旋孔是指采用十字沖擊錘時，由于孔壁出現(xiàn)高強(qiáng)度探頭石影響沖擊錘自由轉(zhuǎn)動或其他原因?qū)е碌臎_擊錘旋轉(zhuǎn)角度極小，錘牙反復(fù)沖擊在幾乎同一位置，圍繞鋼絲繩軸線旋轉(zhuǎn)成為螺旋孔，一旦發(fā)生這種情況，大部分沖擊功用于克服摩擦，雖有進(jìn)尺但非常緩慢，進(jìn)尺量測困難，無法順利到達(dá)設(shè)計標(biāo)高和估算灌注參數(shù)。遇到這種情形，可通過更換大質(zhì)量不同形狀沖擊錘來糾正；出現(xiàn)螺旋孔的概率極小，可用多幅沖錘進(jìn)行施工，同時施工過程中應(yīng)做到勤循環(huán)、多刷孔來避免此類現(xiàn)象發(fā)生。
3）混凝土灌注過程中上升緩慢或下沉。經(jīng)常量測，計算導(dǎo)管埋深是根本的技術(shù)保障，切不可在巖溶地區(qū)依據(jù)灌注方量估算混凝土上升高度，憑感覺進(jìn)行導(dǎo)管拆除。臨灌注完畢，一定要仔細(xì)反復(fù)量測，待混凝土面穩(wěn)定后才能拔出剩余導(dǎo)管，避免日后接樁帶來的質(zhì)量及工期、工費影響。適當(dāng)超灌是保證樁頭質(zhì)量的有效方法，若出于防止混凝土下沉、方便量測控制等考慮，可統(tǒng)一計算，申請地系梁標(biāo)高提升變更，對保證成樁質(zhì)量以及實現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)效益都有較好的效果。
4）卡鉆。在左3-2、右10-1鉆進(jìn)過程中，由于類似偏孔的原因，分別發(fā)生過一次卡鉆事故，處理卡鉆通常使用的是水下爆破的方法松動鉆錘，實時起吊的方法；在巖溶地段進(jìn)行該項處理時要量好卡鉆位置，精準(zhǔn)下放藥包到卡鉆位置；操作時尤其需要注意控制藥量，防止過震而影響孔壁穩(wěn)定、造成裂隙延伸，加大加深繼而發(fā)生漏漿甚至埋鉆事故。若發(fā)生埋鉆事故，無有效方法則可考慮抽漿后，下放長鋼護(hù)筒或者粘土夾石分層回填，人工護(hù)壁開挖，清理取錘，但處理成本和施工風(fēng)險巨大。
綜上所述，應(yīng)對巖溶地段的橋梁樁基礎(chǔ)施工，根據(jù)本橋施工經(jīng)驗，總結(jié)施工注意事項如下：
1）認(rèn)真熟悉地質(zhì)資料和設(shè)計圖紙，不可迷信鉆探資料，結(jié)合實際情況，確定是否終孔，是否加長樁長，更變樁基類別，以保證樁基承載力。
2）加強(qiáng)預(yù)防，詳細(xì)交底并做好預(yù)案；孔邊備料，保障造漿粘土、處理用片石供應(yīng)，保證機(jī)械及時使用。
3）經(jīng)常關(guān)注孔內(nèi)水頭高度，不同地層采用適當(dāng)沖程，注意護(hù)筒埋設(shè)質(zhì)量，護(hù)筒底部用粘土夯實，外圍可用砂漿封堵。
總之，采用正確有效的方法對事故進(jìn)行及時處理，對于本橋的樁基施工是有所保障和促進(jìn)的。全橋樁基40根，平均樁長21米，4臺鉆機(jī)施工，包括2008年春節(jié)前后冰雪影響，歷時5個月，完成基礎(chǔ)施工，但混凝土超灌現(xiàn)象普遍，有90%的樁基超方，總超方方量接近100立方，原本較能產(chǎn)生利潤的樁基施工，由于巖溶地質(zhì)的原因，加上采取各種措施而耗費的工時、機(jī)械、材料費用，處于低盈利水平。結(jié)合施工經(jīng)歷，也希望為經(jīng)營部門提供參考依據(jù)，客觀分析提出合理的單價，用于投標(biāo)活動。
