肇庆大桥岩溶区大直径嵌岩桩施工技术2000年第3期广东公路交通GuangDongGongLuJiaoTong总第,64期肇庆大桥岩溶区大直径嵌岩桩施工技术梁鉴亮●'(中港第四航务工程局,广州510500)摘要:肇庆大桥桥址处于非常活跃的溶洞发育地段及地质破碎带上,大直径桩基施工采用双护筒方案,泥浆循环系统,钻冲结合.简要介绍施工过程中的溶洞处理方案及实践效果.关键词:大直径桩基础溶洞施工工艺中圈分类号:13443.15文献标识码:B1概述肇庆大桥位于肇庆市西江下游,南接建设中的广肇高速公路,北连市区端州一路.主桥为六跨单箱单室连续梁,主跨136m,副跨86m,北引桥Ⅱ为17X40m跨预应力简支T梁(桥面连续),桥面宽均为22m.主桥主墩为4根奶0o/0cm嵌岩桩基础,薄壁墩身,副墩为2根奶0o/忆50cm嵌岩桩基础(39#～45#墩),双柱式墩身;北引桥Ⅱ为2根n嵌岩桩基础,双柱式墩身(22#～38#墩).肇庆是以拥有千姿百态溶洞景观的七星岩着名的旅游城市.由于城市整体规划的需要,肇庆大桥桥址处于非常活跃的溶洞发育地段及地质破碎带上.为摸清溶洞的分布,大小,填充情况,漏水情况等,以指导施工,在全面铺开桩基础施工前,分别进行初勘,施勘,补勘,电磁波层析CT探测等多层次勘察.勘察结果显示,大桥从22#墩到45#墩几乎每桩都存在裂隙破碎带和溶洞.覆盖层厚从10m～40m变化,地层变化为:粉砂层一细砂层一中砂层一粗砂层一角砾层一基岩,其中主墩大部为粗砂层及角砾层,北引桥Ⅱ大部为粉砂层及细砂层, 部分墩有中粗砂层.岩层多为灰岩,局部夹有白云岩,石英大理化岩等.溶洞形状极为复杂,以主墩40#墩为例,溶洞层数最多达5层,溶洞顶板最厚的达4m,最薄的仅为10cm,顶底板大都倾斜,最大倾斜角达75o,且溶蚀的作用十分破碎;溶洞高度变化很大,最小的溶洞仅高20—30cm,最高的溶洞则高达9.40m.溶洞中多填充流塑性的亚粘土(含有角砾,粉细砂和中粗砂等),部分为空洞,且存在压缩气体或高压水.溶洞形状各异,错落无序,桩桩相连,并与异常发育的裂隙破碎带相连通,构成一座座非常复杂,离奇的地下迷宫.在北引桥II桩基础中,最大的溶洞高达13m,最多的达7层,同一墩位的溶洞互相连通,一些相邻墩位的溶洞亦互相连通,这些情况给施工带来较大的难度. 2施工方案的选择初步摸清溶洞分布情况后,确定施工方案并实施.经过认真比选,并总结类似工程的施工经验,在施工中确定了以下三个原则.2.I双护筒方案根据地质资料,自22#～41#墩各桩的覆盖层均为砂层,39#一41#墩有少量角砾,而北引桥Ⅱ则大部份为粉砂层,最深的达3O多m.这种地质情况下,一旦发生漏浆,孔内泥浆液面迅速下降,泥浆护壁无法抵抗漏浆时产生的内外水头差所产生的压力,其后果会导致塌孔埋钻等恶性事故的发生.但由于覆盖层厚,振动锤无法将护筒一次施打到位,按D315cm单护筒穿过20m覆盖层进行计算,其外侧摩阻力约1100t.要克服如此大的摩阻力,至少需500kW振动锤,而护筒壁厚需达25mm 以上才能保证施打时不产生变形,而且施工难度极大.通过在工期,成本上反复对比,最终确定采用钻埋法完成内护筒的下放.而防止出现这种情况最有效的方法是将钢护筒下放至基岩面,在实际施工中采用双护筒施工,用"钻埋法"将护筒下放至基岩面.2.2泥浆循环系统由于桩孔径大,且设计对桩基础成孔质量要求较高(设计要求孔底沉碴不超过lcm),使用普通泥浆已难以保证成孔质量,故钻孑L时采用优质泥浆进行施工,以加强护壁效果,并确保清碴满足设计要求.泥浆以膨润土为主要材料,掺人一定量的纯缄,及少量外加剂,浇注砼前采用孔底换浆?25?2000年第3期广东公路交通总第64期法.施工时采用反循环清碴,利用泥浆船进行循环(图1).再J|■l,l簟■-I'tl早●■石五直●●,r●-重?图1内,外护筒位置及内护筒脚处理示意图2.3钻冲结合由于桩位处地质十分复杂,施工时不可预见因素较多,经过反复讨论比较,决定采用钻冲结合工艺成孔.即:先用钻机钻穿覆盖层,下完内护筒压浆后,再换冲机进行人岩施工.选择冲击钻机进行入岩施工主要基于下述原因:(1)由于冲机成孔对孔壁产生的挤压作用,使得其孔壁比较密实.(2)冲机易于处理内护筒脚与基岩面接触面处空隙.(3)由于冲击成孔时,冲锤自由落体,能保障进尺的垂直度.(4)由于冲锤尺寸,重量较小,一旦出现卡锤,掉锤等事故时,易于打捞.3施工过程中的溶洞处理3.1施打钢护筒钢护筒施工工艺流程:搭设钻桩平台,加工定位导架一施打外护筒一上回旋钻机钻穿覆盖层一撤钻机一下放内护筒至基岩面一内护筒外压浆一上冲机进行人岩施工.钻覆盖层时,考虑到地质资料可能存在的误差,进尺至基岩面以上1～2m时停止钻进,以确保施工安全.下放内护筒参考钢筋笼下放工艺,利用吊船(或吊车)分段接长下沉.下沉时,由测量人员严格控制护筒接头的垂直,护筒偏位及垂直度,至孔底后,再用振动锤震入辅助下沉至岩面.要求倾斜度不大于1%,实际均控制在5%o之内.内护筒沉放到位后,在内外护筒间进行抛碎石压浆处理, 以增加护筒的整体刚度(图2).?26?图2泥浆循环系统示意图3.2溶洞的施工处理方法3.2.1护筒刃脚固结处理内护筒下放完成后,钢护筒周边不可能与岩面完全接触,加上岩面一般较为倾斜,内护筒与岩面之间往往会形成较大间隙.这些间隙仅由较为松散的角砾填充,若不加以固结,在入岩冲进过程中会成为桩孔与河床之间的通道.施工时河床内角砾(粗砂)可能涌入孔内,继而使桩孔与河水连通,不仅无法进尺,还极易造成埋钻等事故.在施工中采取两种方法进行护筒脚的固结: (1)在内护筒刃脚外,采用高压旋喷法将护筒刃脚与岩面周围的粗砂与角砾固结成一个有一定强度的整体围幕.这种方法安全上较有保障,但成本高,工期长;(2)利用冲机成孔时对孔壁会产生挤压力的特点,在钢护筒刃脚范围内抛填块石,粘土,用2～4m冲程进行冲压,使其密实造壁,反复多次,直至孔底平整才可以向下冲进(实际施工时要求为3个工作台班).处理的同时可以冲平参差不齐的岩面,以免过护筒脚时产生偏孔或斜孔.留下质量隐患.整个过程需严格控制进尺及冲程,加强对操作人员的管理,才能达到预期效果.在实际施工中,由于40#D桩基岩面严重倾斜,且地质情况复杂,采用了方法(1)外,其余各桩均采用方法(2).3.2.2冲进及溶洞的技术处理尽管施工前进行了初勘,施勘,补勘及cr探测,已有较为详细的溶洞分布状况资料,但是仍无法准确把握基岩内溶洞具体情况.施工中,最容易出现的问题是:a.施工时由于碰到溶洞或与桩2OOO年第3期梁鉴亮肇庆大桥岩溶区大直径嵌岩桩施工技术总第64期位外溶洞相通的裂隙,引起的突然问大量泥浆漏失,并引发塌孔埋钻等事故.b.溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞,施工时易造成斜孔,卡锤,进尺困难.c.进尺时遇到大溶洞,且填充物为软塑性土质或空洞时,若不控制进尺,冲锤一下可进尺数m,极易引起掉锤或卡锤等事故.且因进尺过快,导致护壁质量差,易发生塌孔.d.由于冲机自身的局限,易产生梅花孔及因机械故障(如钢丝绳断开)引起掉锤等等.其中溶洞漏浆是最容易发生也是最危险的,施工时应采取多种可靠措施来防止出现上述情况,确保施工安全,顺利成孔.首先必须加强对操作人员的管理.施工前对所有施工人员进行详细技术交底,使每一位操作人员对溶洞处理方案,抢险措施及溶洞分布情况都心中有数,同时要求每一班操作人员在施工过程中须对冲机的钢丝绳,冲锤直径等各项指标进行详细检查.施工中漏水漏浆是难以避免的,也无法预测,其处理关键是:发生漏浆时要及时补浆补水,维持孔内水头,防止桩孔内外产生过大的水头差,并迅速堵漏.为做到这点,施工中应做好以下工作: (1)在整个施工过程中,应准备足够的补水补浆设备,实际施工利用气举反循环原理抽江水往孔内补水,效果良好.(2)每根桩备有大量的块石和粘土用作堵漏材料,同时在泥浆船准备大量新鲜泥浆,一旦发生漏浆,立即往孔内补浆.(3)严格控制孔内泥浆质量,利用泥浆堵塞微小裂隙,尽量减少泥浆漏失量.为防止出现卡锤,掉锤,梅花孔等问题,应做好以下几点:(1)在接近溶洞顶板及溶洞中冲进时,应严格控制冲程,以免不慎掉锤.(2)遇到半边岩及斜面岩时,应在正常进尺前,先用块石及粘土回填至正常孔深以上约lm高,再压实冲进,反复直至孔径正常后再进尺.施工中若出现梅花孑L 亦如此处理.(3)在溶洞内进尺时则按照处理内护筒脚及基岩面的空隙处理方法进行,分层抛填压实,在桩孔周围造壁.(4)施工时应经常检查桩孔孔径,垂直度等情况,一有异常立即停止进尺,纠正之后,再继续进尺.3.2.3清碴清孔相对回旋钻机而言,不能及时清碴是影响冲击成孔进度的重要原因.为此,施工时采用气举反循环进行清孔清碴(图2),大大提高了清碴效率,加快施工进度.但由于气举产生的负压大,要求清碴过程中及时补充泥浆,保持桩孔内水头压力和泥浆的比重,以维持孔内外的水头平衡,故在操作时利用泥浆船储浆进行补充.3.2.4优质泥浆的配制在桩基础浇注砼前,为保持孔底干净,须对桩底部份进行换浆处理,即将孔底约5m范围内泥浆置换成新鲜优质泥浆.经过试验比较,我们选用了"油田泥浆",其全称为聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆(P.H.P),具有低含沙率,低失水量,低固相,高胶体率,不分散等优点,以保证浇注砼前桩底达到"0沉碴"状态.油田泥浆基本原料是膨润土,再加入适量的纯碱,羟基纤维素及聚丙烯酰胺水解溶液(比例视泥浆质量经试验而定).3.2.5浇注水下砼水下砼浇注按常规施工,在浇注前应考虑扩孑L及填充溶洞的需要,准备较多的材料.另外,浇注时适当加大溶洞区埋管深度(埋管深度取6～8m 为宜),以避免浇注砼时,因溶洞护壁塌陷,桩孔内砼充填溶洞,引起砼面急剧下降而使导管口露出砼面,从而产生断桩事故.同时应大力加强砼浇注过程的监控力度,发现问题及时解决.4岩溶区大直径钻孔桩施工经验在1998年l1月至l999年4月基础施工中,肇庆大桥主桥q,3oo/,/,270em桩顺利完成,余下的北引桥Ⅱ嵌岩桩也于2000年1月份全部完工.工程质量和进度均受到业主,监理部门的肯定,未发生一起重大伤亡事故.在施工实践中,我们总结出一些在溶岩区大直径桩施工的行之有效的施工工艺.(1)全(双)护筒法在溶岩区桩基施工是安全可靠的.在岩溶发育地区施工时应采用全护筒施工,以防止因溶洞漏浆而引发塌孔事故.并且钻埋法施工工艺亦克服了因覆盖层厚而无法将护筒下放至基岩面的困难.(2)冲钻结合工艺是可行的.在覆盖层采用回转钻机钻进,岩层采用冲击式钻机冲进,可充分利用两种不同性质钻机的各自的优点.(3)在溶洞内冲孑L过程中,如遇漏浆采用块石,粘土等施工常用材料冲实,堵漏方法是成功的.(4)采用优质泥浆,提高护壁质量和成孔效率是有效的,施工过程应保持桩孑L中的泥浆比重等各种泥浆指标处于正常范围.浇注砼前采用换浆法进行孔底处理,对桩孔孔底质量是有保证的. (5)施工前应制定好完善的施工方案并落实可靠的补水补浆等应急措施,并加强技术交底工作.'(收稿日期:2000—04—12)?27?。