廣和大橋主橋基礎溶洞處理
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
廣和橋位于廣州市白云區(qū)石井鎮(zhèn)鴉崗村的白坭河水道上，橋全長791m，橋寬36m，最跨徑120m。其基礎采用鉆孔灌注樁，其中：φ150cm64根，φ200cm44根，共108根。施工總工期22個月。本橋位地質(zhì)屬于第四紀沉積層覆蓋之下，基巖主要為石灰統(tǒng)壺天灰?guī)r。
這些石灰紀地層沉積成巖以后，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)年代和多次構造運動，形成北東向褶皺，并有致平行于褶皺軸向的縱斷層和致與之垂直的橫斷面層。后來經(jīng)歷了侵蝕和剝蝕作用，并在地下水的化學和機械作用下形成一系列巖溶地貌，最后在第四紀全新世珠江三角洲最后一次海侵中，形成以沖積相為主的第四紀松軟沉積層。從地質(zhì)資料分析，溶洞
分布較廣。主橋位溶洞分布廣而多。在橋位方案論證中，第一方案，28個鉆孔，有12個發(fā)現(xiàn)了溶洞；第二方案，28個鉆孔，有17個發(fā)現(xiàn)溶洞；第三方案，28個鉆孔，有11個發(fā)現(xiàn)溶洞，最的溶洞約16m。溶洞按其填充狀態(tài)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(zhì)可分為粘性土、砂礫和稀土三類；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(jù)上述地質(zhì)條件，從技術、經(jīng)濟等方面經(jīng)過比較，選擇了靜壓化學灌漿法、套內(nèi)護筒法等施工技術配合使用處理溶洞，取得預期的效果，推
介如下。
1主橋樁基對溶洞的處理
主橋樁基精確放樣后，在樁基施工平臺上用地質(zhì)鉆于樁中心進行超前鉆，必要時增加鉆位。根據(jù)超前鉆的結果，確定護筒的打入深度。有溶洞的樁位，護筒沉至風化巖層，置于強風化巖面上，這樣可穿過土洞。護筒的底部即為巖層或溶洞的頂部。沒有溶洞的樁，護筒沉放要穿過淤泥質(zhì)亞粘土、砂礫層，置于砂礫質(zhì)亞粘土層至少2m深。根據(jù)溶洞的不同類型，最后決定兼用兩種不同的施工方案。圖1布孔平面及剖面示意方案a當溶洞內(nèi)有填充物填滿或有流砂的，或當溶洞為空洞或填充物不滿（水洞）且深度在3m以內(nèi)的，在鉆孔樁施工前先進行預處理，采用靜壓化學灌漿法固結填充物和流砂，或用此法填滿溶洞，在固結體達到一定強度以后再鉆孔施工。方案b當溶洞為空洞，且深度在3m以上的，擬用套內(nèi)護筒法施工，即用內(nèi)護筒穿過溶洞的施工方案。
2方案a方案b施工方法
2．1方案a（靜壓化學灌漿法）施工方法
2．1．1技術要求
溶洞預處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達到一定的強度（20mpa以上），防止鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔等情況的發(fā)生，保障成孔及水下混凝土澆注等一系列施工工序的順利完成。溶洞預處理施工，在鉆孔樁施工之前進行，相當于在樁基礎施工過程中，于鉆孔樁施工工序之前加入一道預處理工序，與樁基施工的各工序一起形成流水作業(yè)。圖2用鉆機鉆頭鉆桿壓沉內(nèi)護筒示意單位：cm2．1．2施工方案
（1）處理方法選擇由于溶洞埋藏較深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法處理，有效的處理方法是灌漿法。而在眾多的灌漿法中，因溶洞的不規(guī)則性，決定了其處理的最有效和比較經(jīng)濟的方法是靜壓化學灌漿法。因此，采用靜壓化學灌漿法，同時也可兼用噴射灌漿法，促進填充物強度的加強。
（2）靜壓化學灌漿的加固特點漿材可在幾秒或在幾十秒內(nèi)瞬間凝固，可控制漿液灌注在一定范圍內(nèi)且不流失，材料的利用率高，比較經(jīng)濟。漿材的結石率為100％，即1m3體積漿材可得1m3結石體。對溶洞中的砂、礫等土體，漿液是通過滲透作用板結砂和礫的；對于溶洞中的稀土、亞粘土等土體，漿液是通過劈裂、擠密作用加固土體的；對于無填充物和半填充溶洞的空間，漿液是通過充填作用填滿溶洞的。漿液在土體中的滲透擴散方向是往小主應力面方向，漿液固化后，小主應力面得到加固，而原次小主應力面變成小主應力面。這樣，通過對小主應力面反復不斷的加固，一方面滲透、擠密溶洞中的土體的空隙，充填溶洞的空間，在樁體周圍形成防水帷幕，防止流砂和保證護壁泥漿不流失；另一方面，提高溶洞中土體的承載力和抗剪力形成擋土墻，防止坍孔。
靜壓化學灌漿的關鍵在于漿材的配方和工藝。
圖3內(nèi)護筒底部及頂部灌漿封縫示意單位：cm（3）工藝設計
布孔：在超前鉆有溶洞的樁位四周均布4個灌漿孔（見圖1）。
鉆孔：孔徑80mm，孔深要求達到最深溶洞的底部。
材料：普硅425＃水泥（新標準為普硅32．5mpa水泥）與化學漿。
工藝：采用雙液灌漿系統(tǒng)進行全孔灌漿，要求少量多次、反復灌漿。
2．1．3主要施工機械設備
主要機械設備有：bw250泥漿泵，bw150泥漿泵，100型鉆機，泥漿攪拌機和貯漿槽，高壓灌漿管及其配件。
2．2方案b（套內(nèi)護筒）施工方法2．2．1內(nèi)護筒長度的確定護筒長度l＝h＋3（m）（h為地質(zhì)超前鉆確定的溶洞高度）
2．2．2內(nèi)護筒內(nèi)徑的確定
內(nèi)護筒內(nèi)徑應于φ220cm，同時外徑應小于外護筒內(nèi)徑5cm左右，如果只下一次內(nèi)護筒（一層溶洞），內(nèi)護筒內(nèi)徑選用233cm，壁厚為1cm，則
外徑為235cm（主橋外護筒內(nèi)徑為240cm）。當遇到第二層溶洞時，第二層溶洞的內(nèi)護筒（即第三次護筒）選用220cm內(nèi)徑。
2．2．3溶洞頂部沖孔
根據(jù)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（gps－30），采用沖擊鉆機ykc－30沖孔，沖孔鉆頭外徑235cm。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(jīng)測試檢查，其它施工工藝及注意
事項與常規(guī)相同。
2．2．4內(nèi)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(nèi)護管，用吊機（或沖機自吊）把內(nèi)護筒放入外護筒內(nèi)至孔底。到孔底后，內(nèi)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，gps－30鉆機重新就位。
（2）護筒沉設利用gps－30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(nèi)護筒隨鉆頭的鉆進而下沉，直到溶洞的底部（如圖2）。
2．2．5內(nèi)、外護筒間空隙及內(nèi)護筒與溶洞底部間空隙的處理
（1）在內(nèi)護筒底部及頂部100cm范圍內(nèi)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(nèi)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?jié)B系數(shù)可達10－7m／s。灌漿處理后，即可重新沖孔。
（3）在內(nèi)護筒頂部及底部100cm范圍內(nèi)回填小碎石素水泥混凝土，內(nèi)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(nèi)、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(guī)范要求時，經(jīng)監(jiān)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(guī)相同，并不贅述。
3結語
3．1根據(jù)溶洞的不同類型，用方案a、方案b進行分類處理，處理方法可靠，各項技術指標均能滿足設計要求。
3．2化學灌漿法對溶洞的預處理達到預期目的，有效防止了鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔現(xiàn)象，可保證成孔及水下水泥混凝土澆注等工序順利完成。套內(nèi)護筒法要求對施工過程的每個環(huán)節(jié)（從確定內(nèi)護筒長度、內(nèi)徑到沉放方法乃至內(nèi)外護筒間空隙、內(nèi)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。
3．3只要對其施工過程嚴格把好技術關，可有效縮短工期，保證了工程質(zhì)量與經(jīng)濟效益的雙贏。
這些石灰紀地層沉積成巖以后，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)年代和多次構造運動，形成北東向褶皺，并有致平行于褶皺軸向的縱斷層和致與之垂直的橫斷面層。后來經(jīng)歷了侵蝕和剝蝕作用，并在地下水的化學和機械作用下形成一系列巖溶地貌，最后在第四紀全新世珠江三角洲最后一次海侵中，形成以沖積相為主的第四紀松軟沉積層。從地質(zhì)資料分析，溶洞
分布較廣。主橋位溶洞分布廣而多。在橋位方案論證中，第一方案，28個鉆孔，有12個發(fā)現(xiàn)了溶洞；第二方案，28個鉆孔，有17個發(fā)現(xiàn)溶洞；第三方案，28個鉆孔，有11個發(fā)現(xiàn)溶洞，最的溶洞約16m。溶洞按其填充狀態(tài)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(zhì)可分為粘性土、砂礫和稀土三類；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(jù)上述地質(zhì)條件，從技術、經(jīng)濟等方面經(jīng)過比較，選擇了靜壓化學灌漿法、套內(nèi)護筒法等施工技術配合使用處理溶洞，取得預期的效果，推
介如下。
1主橋樁基對溶洞的處理
主橋樁基精確放樣后，在樁基施工平臺上用地質(zhì)鉆于樁中心進行超前鉆，必要時增加鉆位。根據(jù)超前鉆的結果，確定護筒的打入深度。有溶洞的樁位，護筒沉至風化巖層，置于強風化巖面上，這樣可穿過土洞。護筒的底部即為巖層或溶洞的頂部。沒有溶洞的樁，護筒沉放要穿過淤泥質(zhì)亞粘土、砂礫層，置于砂礫質(zhì)亞粘土層至少2m深。根據(jù)溶洞的不同類型，最后決定兼用兩種不同的施工方案。圖1布孔平面及剖面示意方案a當溶洞內(nèi)有填充物填滿或有流砂的，或當溶洞為空洞或填充物不滿（水洞）且深度在3m以內(nèi)的，在鉆孔樁施工前先進行預處理，采用靜壓化學灌漿法固結填充物和流砂，或用此法填滿溶洞，在固結體達到一定強度以后再鉆孔施工。方案b當溶洞為空洞，且深度在3m以上的，擬用套內(nèi)護筒法施工，即用內(nèi)護筒穿過溶洞的施工方案。
2方案a方案b施工方法
2．1方案a（靜壓化學灌漿法）施工方法
2．1．1技術要求
溶洞預處理的目的是為了加固溶洞填充物和填滿溶洞空間并達到一定的強度（20mpa以上），防止鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔等情況的發(fā)生，保障成孔及水下混凝土澆注等一系列施工工序的順利完成。溶洞預處理施工，在鉆孔樁施工之前進行，相當于在樁基礎施工過程中，于鉆孔樁施工工序之前加入一道預處理工序，與樁基施工的各工序一起形成流水作業(yè)。圖2用鉆機鉆頭鉆桿壓沉內(nèi)護筒示意單位：cm2．1．2施工方案
（1）處理方法選擇由于溶洞埋藏較深，不能用爆破或填充混凝土等一般方法處理，有效的處理方法是灌漿法。而在眾多的灌漿法中，因溶洞的不規(guī)則性，決定了其處理的最有效和比較經(jīng)濟的方法是靜壓化學灌漿法。因此，采用靜壓化學灌漿法，同時也可兼用噴射灌漿法，促進填充物強度的加強。
（2）靜壓化學灌漿的加固特點漿材可在幾秒或在幾十秒內(nèi)瞬間凝固，可控制漿液灌注在一定范圍內(nèi)且不流失，材料的利用率高，比較經(jīng)濟。漿材的結石率為100％，即1m3體積漿材可得1m3結石體。對溶洞中的砂、礫等土體，漿液是通過滲透作用板結砂和礫的；對于溶洞中的稀土、亞粘土等土體，漿液是通過劈裂、擠密作用加固土體的；對于無填充物和半填充溶洞的空間，漿液是通過充填作用填滿溶洞的。漿液在土體中的滲透擴散方向是往小主應力面方向，漿液固化后，小主應力面得到加固，而原次小主應力面變成小主應力面。這樣，通過對小主應力面反復不斷的加固，一方面滲透、擠密溶洞中的土體的空隙，充填溶洞的空間，在樁體周圍形成防水帷幕，防止流砂和保證護壁泥漿不流失；另一方面，提高溶洞中土體的承載力和抗剪力形成擋土墻，防止坍孔。
靜壓化學灌漿的關鍵在于漿材的配方和工藝。
圖3內(nèi)護筒底部及頂部灌漿封縫示意單位：cm（3）工藝設計
布孔：在超前鉆有溶洞的樁位四周均布4個灌漿孔（見圖1）。
鉆孔：孔徑80mm，孔深要求達到最深溶洞的底部。
材料：普硅425＃水泥（新標準為普硅32．5mpa水泥）與化學漿。
工藝：采用雙液灌漿系統(tǒng)進行全孔灌漿，要求少量多次、反復灌漿。
2．1．3主要施工機械設備
主要機械設備有：bw250泥漿泵，bw150泥漿泵，100型鉆機，泥漿攪拌機和貯漿槽，高壓灌漿管及其配件。
2．2方案b（套內(nèi)護筒）施工方法2．2．1內(nèi)護筒長度的確定護筒長度l＝h＋3（m）（h為地質(zhì)超前鉆確定的溶洞高度）
2．2．2內(nèi)護筒內(nèi)徑的確定
內(nèi)護筒內(nèi)徑應于φ220cm，同時外徑應小于外護筒內(nèi)徑5cm左右，如果只下一次內(nèi)護筒（一層溶洞），內(nèi)護筒內(nèi)徑選用233cm，壁厚為1cm，則
外徑為235cm（主橋外護筒內(nèi)徑為240cm）。當遇到第二層溶洞時，第二層溶洞的內(nèi)護筒（即第三次護筒）選用220cm內(nèi)徑。
2．2．3溶洞頂部沖孔
根據(jù)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（gps－30），采用沖擊鉆機ykc－30沖孔，沖孔鉆頭外徑235cm。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(jīng)測試檢查，其它施工工藝及注意
事項與常規(guī)相同。
2．2．4內(nèi)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(nèi)護管，用吊機（或沖機自吊）把內(nèi)護筒放入外護筒內(nèi)至孔底。到孔底后，內(nèi)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，gps－30鉆機重新就位。
（2）護筒沉設利用gps－30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(nèi)護筒隨鉆頭的鉆進而下沉，直到溶洞的底部（如圖2）。
2．2．5內(nèi)、外護筒間空隙及內(nèi)護筒與溶洞底部間空隙的處理
（1）在內(nèi)護筒底部及頂部100cm范圍內(nèi)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(nèi)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?jié)B系數(shù)可達10－7m／s。灌漿處理后，即可重新沖孔。
（3）在內(nèi)護筒頂部及底部100cm范圍內(nèi)回填小碎石素水泥混凝土，內(nèi)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(nèi)、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(guī)范要求時，經(jīng)監(jiān)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(guī)相同，并不贅述。
3結語
3．1根據(jù)溶洞的不同類型，用方案a、方案b進行分類處理，處理方法可靠，各項技術指標均能滿足設計要求。
3．2化學灌漿法對溶洞的預處理達到預期目的，有效防止了鉆孔樁施工時泥漿流失、流砂及坍孔現(xiàn)象，可保證成孔及水下水泥混凝土澆注等工序順利完成。套內(nèi)護筒法要求對施工過程的每個環(huán)節(jié)（從確定內(nèi)護筒長度、內(nèi)徑到沉放方法乃至內(nèi)外護筒間空隙、內(nèi)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。
3．3只要對其施工過程嚴格把好技術關，可有效縮短工期，保證了工程質(zhì)量與經(jīng)濟效益的雙贏。
