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摘要:本文总结哈大铁路客运专线金州湾2号特大桥利用冲击成孔通过不同形态岩溶地质时所采取回填片石粘土、回填混凝土、大小钢护筒跟进、孔底注浆等技术。采用不同的施工方法、工艺参数及质量通病防治措施,为类似工程施工提供借鉴。
关键词:岩溶地质;冲孔灌注桩;成孔;施工
前言:
溶洞是可溶性岩层(石灰岩、白云岩、石膏、岩盐)经过含碳酸的地下水不断侵蚀而产生的沟槽、裂缝和空洞。在岩溶地区施工时常出现卡钻、埋钻、孔身倾斜、护筒塌陷等质量通病。
在此地质区修建桥梁必须加强与勘测单位沟通,利用钻探、电测等技术,预测溶洞的位置、尺寸、形状、延伸方向、顶板和底板状况、围岩(上)及洞内堆填物性状,保证图纸与实际岩溶形态相近,准确的判定岩溶形态。
施工时制定不同的处理方案,确保桩基质量。
1.工程地质概况
哈大铁路客运专线金州湾2号特大桥位于辽宁省大连市,全长9563.55米,设计桩基2126根。该桥位于滨海平原。表层覆填筑土、黏土、粉土、砂类土及碎石类土,下伏石灰岩、粉砂岩及辉绿岩脉侵入,其中DK28+311～DK33+900处饱和粉、细砂为地震可液化层。石灰岩岩溶弱～中～强发育。
按照溶洞形态、位置和填充状态可以归纳以下几类。
2.成孔施工
2.1冲击成孔的工艺
2.2施工工艺要点
2.2.1钢护筒埋设及检查
钢护筒直径比桩径大30~40cm。按照十字线定位。埋设深度大于2m,四周回填密实。施工时利用“十字线起吊钻头法”检验护筒和孔位。如果地质柱状图显示溶洞,护筒直径要加大加长。
2.2.2泥浆制备
选择优质粘土造浆,粘土塑性指数不小于15。在施工中及时补充优质泥浆,以保证孔中泥浆顶标高始终高于地下水位1.0～1.5m,形成护壁、防止塌孔。施工现场配置流动试验站,随时对泥浆比重进行测试,并根据不同的地质情况采用不同的泥浆比重。
2.2.3冲孔
溶洞区一般采用反循环钻机成孔。根据地质资料表层人工填土,可采用孔内粘土自行造浆。开孔前在孔内多放一些粘土,并加适量粒径不大于15cm的片石,顶部抛平,泥浆比重1.6左右,钻进0.5～1.0米后再回填粘土和片石,继续冲砸,如此反复二、三次。
在通过砂土地层时采用中冲程(约75cm),通过高液限粘土、含砂低液限粘土时,采用中冲程;在易坍塌或流砂地段用小冲程,并提高泥浆粘度和密度。
当钻到顶板附近,由于岩面倾斜,出现钻头摆动、撞击护筒和孔壁,说明钻头已接近顶板。此时,停止钻孔,回填片石和黏土块,然后调整钻机冲程,反复冲砸,在顶板上部形成坚硬的柱体,以其传递冲力,使斜面破碎、平整。
一般松软土层,钢丝绳的长度要均匀松放,每次可松绳5～8cm;在密实坚硬土层每次可松绳3～5cm。注意防止松绳过小,形成打空锤,使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载、遭受损坏。特别要注意及时检查钢丝绳质量:(具体见下表)
2.2.4掏渣
一般密实坚硬土层每小时纯钻进小于5～10cm、松软地层每小时纯钻进小于15～30cm时,进行掏渣或每进尺0.5～1.0m时掏渣一次,每次掏4～5筒,或掏至泥浆内含渣显著减少,无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。
在采用正循环法清孔仍无法清理沉渣时,可利用真空泵采用反循环法对桩孔底部沉渣进行清孔,以确保成桩后的桩底沉渣厚度不超过施工规范和设计的要求。
3溶洞处理
施工时认真的核对图纸,及时捞取岩样,做好钻孔记录。当遇到孔内水位突然下降,护筒内泥浆稠度不断变化,钻机进尺突然加快时一般可以判定进入溶洞。
在穿越灰巖层遇有溶洞时分4种情况处理:
当溶洞完全在桩孔内,溶洞深度在1~2m时,填入碎石和粘土后开挖通过;溶洞深度大于2~3m时或溶洞没有全部贯通孔径,分段搅入水泥浆(混凝土)成凝结体后开挖;当溶洞在桩位侧面且溶洞直径大于3m时,设置支护措施浇混凝土护壁或钢护筒通过;当溶洞在桩位底部且距离大于3米,可采用注浆方案处理。
3.1抛填片石粘土法
这种方法适用于溶洞体积较小的空溶洞或地下水流较小的溶洞。钻头冲击至溶洞顶板时,采用低冲程,一般控制在50cm左右,逐渐将溶洞顶板击穿。同时观察护筒内泥浆变化,立即将钻头提升出孔外后,若泥浆的稠度变稀,向孔内增加比重为1.2～1.5的泥浆,保持孔内水位在正常状态下,泥浆稠度比重可增加至25～30s,如泥浆稠度较快变稀,加适量的水泥在孔内搅匀后静置4小时,以达到固壁的目的。在稳定泥浆稠度和水位后,可以向孔内抛片石,且在片石中掺入适量的碎卵石土及絮状物,以增加溶洞区内桩孔内侧的片石密度,减小地下水流速度然后继续用冲锤将片石及絮状物向四周排挤形成孔壁。及时记录回填粘土、片石数量,估计溶洞大小,只有泥浆面稳定,钻头冲击有力,填满溶洞后再进行钻孔作业。
3.2回填混凝土法
当溶洞倾斜且高度小于2m时考虑用速凝混凝土导管注浆法对溶洞进行处理。钻到溶洞及时处理,其配比为C50混凝土,配合比详见表四。
3.3下沉钢护筒法
高且宽大空洞;溶洞中有地下河或暗河;地下水流较大或体积较大的泥砂洞,可能会产生流砂现象,宜排不宜堵的溶洞应采用此法。钢护筒应埋制到岩面。
钢护筒采用厚10mm的钢板卷制,长度5~6m,外层护筒直径比桩径大20-25cm,内层护筒直径比桩径大15-20cm。如遇到特殊情况,护筒应按需加长。采用振动锤将护筒振入,外层护筒跟进至基岩面后,改由内护筒随钻孔进程跟进。内护筒主要作用是防止溶洞充填物进入钻孔内,以便成孔;避免灌桩混凝土散失到溶洞中,防止断桩。
3.4压浆法
对于桩底地下水流小的扁平溶洞,采用静水压浆法,利用土体化学加固原理,采用机械泵压力将化学浆液通过灌浆管均匀压入地层,使原来松散土粒或裂隙充满浆液固结成一种高强防渗防水和化学性能稳定的新结构人造石,达到防止地下水流动的效果。从而改善地质状况。
4.岩溶地区冲击成孔通病防治
岩溶地区冲击施工过程中可采用加强型泥浆护壁技术,同时应用穿越溶洞顶板的冲击成孔技术,岩溶区漏浆、偏孔、卡钻的预防及处理技术,保证快速、安全的钻孔施工。
4.1加强型泥浆护壁技术
在普通泥浆中掺加纯碱、水泥、锯末屑、片石等,在溶洞孔壁周边形成牢固的封闭环。
要求使用水化快、造浆能力强、粘度大、含砂率低的黏土;遇到流砂及有松散填充物的溶洞时,按黏土重量的12.5-20%掺加水泥;纯碱按照黏土重量的2-3%掺加,锯木屑按照黏土体积的10%掺加;片石一般使用不大于15cm的坚硬石块。用草袋装黏土、纯碱、水泥、锯木屑等混合材料直接沉落孔底,用钻头反复冲砸,可以在溶洞堵漏和造壁中取得较好的效果。
4.2穿越溶洞顶板的冲击成孔技术
当钻孔接近顶板时,由于岩面倾斜,出现钻头摆动,或撞击护筒和孔壁,或冲击声音减弱等现象,说明钻头已接近顶板。此时,停止钻孔,回填片石和黏土块,然后调整钻机冲程,反复冲砸,在顶板上部形成坚硬的柱体,以其传递冲力,使其传递冲力,使斜面破碎、平整。
4.3偏孔的预防和处理技术
用型钢加宽钻机底座,控制钻孔速度,钢丝绳松放适度,经常检孔。偏孔时回填片石、黏土修孔;或者灌注水下不扩散混凝土重钻修孔。
4.4卡(埋)钻的预防及处理技术
经常检查钻头直径,磨耗不超过1.5cm;准备备用钻头,对磨耗的钻头及时补焊;更换新钻头先用小冲程冲击一段时间;在穿越溶洞顶板时,使用小冲程钻进。
如遇卡钻,可用强提法和爆破震动法。采用滑轮组、吊机和钻机相互配合强提,或用千斤顶强顶的办法,将钻头提出。如果强提无效,可用水下小爆破震动法将钻头松动后提出。
4.5掉钻预防及处理
在钻进中经常检查钻具和钢丝绳和连接装置磨损程度;在钻头顶部约1/3处帮焊捞箍;出现偏斜时及时回填片石或混凝土;准备好打捞工具,掉钻及时打捞防治沉碴埋钻。
掉钻后处理:首先查明原因,清孔探明锤头位置,用打捞工具打捞;若钻头倾斜,先用母锥扶正,再打捞;如果掉进较大溶洞,且已经探钩无法挂住,可以利用重锤将钻头挤进溶洞;对于钻头头部断裂可以用大磁铁吸住再打捞。
5.体会
由于溶洞隐藏在地下岩层中,难以准确逐桩进行钻探,测其大小位置、形状。现场施工人员应根据地质勘测资料,在施工过程中密切注意钻进过程,认真做好记录,发现问题应根据不同的情况断明原因,采取相应的措施进行处理,选用既加快施工进度,又能确保施工质量的施工方法。
根据资料计算填充所需材料、设备。在冲击钻进过程中,关键是冲击和吸渣量是否匹配,也是确保孔壁稳定正常钻进最基本最重要条件。在钻进过程中吸渣工作应根据钻进地层和情况而定,不应过量汲渣以免造成孔壁失稳坍孔,发生埋钻事故。
在冲击过程中,必须经常检查钢丝绳的磨损情况以及转向装置的灵活性和连接的牢固性,以防磨断或因转向不灵而扭断钢丝绳,发生掉钻事故。
关键词:岩溶地质;冲孔灌注桩;成孔;施工
前言:
溶洞是可溶性岩层(石灰岩、白云岩、石膏、岩盐)经过含碳酸的地下水不断侵蚀而产生的沟槽、裂缝和空洞。在岩溶地区施工时常出现卡钻、埋钻、孔身倾斜、护筒塌陷等质量通病。
在此地质区修建桥梁必须加强与勘测单位沟通,利用钻探、电测等技术,预测溶洞的位置、尺寸、形状、延伸方向、顶板和底板状况、围岩(上)及洞内堆填物性状,保证图纸与实际岩溶形态相近,准确的判定岩溶形态。
施工时制定不同的处理方案,确保桩基质量。
1.工程地质概况
哈大铁路客运专线金州湾2号特大桥位于辽宁省大连市,全长9563.55米,设计桩基2126根。该桥位于滨海平原。表层覆填筑土、黏土、粉土、砂类土及碎石类土,下伏石灰岩、粉砂岩及辉绿岩脉侵入,其中DK28+311～DK33+900处饱和粉、细砂为地震可液化层。石灰岩岩溶弱～中～强发育。
按照溶洞形态、位置和填充状态可以归纳以下几类。
2.成孔施工
2.1冲击成孔的工艺
2.2施工工艺要点
2.2.1钢护筒埋设及检查
钢护筒直径比桩径大30~40cm。按照十字线定位。埋设深度大于2m,四周回填密实。施工时利用“十字线起吊钻头法”检验护筒和孔位。如果地质柱状图显示溶洞,护筒直径要加大加长。
2.2.2泥浆制备
选择优质粘土造浆,粘土塑性指数不小于15。在施工中及时补充优质泥浆,以保证孔中泥浆顶标高始终高于地下水位1.0～1.5m,形成护壁、防止塌孔。施工现场配置流动试验站,随时对泥浆比重进行测试,并根据不同的地质情况采用不同的泥浆比重。
2.2.3冲孔
溶洞区一般采用反循环钻机成孔。根据地质资料表层人工填土,可采用孔内粘土自行造浆。开孔前在孔内多放一些粘土,并加适量粒径不大于15cm的片石,顶部抛平,泥浆比重1.6左右,钻进0.5～1.0米后再回填粘土和片石,继续冲砸,如此反复二、三次。
在通过砂土地层时采用中冲程(约75cm),通过高液限粘土、含砂低液限粘土时,采用中冲程;在易坍塌或流砂地段用小冲程,并提高泥浆粘度和密度。
当钻到顶板附近,由于岩面倾斜,出现钻头摆动、撞击护筒和孔壁,说明钻头已接近顶板。此时,停止钻孔,回填片石和黏土块,然后调整钻机冲程,反复冲砸,在顶板上部形成坚硬的柱体,以其传递冲力,使斜面破碎、平整。
一般松软土层,钢丝绳的长度要均匀松放,每次可松绳5～8cm;在密实坚硬土层每次可松绳3～5cm。注意防止松绳过小,形成打空锤,使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载、遭受损坏。特别要注意及时检查钢丝绳质量:(具体见下表)
2.2.4掏渣
一般密实坚硬土层每小时纯钻进小于5～10cm、松软地层每小时纯钻进小于15～30cm时,进行掏渣或每进尺0.5～1.0m时掏渣一次,每次掏4～5筒,或掏至泥浆内含渣显著减少,无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。
在采用正循环法清孔仍无法清理沉渣时,可利用真空泵采用反循环法对桩孔底部沉渣进行清孔,以确保成桩后的桩底沉渣厚度不超过施工规范和设计的要求。
3溶洞处理
施工时认真的核对图纸,及时捞取岩样,做好钻孔记录。当遇到孔内水位突然下降,护筒内泥浆稠度不断变化,钻机进尺突然加快时一般可以判定进入溶洞。
在穿越灰巖层遇有溶洞时分4种情况处理:
当溶洞完全在桩孔内,溶洞深度在1~2m时,填入碎石和粘土后开挖通过;溶洞深度大于2~3m时或溶洞没有全部贯通孔径,分段搅入水泥浆(混凝土)成凝结体后开挖;当溶洞在桩位侧面且溶洞直径大于3m时,设置支护措施浇混凝土护壁或钢护筒通过;当溶洞在桩位底部且距离大于3米,可采用注浆方案处理。
3.1抛填片石粘土法
这种方法适用于溶洞体积较小的空溶洞或地下水流较小的溶洞。钻头冲击至溶洞顶板时,采用低冲程,一般控制在50cm左右,逐渐将溶洞顶板击穿。同时观察护筒内泥浆变化,立即将钻头提升出孔外后,若泥浆的稠度变稀,向孔内增加比重为1.2～1.5的泥浆,保持孔内水位在正常状态下,泥浆稠度比重可增加至25～30s,如泥浆稠度较快变稀,加适量的水泥在孔内搅匀后静置4小时,以达到固壁的目的。在稳定泥浆稠度和水位后,可以向孔内抛片石,且在片石中掺入适量的碎卵石土及絮状物,以增加溶洞区内桩孔内侧的片石密度,减小地下水流速度然后继续用冲锤将片石及絮状物向四周排挤形成孔壁。及时记录回填粘土、片石数量,估计溶洞大小,只有泥浆面稳定,钻头冲击有力,填满溶洞后再进行钻孔作业。
3.2回填混凝土法
当溶洞倾斜且高度小于2m时考虑用速凝混凝土导管注浆法对溶洞进行处理。钻到溶洞及时处理,其配比为C50混凝土,配合比详见表四。
3.3下沉钢护筒法
高且宽大空洞;溶洞中有地下河或暗河;地下水流较大或体积较大的泥砂洞,可能会产生流砂现象,宜排不宜堵的溶洞应采用此法。钢护筒应埋制到岩面。
钢护筒采用厚10mm的钢板卷制,长度5~6m,外层护筒直径比桩径大20-25cm,内层护筒直径比桩径大15-20cm。如遇到特殊情况,护筒应按需加长。采用振动锤将护筒振入,外层护筒跟进至基岩面后,改由内护筒随钻孔进程跟进。内护筒主要作用是防止溶洞充填物进入钻孔内,以便成孔;避免灌桩混凝土散失到溶洞中,防止断桩。
3.4压浆法
对于桩底地下水流小的扁平溶洞,采用静水压浆法,利用土体化学加固原理,采用机械泵压力将化学浆液通过灌浆管均匀压入地层,使原来松散土粒或裂隙充满浆液固结成一种高强防渗防水和化学性能稳定的新结构人造石,达到防止地下水流动的效果。从而改善地质状况。
4.岩溶地区冲击成孔通病防治
岩溶地区冲击施工过程中可采用加强型泥浆护壁技术,同时应用穿越溶洞顶板的冲击成孔技术,岩溶区漏浆、偏孔、卡钻的预防及处理技术,保证快速、安全的钻孔施工。
4.1加强型泥浆护壁技术
在普通泥浆中掺加纯碱、水泥、锯末屑、片石等,在溶洞孔壁周边形成牢固的封闭环。
要求使用水化快、造浆能力强、粘度大、含砂率低的黏土;遇到流砂及有松散填充物的溶洞时,按黏土重量的12.5-20%掺加水泥;纯碱按照黏土重量的2-3%掺加,锯木屑按照黏土体积的10%掺加;片石一般使用不大于15cm的坚硬石块。用草袋装黏土、纯碱、水泥、锯木屑等混合材料直接沉落孔底,用钻头反复冲砸,可以在溶洞堵漏和造壁中取得较好的效果。
4.2穿越溶洞顶板的冲击成孔技术
当钻孔接近顶板时,由于岩面倾斜,出现钻头摆动,或撞击护筒和孔壁,或冲击声音减弱等现象,说明钻头已接近顶板。此时,停止钻孔,回填片石和黏土块,然后调整钻机冲程,反复冲砸,在顶板上部形成坚硬的柱体,以其传递冲力,使其传递冲力,使斜面破碎、平整。
4.3偏孔的预防和处理技术
用型钢加宽钻机底座,控制钻孔速度,钢丝绳松放适度,经常检孔。偏孔时回填片石、黏土修孔;或者灌注水下不扩散混凝土重钻修孔。
4.4卡(埋)钻的预防及处理技术
经常检查钻头直径,磨耗不超过1.5cm;准备备用钻头,对磨耗的钻头及时补焊;更换新钻头先用小冲程冲击一段时间;在穿越溶洞顶板时,使用小冲程钻进。
如遇卡钻,可用强提法和爆破震动法。采用滑轮组、吊机和钻机相互配合强提,或用千斤顶强顶的办法,将钻头提出。如果强提无效,可用水下小爆破震动法将钻头松动后提出。
4.5掉钻预防及处理
在钻进中经常检查钻具和钢丝绳和连接装置磨损程度;在钻头顶部约1/3处帮焊捞箍;出现偏斜时及时回填片石或混凝土;准备好打捞工具,掉钻及时打捞防治沉碴埋钻。
掉钻后处理:首先查明原因,清孔探明锤头位置,用打捞工具打捞;若钻头倾斜,先用母锥扶正,再打捞;如果掉进较大溶洞,且已经探钩无法挂住,可以利用重锤将钻头挤进溶洞;对于钻头头部断裂可以用大磁铁吸住再打捞。
5.体会
由于溶洞隐藏在地下岩层中,难以准确逐桩进行钻探,测其大小位置、形状。现场施工人员应根据地质勘测资料,在施工过程中密切注意钻进过程,认真做好记录,发现问题应根据不同的情况断明原因,采取相应的措施进行处理,选用既加快施工进度,又能确保施工质量的施工方法。
根据资料计算填充所需材料、设备。在冲击钻进过程中,关键是冲击和吸渣量是否匹配,也是确保孔壁稳定正常钻进最基本最重要条件。在钻进过程中吸渣工作应根据钻进地层和情况而定,不应过量汲渣以免造成孔壁失稳坍孔,发生埋钻事故。
在冲击过程中,必须经常检查钢丝绳的磨损情况以及转向装置的灵活性和连接的牢固性,以防磨断或因转向不灵而扭断钢丝绳,发生掉钻事故。