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1、珠江大橋西橋樁基礎溶洞處理方案 一、工程概況 廣佛出口放射線土建工程為廣州市內環路西出口的延續,本標段為廣佛出口放射線土建第一期工程A6.3合同標段。 本標段地處廣州市坦尾島西端及芳村區之間,主體結構為跨越珠江的珠江大橋新橋西橋,包含連接新橋兩端的部分高架橋。本標段內的下部結構為鉆孔灌注樁,按端承樁設計,平均長度為28m;帽梁包含隱性帽梁型式;支座采用橡膠支座或盆式支座;橋面采用瀝青砼鋪裝,砼防撞欄。 珠江大橋西橋位于珠江三角洲的溶洞地帶,主橋樁基選擇采用填塞法處理、套內護筒法等施工技術處理溶洞。其基礎采用鉆孔灌注樁,其中:180cm64根,150cm40根,共104根。施工總工期18個月。 2、二、地質情況 (1)基巖 該路段下伏基巖以白堊紀的泥巖、泥質細粉砂巖及灰巖、輝綠巖為主,基巖深1050m不等,按風化程度分為強風化帶、中風化帶、微風化帶。其巖性在水平和垂直方向和風化程度較大,部分鉆 1 孔揭露有斷泥層,溶洞(局部呈串珠狀)等不良地質現象。 (2)溶洞情況 本橋施工場地下伏基巖強風化層裂隙發育,有一定量的裂隙水,一些地方灰巖巖溶發育,出現灰巖破碎層或溶蝕或溶洞,一些溶洞成串珠狀出現,這種不良的地層,會蘊藏一定量的裂隙水和溶洞水。從地質資料分析,溶洞分布較廣。主橋位溶洞分布廣而多。溶洞按其填充狀態可分為空的、半填充的和完全填充的三類:按其填充物的性質可分為粘性土、砂礫和稀土三類;3、按其漏水情況可分為漏水和不漏水兩類。溶洞的走向與河流的流向相同。根據地質資料,本工程溶洞可分為以下幾種形式: 1、全充填:溶洞內已發生填滿其它土質,在鉆孔過程中,不會發生 漏漿或少量漏漿的,這種形式溶洞一般較少。 2、部分充填帶有裂隙:溶洞內已發生充填,但未充填量較大。巖層 中存在很大的裂隙,在成孔進程中,泥漿的流失很大。 3、空洞:溶洞內沒有充填物或存在少量充填,洞內大部分為空洞; 在成孔進程中,當空洞較小時,泥漿在補充后,可保持一定水頭。 4、空洞帶裂隙:溶洞內泥漿無法保證一定水頭,流失嚴重。 根據上述地質條件,從技術、經濟等方面經過比較,本工程擬選擇了填充法、套內護筒法等施工技術配合使用4、處理溶洞,具體做法如下。 三、溶洞處理措施 1、施工段溶洞地質情況 根據地質勘察資料,本標段樁基地下存在有溶洞,如57a墩位置鉆探發現-21.15深度處有一3.35m高的溶洞,58a墩位置-21.45深度處有一0.7m高的溶洞。在鉆孔樁施工前,甲方應提供詳盡的地質資料,進一步查清巖溶發育情況,制定合適的處理辦法。 對溶洞高度為1m以下的較小溶洞如58a墩位置溶洞采用填塞法處理,當樁基施工至溶洞時,拔出鉆頭,填入粘土,填塞溶洞,然后重新施鉆成孔。 對溶洞高度大于1m,但鉆進時無坍孔情況能順利成孔者,為防止灌注水下混凝土時漿流失,采用半護筒法處理,鋼護筒采用4mm鋼板,護筒高度為溶洞高度加上上下各5、1m長度,鋼護筒的定位采用將鋼護筒焊接固定在鋼筋籠的定位筋上,隨著鋼筋籠的插入下沉就位。 對較大的溶洞采用護筒法處理,采用口徑比樁孔徑大10mm,壁厚10mm的鋼板套筒施工,鋼套筒隨鉆孔樁鉆的過程一邊壓入鋼套筒,一邊鉆進。鋼套筒長度穿越溶洞,打至溶洞底部1m以下。繼續鉆進成孔 后,以鋼套筒為模板澆筑樁基混凝土。 + 2、本施工段處理各種溶洞的施工措施 樁基礎在施工前,應認真分析現有的地質鉆探資料或超前鉆的地質資料,了解溶洞的位置、大小和基本構造,有無充填、頂板的巖性和厚度,以及在地質鉆探過程中對溶洞的描述。 (1)施工前期準備: A、對地質資料中出現溶洞的樁基礎,應加大泥漿制備量,以應付隨 時6、出現的失漿現象,同時根據必要加大泥漿的稠度。 B、鉆孔口附近作管線探測,對重要管線應提前作好保護措施,尤其 在孔邊2米范圍內的管線。 C、在孔口附近儲備一定數量的粘土,并用纖維袋裝好。同時還應儲 備一定數量的片石。儲備量應視溶洞的大小,當不能確定溶洞大小時,儲備量應大于10立方米,并在現場可及時調運。 D、鉆機安裝時,應盡量加大觸地面積,安放足夠的枕木。在樁機后 應用纜繩拉住。 E、在鉆孔附近,儲備一定長度的鋼護筒,以應會突發現象。 (2)處理辦法: 根據地質鉆探資料或超前鉆的鉆探資料,結合現場的實際施工情況,在鉆進過程中,及時判別孔底的地層變化。當鉆進至溶洞頂板時,沖錘 采用低錘密實擊的的方7、法施工,以防止頂板過早破壞,造成失漿。同時,在鉆進中,密切觀測樁機底盤的水平、巖樣的變化和孔內水位的變化。在成孔進程中,出現以下幾種情況的處理方案: A、當鉆孔過程中,首次出現較快速度的失漿,且失漿量超過4m3時, 應停止沖孔,提起沖錘,及時向孔內拋填黃粘土包、片石等預先準備的物料,并用沖錘壓實。直至漏漿情況停止。向孔內補漿至護筒底面以上。 B、再次沖進過程中,對失漿量不大,且地質鉆孔中反映出的溶洞小 于1米時,采用上面的方法處理,直至終孔。 C、當反復快速失漿,且累計失漿量超過10立方的樁基礎,不能順利 成孔,應用拋填粘土包、片石的辦法,首先堵漏,回填至護筒底面。并及時通報監理、設計及業主代8、表,征得同意后,作全護筒處理。 D、在地質資料或鉆孔的實際情況反映出溶洞層數為兩層或超過兩層 時,應分層處理。當單層溶洞累計失漿量超過10立方或多層溶洞累計失漿量超過15立方,而且失漿速度較快,不能順利成孔。經有關方面同意后,作鋼護筒處理。護筒頂面設在第一層溶洞頂面以上50厘米,且進入強風化,在保證樁孔中土層內的護壁后,用沖錘繼續成孔,直至設計標高。為防止在超灌砼量,在鋼筋籠上溶洞位置上下1米范圍作鋼護筒。多層溶洞的樁基礎施工比較復雜,以上的方法是采用套筒法處理,第一次鋼護筒的設置為防止 快速失漿,而造成的孔壁塌孔,以保證孔內護壁的安全,鋼筋籠上的護筒是為防止砼超灌。 (3)應急措施: A、孔9、內出現失漿的應急措施: 樁基礎應嚴密注意孔內泥漿水頭的變化,當出現失漿、失漿速度較慢時,應及時補漿,保持泥漿水頭。當失漿速度較快,而且補漿不能及時跟進時,水頭損失從護筒底面以下計超過4米,應及時用袋裝黃土、片石拋填,填筑時用沖錘壓實,直至沁漿不再流失?？妆谠跓o泥漿的情況下,不應暴露超過1小時。 B、砼澆筑時超灌的應急措施: 樁基礎在成孔過程中,對于出現的溶洞,及時采用充填和鋼護筒的方式處理,盡量避免砼超灌。砼在澆筑過程中,當孔壁丈夫力增大,造成側壁溶洞穿孔的情況,應摸清情況,并及時會知駐地監理,當超灌量不大時,連續灌注,對出現的灌量由駐地監理物價簽認。當出現較大的超灌時,應會知業主,及時處理解10、決。因此,在砼澆筑前對樁孔附近的地質情況進行認真分析,同時結合成孔過程的實際情況,判定是否可能出現以上情況,并加大砼首次澆筑的儲備量。當砼澆筑一定深度,鋼筋籠無法提起時,應繼續灌筑,同時如集有關人員現場處理。 (4)幾項關鍵技術指標的界定: A、地質資料與實際的施工情況不同: 如果由于施工圖紙設計的部分變化或地質鉆孔深度不能滿足施工 需要的情況,需經業主、設計和駐地監理召開會議,界定超前鉆的應用范圍。為樁基礎的施工、驗收提供有力的依據。但由于地質情況比較復雜,地層變化大,難免出現局部與實際施工不符的情況,應及時匯知駐地監理。對在鉆進過程中的溶洞,出現應急情況時,按本方案及時處理。 B、不能順利11、成孔的技術界定: 樁基礎施工過程中,鉆至溶洞時,孔內泥漿急劇流失,孔壁失去平衡和穩定,同時泥漿在流失過程中,還將形成一定的負壓,極易造成孔壁的坍塌。孔壁的坍塌會造成地面施工機械、人員及地面建筑物的安全,尤其對周圍管線造成極大破壞。根據我司樁基礎的施工經驗,當孔內泥漿在連續失漿10立方以上,且失漿速度較快時,可界定為不能順利成孔。 3、鋼護筒施工工藝 A、內護筒長度的確定 護筒長度L=h+3(m)(h為地質超前鉆確定的溶洞高度) B、內護筒內徑的確定 以1.8m樁為例,內護筒內徑應大于200cm,同時外徑應小于外護筒內徑5cm左右,如果只下一次內護筒(一層溶洞),內護筒內徑選用204cm,壁厚為12、1cm,則外徑為205cm。當遇到第二層溶洞時,第二層溶洞的內護筒(即第三次護筒)選用200cm內徑。 C、溶洞頂部沖孔 根據超前鉆的資料,當鉆孔施工接近溶洞頂部時,提起鉆頭、鉆桿,移開鉆機,采用沖擊鉆機沖孔,沖孔鉆頭外徑205cm。用沖擊鉆沖孔時, 要求輕錘慢打,使孔壁圓滑堅固,提升高度一般不超過50cm。所有卡扣及鋼絲繩必須先經測試檢查,其它施工工藝及注意事項與常規相同。 D、內護筒的沉放方法 (1)當沖擊穿過溶洞頂部時要反復提升沖錘,在頂部厚度范圍上下慢放輕提,沖錘不明顯受阻礙,說明頂部已成孔并且是圓滑垂直的,此時用鋼絲繩活扣綁住內護管,用吊機(或沖機自吊)把內護筒放入外護筒內至孔底。到13、孔底后,內護筒不會靠自重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。此時,鉆機重新就位。 (2)護筒沉設利用鉆機進行,在鉆機的鉆桿上附加壓架,利用鉆機的鉆進壓力和鉆桿、鉆頭的重量,使內護筒隨鉆頭的鉆進而下沉,直到溶洞的底部。 E、內、外護筒間空隙及內護筒與溶洞底部間空隙的處理 (1)在內護筒底部及頂部100cm范圍內回填砂、碎石,中部回填中砂(見圖3)。 (2)用高壓噴射灌漿法(施噴法)對回填體進行灌漿處理。灌漿后,內護筒上下兩端空隙被砂、碎石及漿液沖填固結,固結強度要求達到30MPa,其抗滲系數可達10-7m/s。灌漿處理后,即可重新沖孔。(3)在內護筒頂部及底部100cm范圍內回填小碎石素水14、泥混凝土,內護筒中部回填砂,同樣能起到堵塞空隙的目的。 (4)對于需要處理多層溶洞的樁基,一般仍采用上述灌漿法填充固結空隙進行施工。目的是為了增加溶洞底部(同時有可能是下層溶洞的頂部) 附近填充物的密度和強度,并且增加內、外護筒間的膠合力。 (5)重新沖鉆,直至嵌入完整基巖。當符合設計及規范要求時,經監理工程師同意即可終孔,此樁即成孔。成孔后的工序工藝與常規相同,并不贅述。 套內護筒法要求對施工過程的每個環節(從確定內護筒長度、內徑到沉放方法乃至內外護筒間空隙、內護筒與溶洞底部間空隙的處理)都必須落實到位,便可順利成孔。 4、以主線橋57a墩樁基礎為例說明溶洞的處理: 57a墩地質為粘土層厚115、1.35m,粉質粘土層厚23.15m,溶洞頂板標高為-17.70m,洞底標高為-21.15m,溶洞高度為3.35m設計終孔標高為-23.7m。由于按設計圖紙要求,過溶洞時采用鋼護筒法處理。 粘土層及粉質粘土層的鉆進按常規施工方法進行鉆進。 當施工至溶洞頂板以上1m時,停止鉆進,提出鉆頭,在樁基的鋼護筒內焊好導向裝置,將預先準備好內徑比樁徑大1cm長度為6m的鋼套筒吊放入樁孔內。樁機換用沖錘將鋼套筒打入樁內,打入時采用低錘密擊,以垂球控制垂直度。 在擊穿溶洞頂板時,準備好足夠多的粘土、片石、泥漿,在擊穿溶洞頂板時樁孔失漿后及時補充泥漿,防止失水后樁孔塌孔。 將鋼護筒打入至溶洞底1m,填入粘土、片石,換以較小的沖錘密 打擊實,然后重新換上鉆頭繼續鉆孔至設計標高。為防止孔內的泥漿漏失,在鉆孔期間密切注意孔內的失漿情況,及時補漿。 經檢驗合格后,及時吊放鋼筋籠,澆筑水下混凝土成樁。 5、對水上樁基礎的施工的意見 前面我司已作對樁基礎的溶洞處理施工原則性闡述,但是我司需提出的是在水上平臺作施工時,若遇到溶洞時不作全護筒處理,若該樁位遇砂層,而且砂層較厚,泥漿補充不及時,會出現坍塌現象,若鋼平臺整個傾倒,其后果是不堪設想的,是否可以考慮在水上樁基礎中有溶洞的樁孔采用全護筒施工。