溶洞景观设计装修施工流程(溶洞景观设计装修施工流程视频)
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一、桥梁施工中遇到溶洞各位前辈都是怎么解决的
桥梁桩基施工中溶洞处理方法 桥梁桩基础施工中,遇到溶洞的情况并不少见,作为地下隐蔽工程,给施工带来很大困难, 如处理方法不当,往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆、塌孔等事故发生,甚至威胁桥梁运营安全。因而充分了解桥区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等,采取稳妥的措施,保证施工的顺利进行,十分重要。京珠高速公路粤境南段大镇至广州太和段全长122. 34km ,路基宽3315m ,许多桥梁均通过岩溶区。其中第19 标段处于南岭中南段,地质构造上属于华南褶皱带的一部分,区域地质构造轮廓主要有NE 向及EW向构造带。3 座立交桥桩基设计为嵌岩桩,均处于石灰岩地区。设计地质资料显示有少量小溶洞,但在施工中发现地质资料不准确。通过地质补钻揭示溶洞发育,洞内漏水,分布复杂,最大洞高约5m ,溶洞层数多达5 层。钻孔施工过程中发生过漏浆、地面塌陷等事故,增加难度且影响进度。 工程勘察对溶洞区桩基施工前一般采用物探或其它如电磁波层析CT 探测等方法探明溶洞的具体情况。因此,在施工首根桩时发现地质情况与设计资料出入较大后,选择逐桩超前钻探,并按设计桩尖标高在完整基岩内加深5m ,确保桥梁的安全可靠性。
下面简要介绍和总结下国内其它大型桥梁桩基施工中溶洞的处理方法:
(一)广和大桥主桥基础溶洞处理
广和大桥位于广州市白云区石井镇鸦岗村的白坭河水道上,大桥全长791m,桥宽36m,最大跨径120m。其基础采用钻孔灌注桩,其中:φ150cm64根,φ200cm44根,共108根。施工总工期22个月。本桥位地质属于第四纪沉积层覆盖之下,基岩主要为石灰统壶天灰岩。这些石灰纪地层沉积成岩以后,经历了漫长的地质年代和多次构造运动,形成北东向褶皱,并有大致平行于褶皱轴向的纵断层和大致与之垂直的横断面层。后来经历了侵蚀和剥蚀作用,并在地下水的化学和机械作用下形成一系列岩溶地貌,最后在第四纪全新世珠江三角洲最后一次海侵中,形成以冲积相为主的第四纪松软沉积层。从地质资料分析,溶洞分布较广。主桥位溶洞分布广而多。在桥位方案论证中,第一方案,28个钻孔,有12个发现了溶洞;第二方案,28个钻孔,有17个发现溶洞;第三方案,28个钻孔,有11个发现溶洞,最大的溶洞约16m。溶洞按其填充状态可分为空的、半填充的和完全填充的三类:按其填充物的性质可分为粘性土、砂砾和稀土三类;按其漏水情况可分为漏水和不漏水两类。溶洞的走向与河流的流向相同。根据上述地质条件,从技术、经济等方面经过比较,选择了静压化学灌浆法、套内护筒法等施工技术配合使用处理溶洞,取得预期的效果,推介如下。
1主桥桩基对溶洞的处理:主桥桩基精确放样后,在桩基施工上用地质钻于桩中心进行超前钻,必要时增加钻位。根据超前钻的结果,确定护筒的打入深度。有溶洞的桩位,护筒沉至风化岩层,置于强风化岩面上,这样可穿过土洞。护筒的底部即为岩层或溶洞的顶部。没有溶洞的桩,护筒沉放要穿过淤泥质亚粘土、砂砾层,置于砂砾质亚粘土层至少2m深。根据溶洞的不同类型,最后决定兼用两种不同的施工方案。图1布孔平面及剖面示意方案a当溶洞内有填充物填满或有流砂的,或当溶洞为空洞或填充物不满(水洞)且深度在3m以内的,在钻孔桩施工前先进行预处理,采用静压化学灌浆法固填充物和流砂,或用此法填满溶洞,在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。方案b当溶洞为空洞,且深度在3m以上的,拟用套内护筒法施工,即用内护筒穿过溶洞的施工方案。
2方案:a方案,b施工方法
2.1方案a(静压化学灌浆法)施工方法
2.1.1技术要求
溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度(20mpa以上),防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生,保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。溶洞预处理施工,在钻孔桩施工之前进行,相当于在桩基础施工过程中,于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序,与桩基施工的各工序一起形成流水作业。图2用钻机钻头钻杆压沉内护筒示意单位:cm
2.1.2施工方案
(1)处理方法选择由于溶洞埋藏较深,不能用爆破或填充混凝土等一般方法处理,有效的处理方法是灌浆法。而在众多的灌浆法中,因溶洞的不规则性,决定了其处理的最有效和比较经济的方法是静压化学灌浆法。因此,采用静压化学灌浆法,同时也可兼用喷射灌浆法,促进填充物强度的加强。
(2)静压化学灌浆的加固特点浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固,可控制浆液灌注在一定范围内且不流失,材料的利用率高,比较经济。浆材的结石率为100%,即1m3体积浆材可得1m3结石体。对溶洞中的砂、砾等土体,浆液是通过渗透作用板结砂和砾的;对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体,浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的;对于无填充物和半填充溶洞的空间,浆液是通过充填作用填满溶洞的。浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向,浆液固化后,小主应力面得到加固,而原次小主应力面变成小主应力面。这样,通过对小主应力面反复不断的加固,一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙,充填溶洞的空间,在桩体周围形成防水帷幕,防止流砂和保证护壁泥浆不流失;另一方面,提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙,防止坍孔。
静压化学灌浆的关键在于浆材的和工艺。
图3内护筒底部及顶部灌浆封缝示意单位:cm(3)工艺设计
布孔:在超前钻有溶洞的桩位四周均布4个灌浆孔(见图1)。
钻孔:孔径80mm,孔深要求达到最深溶洞的底部。
材料:普硅425#水泥(新标准为普硅32.5mpa水泥)与化学浆。
工艺:采用双液灌浆系统进行全孔灌浆,要求少量多次、反复灌浆。
2.1.3主要施工机械设备
主要机械设备有:bw250泥浆泵,bw150泥浆泵,100型钻机,泥浆搅拌机和贮浆槽,高压灌浆管及其配件。
2.2方案b(套内护筒)施工方法2.2.1内护筒长度的确定护筒长度l=h+3(m)(h为地质超前钻确定的溶洞高度)
2.2.2内护筒内径的确定内护筒内径应大于φ220cm,同时外径应小于外护筒内径5cm左右,如果只下一次内护筒(一层溶洞),内护筒内径选用233cm,壁厚为1cm,则外径为235cm(主桥外护筒内径为240cm)。当遇到第二层溶洞时,第二层溶洞的内护筒(即第三次护筒)选用220cm内径。
2.2.3溶洞顶部冲孔
根据超前钻的资料,当钻孔施工接近溶洞顶部时,提起钻头、钻杆,移开钻机(gps-30),采用冲击钻机ykc-30冲孔,冲孔钻头外径235cm。用冲击钻冲孔时,要求轻锤慢打,使孔壁圆滑坚固,提升高度一般不超过50cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查,其它施工工艺及注意事项与常规相同。
2.2.4内护筒的沉放方法
(1)当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤,在顶部厚度范围上下慢放轻提,冲锤不明显受阻碍,说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的,此时用钢丝绳活扣绑住内护管,用吊机(或冲机自吊)把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后,内护筒不会靠自重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。此时,gps-30钻机重新就位。
(2)护筒沉设利用gps-30钻机进行,在钻机的钻杆上附加压架,利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量,使内护筒随钻头的钻进而下沉,直到溶洞的底部(如图2)。
2.2.5内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理
(1)在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石,中部回填中砂(见图3)。
(2)用高压喷射灌浆法(施喷法)对回填体进行灌浆处理。灌浆后,内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结,固结强度要求达到30mpa,其抗渗系数可达10-7m/s。灌浆处理后,即可重新冲孔。
(3)在内护筒顶部及底部100cm范围内回填小碎石素水泥混凝土,内护筒中部回填砂,同样能起到堵塞空隙的目的。
(4)对于需要处理多层溶洞的桩基,一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是为了增加溶洞底部(同时有可能是下层溶洞的顶部)附近填充物的密度和强度,并且增加内、外护筒间的胶合力。
(5)重新冲钻,直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时,经监理工程师同意即可终孔,此桩即成孔。成孔后的工序工艺与常规相同,并不赘述。
3结语
3.1根据溶洞的不同类型,用方案a、方案b进行分类处理,处理方法可靠,各项技术指标均能满足设计要求。
3.2化学灌浆法对溶洞的预处理达到预期目的,有效防止了钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔现象,可保证成孔及水下水泥混凝土浇注等工序顺利完成。套内护筒法要求对施工过程的每个环节(从确定内护筒长度、内径到沉放方法乃至内外护筒间空隙、内护筒与溶洞底部间空隙的处理)都必须落实到位,便可顺利成孔。
3.3只要对其施工过程严格把好技术关,可有效缩短工期,保证了工程质量与经济效益的双赢。
(二)广州花都新雅桥
广州花都新雅桥位于新华镇建设南路与雅瑶镇交界处,是连接城区重要交通纽带。由于地质情况复杂,地下溶洞有3种情况:①覆盖层中的土洞内一般有充填物,但不密实,空洞范围一般不大;②基岩中的小溶洞,洞内无充填物,或有充填物,但不密实,即小空洞;③基岩中的大溶洞,洞内无充填物,或有充填物,但不密实即大空洞。
溶洞桩基施工方案:
1、对①、②两种情况,要求施工采用常规的溶洞处理方法,即洞顶打穿后抛填粘土、碎石、整包水泥后冲挤压密实,凝固后复冲。
2、对③种情况,则要求施工先进行溶洞内的充填加固,把土、溶洞用水泥、粉煤灰浆填满,7天后再进行成孔。对少量上面覆盖层地质较差的、砂砾层很厚的、一旦漏浆会塌孔情况,则采用加打钢护筒护壁措施。
溶洞桩基处理方案:
1、对于封闭的比较小的溶洞,采取注浆措施,提供成孔条件穿过溶洞。若洞内无填充物,则采取先填充碎石或干砂,然后注浆;若充填物呈软塑状态时,直接注浆固结。
2、溶洞内无填充物需向洞内填充砂子的,选择一个合适的孔位,放入并固定钢套管,将注砂管与钢套管相连接,在注浆前灌砂。用压风机将干砂压入,为防止洞内高压阻止灌砂,利用其它孔作为减压孔。待达到计算的填充体积,压力稳定,即可停止。
3、对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等,冲孔时可采取投放片石、粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用,保证泥浆不流失,使钻孔顺利通过岩溶区。
桩基套管钢护筒要求
φ1200mm桩的套管钢护筒的内径为1350mm,采用10~12mm厚的钢板卷制而成。采用的钢护筒长度为24~32m,分节运到现场。有大溶洞需要打钢护筒的桩基,先用φ1350mm的桩机锤成孔至溶洞顶,采用60kW以上的振动锤和25t以上的吊机配合打设钢护筒。钢护筒采用分节吊装焊接,分节高度为8.0~10.0m,孔口对焊,振打入桩孔内,一般每节振打只需5~20分钟。
实施情况:
施工过程中,曾发生过以下几方面的情况,按相应要求采取了岩溶地区桩基冲桩施工技术处理,取得很好的施工效果:
1、原设计桩底岩层不好。多次遇到冲孔快到终孔标高时,但岩样不是微风化岩,不能终孔,需超前钻取样重新确定桩底标高。
2、意外跑浆。地质资料揭示无溶洞或只有很小的溶洞,但突然发生跑浆,估计是挤破了旁边大溶洞的洞壁,或小溶洞与旁边的大溶洞是相连的。采取投放片石、碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用,使钻孔顺利通过岩溶区。
3、遇到岩面是斜面,发生了偏孔,应低锤轻冲击、慢冲击,要多次抛块石纠斜,因为打斜岩应低锤轻冲击、慢冲击。
4、遇到较大的土洞、空溶洞时,或连体薄层深洞迅速跨塌,出现掉锤现象,在快到溶洞项板2m距离位置时应低锤轻冲击、慢冲击,减少溶洞大面积跨塌锤现象。
5、遇到混凝土卡管及混凝土不合计量的现象,测试分析混凝土由于坍落度为12cm及施工人员未用水冲洗湿润管,混凝土和易流动性差是造成塞管的原因,混凝土坍落度以18~22cm为宜;浇筑导管必须密闭良好,浇筑时先放置隔水塞,浇注混凝土必须连续、快速;混凝土灌注与计算偏大是孔中有浆浸入溶洞,在溶洞地区浇筑桩基混凝土应增加,备料应不少于十立方米。
施工验桩结果:
整座桥桩基的质量是符合设计要求的,达到优良级标准(超声波检测结果一类桩占98%以上,其余也均为合格桩)。尽管岩溶地区地下情况千变万化,但通过我们的认真分析,采取有效的岩溶地区桩基冲桩施工技术对策、措施来处理施工,做好超前钻孔,重点注意冲桩成孔,控制灌注混凝土,岩溶地区桩基冲桩施工质量安全也是容易控制的。
通过本工程的实践,我们认为:岩溶地区桩基冲桩施工的施工技术措施,应做好超前钻孔,重点注意冲桩成孔,控制灌注混凝土,一定能达到我们施工的期望。
(三)京珠高速公路靠椅山至大镇段
京珠高速国道主干线粤境南段靠椅山至大镇段54座桥梁中,有17座处于溶洞地区。其中练屋中桥、坝子中桥和横石水大桥岩溶极为发育,桩的垂向溶洞个数为1 ~ 13个,其中最大的达22.1m。溶洞内有的有充填物,多为亚粘土或亚砂土;有的为半充填或无充填(空洞);有的溶洞不漏水,有的为半漏水。在这桥梁施工中,遇到许多问题,经采用相应措施,比较圆满地完成了桩基的施工任务。
2 溶洞地质桩基的施工方法
2.1 常规成孔法(按照无溶洞地质考虑)
当溶洞内有充填物,是可塑或软塑的亚粘土,并且溶洞不漏水,这时不官溶洞有多大,也不管溶洞垂向数量多少,都可以不考虑溶洞的存在,而按照正常的地质情况施工。可以采用人工挖孔或冲击钻成孔。练屋中桥大多数溶洞内充填物为亚粘土,物理力学性质较好,湿密度1.88g/cm3,天然孔隙比为0.899,塑性指数为12.3%,容许承载力为190kPa,洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别,可以按无溶洞的情况施工。练屋中桥和横石水大桥在桩的上部采用人工挖孔,自地表挖至11 ~ 17m时,已经穿透了透水层和一些溶洞,施工没有受到溶洞的影响。再往下改为冲击钻成孔,也不骨出现漏浆和坍孔现象,按照正常的地质情况施工。
2.2 片石粘土筑壁法
溶洞内无充填或半充填,溶洞高度不太大,一般在3m以内,但存在严重漏水,护筒内水头高度不能保持时,可采有片石加粘土(按1:1体积比)回填冲击,使其形成泥石护壁。反复多次回填片石粘土,反复冲击直至形成泥石护壁不再漏浆为止。练层中桥和横石水大桥大部分桩基是采取这种方法成孔的,这也是个比较成熟的施工方法。粘土片石筑壁法施工时,钢护简必须穿透砂砾及卵石层等透水层,座落在不透水的亚粘土层上,这样可以防止由于溶洞漏水,水头高度急剧下降而造成的坍孔。在地下水容易控制的地质情况下,也可以采取人工挖孔砼护壁的方法施工,并且 要穿 透透水层,座落在亚粘土层上。练屋中桥、横石水大桥均采取这种方法施工。有些桩在施工中几次严重漏水,护筒内水头高度急剧下降,均未出现坍孔现象。练屋中桥第一次进场的施工队,就是因为钢护筒很短,没座在亚粘土层上,造成坍孔,导致钻头被 埋在孔内。打油林小桥4#桩、坝子中桥14#桩也都由于这个原因造成坍孔。坝子中桥9#桩坍孔时还将钻头埋在孔中。
2.3 钢护筒跟进法
溶洞较大,洞内无充填物或流塑充填物,漏水很严重,采取片石加粘土反复打密,仍然无法形成泥石护壁的,可采取钢护筒跳进法施工。该方法就是一面冲孔,一面接高护筒,并且将其震动下沉至已钻成的孔内,有以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。
钢护筒跟进有两种施工方法。一是冲击钻成孔钢护筒跟进法。还有一种情况就是桩孔穿过多个溶洞,并且均已成功造壁,在下面冲孔时,上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时,可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏,漏几个溶洞钢护筒跟到几个溶洞。
当地下水很小并且容易控制时,应优先采用人工挖孔、砼护壁的方法施工。这种方法的优点是速度快、质量好、成本低。
人工挖孔桩所有桩孔可以同时开工,进展快。砼护壁的中心、垂直度及孔径大小易于控制,使钢护筒和井壁有较小的间隙,利于钢护筒下沉,给一层护筒到底创造了条件。人工挖桩设备简单、成本低。但人工开挖法受一定深度限制,并要注意工人的安全。
在地下水非常丰富、桩孔内的水不易抽干、人工无法挖孔作业时,可采用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工。施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能,使钢护筒能顺利下沉。一般钻头外径和钢护筒内径空隙控制在3 ~ 5cm,保证冲击店在护筒内顺利提升或下冲为度。在护筒跟进很困难时,可以先下在大护筒后下小护筒,然后割掉在大护筒下缘以上的内护筒,以保证桩砼与外护筒的连接。
如果冲击钻在坚硬的岩石中的扩孔系数较小,不能使钢护筒下沉时,可采用小量电雷管焊破,保证 钢护筒顺利下沉,可在井口上部估一个简易导向装置进行控制。
在井口用20槽钢焊一个井字架,两槽钢间的距离大于钢护筒外径10mm左右。在距孔口4 ~ 5m的位置 设一个导向用的环形钢筋,内径也是大于钢护筒外径10mm左右,锚固在砼护壁上,钢护筒沿这两个定向装置下滑。上下钢护筒拼接时,用2台经纬仪(或2人持垂球)在两个垂直方向看护筒边缘均在竖直线上,护筒是竖直的。拼好的钢护筒沿导向装置下滑。
为保证钢护筒顺利下滑,要求桩孔要竖直,无歪斜、缩颈。钢护筒孔径要准确,连接要顺直,用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度,钢板厚为8 ~ 10mm为宜。
由于钢护筒外缘与人工挖桩砼护壁或冲击钻的孔壁还有一定的问隙,桩顶在水平力作用下可能产生一定的水平位移,在施工中可采取一些措施予以解决。
(1)将钢护筒上端4 ~ 5m左右高度割掉(在人工挖桩有砼护壁的情况下可以这样做,否则易坍孔),浇注桩身砼并与砼护壁连在一起,5m以下的部分也可渗入一些砂浆,使钢板和孔壁也能连接在一起。这样做既保证了桩的质量,还可节约一部份的钢板。
(2)在孔口浇注厚30cm的砼封盖。在封盖上钢护筒和井壁间预留2个孔,一个孔用作注浆,一个孔留作排气。用灰浆泵将水泥浆压入护筒与护壁间的孔隙中,将灌注桩与井壁连在一起。
3 坍孔
钢护筒只有1 ~ 2m高,座落在砂砾和卵石层上。当冲击到溶洞后,突然漏浆造成水头高度急剧下降,砂砾和卵石层失去稳定,形成漏斗状的坍孔。坝子中桥9#孔、打油林小桥4#孔均由于钢护筒埋得太浅,没有座落在亚粘土不透水层上,造成坍孔。
3.1.1 预防坍孔的方法
(1)在地下水可以控制的情况下,可优先考虑人工挖桩砼护壁,穿过透水层座落在不透水的土层上,这种方法预防坍孔比较有效。练屋中桥和横石水大桥都采用了人工挖孔砼护壁,并且都座落在亚粘土层,即使溶洞漏水很厉害,在回填片石粘土反复冲击反复漏水的情况下,仍未出现坍孔现象。
(2)采用冲击钻冲孔施工时,可将钢护筒座落在亚粘土层上,再继续冲击成孔,也可避免坍孔。
(3)发现漏浆及时补水。
3.1.2 坍孔的处理方法
(1)当成孔深度不大时,可全孔回填粘土,并暂停一段时间后,再深埋钢护筒不透水层方可重新钻孔。
(2)当成孔深度较大时,可将钢护筒一直座落在坍孔的嗽叭口下缘的亚粘土层上,护筒周围回填粘土,挤实,再重新钻孔。
3.2 卡钻
卡钻的原因和处理方法:
(1)冲击钻刃脚磨钝、孔径变小,造成卡钻。应经常对冲击钻进行补刃。
(2)孔不圆,形成梅花孔。最好用6刃和4刃钻头打圆孔,不用一字钻。
(3)钻头在冲击填充的片石时,进起的石块将钻头和孔壁的空隙挤住,钻头不能上下。可放小炮震活钻头,也可用小冲击钻冲动,或用冲吸的方法将卡在钻头的石碴松动再提出。
(4)钻头冲破溶洞顶板,掉入溶洞,钻头倾斜,提不出来,应放小炮炸顶板岩。一般用量为300 ~ 500g即可,一次不行可反复几次。
(5) 卡钻时不宜强提,免得拉坏机械,拉断钢丝绳,掉钻头。练屋中桥在刃脚焊2圈钢筋扩孔,卡住了,用卷扬机强拉,结果卷扬机拉坏了。
3.3 斜孔
斜孔是由于岩石表面倾斜或出现探头石,致使钻头沿软的低的部位下滑造成的。解决的方法是回填片石,也可以灌注水下砼,待强度形成后用小冲程打紧绳反复冲击,直至调正过来为止。过大的冲程会成孔不圆,造成斜孔,一般应采用1 ~ 4m为宜。
3.4 漏浆
在冲击成孔中,由于有的溶洞与地下暗河或其他溶洞相通,泥浆迅速流走,水头高度急剧下降,造成漏浆。在溶洞桩基施工中,要在孔边备足一定数量的片石和粘土,一旦出现漏浆,要及时回填片石粘土冲击造壁,并且马上补水,防止水头高度继续下降。
3.5 坍孔埋钻
埋钻的原因是坍孔造成的。施工中发现漏浆应立即将钻头提到孔外,如果未及时提钻,漏浆后坍孔,钻头便被埋在孔中。
(1)人工挖土钢护筒跟进法。桩孔进尺较短,地下水易于控制,没有大的承压力,人可以下到桩孔中去挖坍落的泥石,边护筒跟进。要注意工人的安全,一直挖到钻头的位置,护筒也跟进到钻头位置。
(2)真空吸渣法。将导管置于坍孔的底部,用9m3空压机通过钢管压入空气吸出沉渣。这种方法适用于坍孔的石子粒径小于25cm(导管的内径)。 在溶洞地区进行桥梁桩基施工是比较困难的,如何在施工中实施对桩基质量的有效控制显得爓为重要。本方结合京珠高速公路粤境南段靠椅山至大镇段的实践经验,对如何根据工程特性选择合适的施工方法,保证桩基的质量作了初步探讨,希望在同类的工程施工中提供参考
二、灌注桩 溶洞 施工方案 变更
1、首先应在出现溶洞桩位附近补钻查勘孔,确定溶洞范围,如果溶洞范围不大,可暂不考虑变更方案,只不过可能会增大灌浆量,做好施工隐蔽记录和现场签证即可;
2、如范围大可考虑回填或或变更设计,或用钢管桩对桩位进行加固;
3、工程变更要看是量变还是设计变,量变比较单一,设计变更后主要涉及工期和费用。
三、岩溶地区帷幕灌浆处理?
岩溶地区帷幕灌浆处理是非常重要的,了解处理初衷以及要达到的目的,每个细节的落实都非常关键。中达咨询就岩溶地区帷幕灌浆处理和大家说明一下。
随着水利水电建设的发展,灌浆技术在得到飞快地发展的同时,其理论知识特别是在岩溶地区的灌浆处理方面还不成熟。
岩溶地区的地基透水性极强,在岩溶发育的基岩上筑坝,大坝基岩、水库周边和库区渗漏通道的处理是非常重要的,同时处理的施工技术和施工工艺均较复杂。因此,在大规模投入施工前要详细的查明坝基与库区的地质条件,了解坝基与库区的渗漏情况、渗漏规律、地质形成原因,提出合理的防渗处理方案。
一、岩溶地区灌浆特点
1. 工程量大:灌注材料种类多及灌注量大,在岩溶发育地,有大溶洞、大溶蚀裂隙的地段,需要灌注的材料种类多,一般根据灌注的实际情况及灌注效果而定;由于岩溶地区的防渗帷幕深度大,帷幕线长,帷幕灌浆孔排数又较多。
2. 施工复杂:岩溶地区的地质情况多变,我们应根据所遇到的实际情况,采取相应的施工方法,这就要去我们做到准备充分,对帷幕灌浆处理地段的地质情况要熟悉的掌握。
3. 处理时间长、造价高:由于岩溶地区灌浆工程量大、材料多、施工复杂,所以处理时间长,造价高。
4. 隐蔽性:由于帷幕灌浆部位都处于地表以下,是看不见,摸不着的,其质量检查方法为幕前幕后水位观测、示踪试验、压水试验、CT等。
5. 在一般帷幕灌浆效果检查采用标准为吕荣值q<3LU就可以了,但在岩溶地区,仅靠此参数来检查灌浆效果是远远不够的,需要综合应用扬压力观测,地球物理勘探检查、电视检查、大口径钻孔检查等方法。
二、岩溶地区灌浆处理方法
由于岩溶地区地质条件复杂且特殊,在灌浆过程中存在很多不确定因素,这就要求我们对各种地层的灌浆处理方法有所了解、掌握,以及对各种材料的准备要充分。溶洞的处理要根据溶洞的发育情况及防渗要求,一般为先封闭,再密实。其施工方法有:
1. 当溶洞有很大的空间时,可以先投入卵砾石,填满后进行水泥砂浆灌注,密实也可以直接灌注混凝土(一、二、三级配混凝土,根据实际灌注效果来确定用什么级配)进行封堵溶洞,经过待凝一段时间后,再在此段进行纯水泥浆的压灌,使得该处进一步密实。当溶洞空间足够大,同时处于工作基面较浅时,最好把溶洞进行揭露,根据防渗要求,进行处理(可浇混凝土板墙),在灌注时方法也是多种多样的。
2. 对于无充填型溶洞,建议使用以下步骤进行处理:
(1)在施工过程中同样要先查明岩溶规模,包括溶洞的大小(发育方向)、顶底板孔深(高程),是否为管道等,做好详细的记录。
(2)在查明溶洞的规模后,采用下述方法进行处理:
①若查明的岩溶为管道
A. 利用钻孔用清水往孔内冲填土、砂、砾石级配料。其中的砾石先用粒径2-5mm,接着用5-10mm、10-20mm、20-40mm等,由细逐级变粗,冲填中不断下入钻具扫、搅,直到在某一级不能再继续填进时为止,最后再灌注M20水泥砂浆或水泥浆。
B. 可用碎石和混凝土交替回填(若只填碎石,后续钻孔难度较大),回填采用C15或C20细石混凝土,细石混凝土坍落度应大于14cm,细石粒径不大于40mm,回填碎石的粒径不大于80mm;
②当溶洞为充填型溶洞时,必须先了解充填物的特性,了解溶洞发育规模后,根据溶洞内充填物特性以及发育规模采取相应措施。在查明溶洞的规模及充填物类型后,可采用较大口钻孔成孔并利用高压水冲除充填物并回填C15或C20混凝土,再进行补强灌浆。在含沙含泥岩溶地段进行高压灌浆难以成孔,若以带孔眼的钢管插入溶洞内形成人造孔壁,则可防止塌孔;在灌浆过程中也容易被砂土颗粒堵塞高压阀门或灌浆设备,浆液可用较大的压力通过花眼射入土层;借高压力的作用,水泥浆可以进入到砂土层中去,或将充填物压密,挤出其所含水分,达到灌注、压实充填物的目的;再则可根据处理区幕体所承受的水头压力,适当降低灌浆压力,保证幕体的连续性。
③对于埋藏较深溶洞:可先进行溶洞周围灌浆,使充填物逐渐被水泥浆体挤压、密实,然后再按逐序加密的原则进行溶洞部位的钻孔补强灌浆(注意控制灌浆压力);
深层岩溶的处理,采用花管法或旋喷法等辅助措施均有困难时,可先在岩溶周围进行灌浆,使岩溶充填物逐步被水泥浆体挤压、固结,然后再按逐序加密的原则进行溶洞部位的钻孔灌浆。
④充填型(半充填)型溶隙(溶缝):可采用高压水冲洗后灌注M15或M20砂浆,再进行补强灌浆;或采用0.5:1的水泥浆进行高压挤密灌浆。若充填物具有防水性,以及良好的抗压性时可对该段位置不进行灌浆处理;若充填物不具有防水性(如沙砾石),可对其充填物与水泥浆进行置换灌浆,如高压旋喷、简易高喷以及风水联合冲洗、花管灌浆法对其充填物进行置换,待凝后可对该段进行补充灌浆。
3.在施工过程中,若溶洞发育地段可以扩大灌浆孔径或进行竖井开挖时,则要采取扩大灌浆孔径或竖井开挖,便宜了解溶洞的发育情况,了解溶洞内充填物是否有防水效果,好进行充填物是否进行清理,使得灌浆工作采取相应的施工措施,为工程节约成本。
4.在施工过程中出现溶缝时--就是常规灌浆无法结束、同时混凝土也灌注不了时,可采取以下方法:
(1)降压:用低压甚至用自流式灌浆,待裂隙逐渐充满浆液,浆液的流动性降低后,再逐级升高压力(根据压力与流量的关系),按常规要求进行灌浆。
(2)限流:限制注入率不大于10-15L/min,以减小浆液在裂隙里的流动速度,促使浆液尽快沉积。待注入率明显减小后,将压力升高,使注入率基本保持在10-15L/min水平,直至达到灌浆结束标准后结束灌浆。
(3)浓浆灌注:采用最稠的水泥浆(一般为0.5:1)进行灌注。
(4)加速凝剂:在最稠的浆液(一般为0.5:1)中掺入水玻璃、氯化钙,对于吸浆量较大的可根据实际情况灌注一定数量后待凝后再采用纯浆液进行灌注。
(5)灌注水泥砂浆:根据灌注情况,掺砂量可以按水泥重量的10%、20%……100%逐步增加;砂的粒径也可逐渐变粗。将砂浆搅拌均匀后,用砂浆泵灌注。①砂浆泵灌注,在灌注溶缝时给予一定压力进行灌注,确保溶缝的充填饱满,达到防渗效果,采用导管插入孔内(尽量的把导管插入距孔底50cm),最好使用pvc管做导管,在灌注结束时,立即对孔口进行封闭,待凝48h后扫孔进行复灌。灌注水泥砂浆时可采取以下处理方法:根据灌注情况,掺砂量可以按水泥重量的10%、20%……100%逐步增加;砂的粒径也可逐渐变粗。将砂浆搅拌均匀后,用砂浆泵灌注,根据参砂量的多少以及砂浆的水灰比,采取相应的设备进行处理;②采取自流式灌注时,要在相邻孔采用一个排气孔,要注意观察孔口的反应,若有气泡往外窜,则应立即停止投放砂浆并立即封闭孔口;
(6)间歇灌浆:灌注一定数量水泥或灌注一定时间后,暂停一段时间。每次间歇之前,水泥灌浆量或灌浆时间根据地质情况、灌浆目的确定,间歇时间宜在2h以上,使灌浆材料具备一定初凝效果,才能使灌浆压力及流量有所改变。
总之,岩溶地区的灌浆具有很大的挑战性,处理溶洞的方法也是多种多样的,在处理时要善于总结经验、优化施工方案;在施工前做好充分的准备工作,避免在施工过程中出现“边勘探、边设计、边施工”的“三边”工程,根据不同的地形地质条件以及溶洞发育规模,配备相应的施工作业人员及施工设备。
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四、溶洞和土洞的地基处理
岩溶区存在溶洞和土洞或岩溶塌陷,将严重影响建筑地基的稳定性,降低地基的承载能力及加大地基的沉降变形。若对存在的溶洞、土洞或岩溶塌陷进行地基处理,可避免其对建筑地基的所造成的不利影响。
5.1.1 岩溶地基处理的一般原则
在岩溶地区进行地基处理时,对于溶洞、土洞或岩溶塌陷地基,一般应遵循以下原则[46]:
(1)重要建筑物宜避开岩溶强烈发育区;
(2)当地基含石膏、岩盐等易溶岩时,应考虑溶蚀继续作用的不利影响;
(3)不稳定的岩溶洞隙应以地基处理为主,并可根据其形态、大小及埋深,采用清爆换填、浅层楔状填塞、洞底支撑、梁板跨越、调整柱距等方法处理;
(4)岩溶水的处理宜采取疏导的原则;
(5)在未经有效处理的隐伏土洞或地表塌陷影响范围内不应作天然地基,对土洞和塌陷宜采用地表截流、防渗堵漏、挖填灌填岩溶通道、通气降压等方法进行处理,同时采用梁板跨越。对重要建筑物应采用桩基或墩基;
(6)应采取防止地下水排泄通道堵截造成动水压力对基坑底板、地坪及道路等不良影响以及泄水、涌水对环境的污染的措施;
(7)当采用桩(墩)基时,宜优先采用大直径墩基或嵌岩桩,并应符合下列要求:①桩(墩)以下相当桩(墩)径的3倍范围内,无倾斜或水平状岩溶洞隙的浅层洞隙,可按冲剪条件验算顶板稳定;②桩(墩)底应力扩散范围内,无临空面或倾向临空面的不利角度的裂隙面可按滑移条件验算其稳定;③应清除桩(墩)底面不稳定石芽及其间的充填物。嵌岩深度应确保桩(墩)的稳定及其底部与岩体的良好接触。
此外,在建筑结构措施中,应选用有利于与上部结构共同工作,并可适应小范围塌落变位、整体性好的基础形式,如配筋的十字交叉条形基础、筏形基础、箱形基础等,同时采取必要的结构加强措施,如砖石结构加强圈梁设置、单层厂房基础梁与柱连成整体,并加强柱间支撑系统等。
5.1.2 溶洞地基的处理方法
对地基稳定性有影响的岩溶洞隙,应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析,因地制宜采取下列处理措施[21]:
(1)对洞口较小的洞隙,宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理;
(2)对洞口较大的洞隙,宜采用梁、板和拱等结构跨越。跨越结构应有可靠的支承面。梁式结构在岩石上的支承长度应大于梁高1.5倍,也可采用浆砌块石等堵塞措施;
(3)对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体,可采用灌浆加固和清爆填塞等措施;
(4)对规模较大的洞隙,可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。
5.1.3 土洞地基的处理方法
土洞一般埋藏浅,发育快,顶部强度低,发展到一定程度就会塌陷,对建筑物威胁较大,特别是对高层建筑,由于基础埋置深,上部荷载大,造成的危害更大。有时建筑物施工时,由于地质勘察布孔有限而未发现土洞,但在建筑物使用后,由于改变了地下水的条件,如人工降低地下水位,就会产生新的土洞和地表塌陷。土洞对建筑物的影响有时比溶洞还要大,因此在岩溶地段进行建设时,应查清土洞的分布、形状、深度,以及它们的发育程度,可采用钎探的方法(桂林岩溶区采用钎探进行验槽,对查清土洞或塌陷的分布很有成效)。
对地基中存在的土洞,应根据土洞在地基中所处的位置、土洞大小及形状、埋深、水文地质条件等,综合采取处理措施[15,47,48]:
(1)挖填法:清除洞内软土后,铺填块石,上做碎石层,其上部用灰土或粘土夯实。一般对地下水形成的土洞,多以疏导为宜,避免堵截,又形成新的土洞,或使原土洞扩大。一般适用于浅层土洞。
(2)灌填法:在洞体范围的顶部地基基坑面上钻孔,可采用多个钻孔(但至少两个以上,以便土洞排气),一般直径φ100~150mm,将砂或砾石灌入洞内,然后再灌入水泥浆,或直接灌入混凝土。适用于埋藏深、洞径大的土洞。
(3)梁板跨越法:对埋置较深和直径较小的土洞,且土洞周边土体的承载力和稳定性较好时,可在洞顶上部用梁板跨越,对洞体本身不再处理。
(4)桩基法:对重要建筑物,当土洞较深时,可用桩穿过土层直抵基岩。也可在土洞中灌注混凝土桩,直至建筑物基础底部,以承受上部结构荷载。
(5)处理地表水及地下水法:由地表水渗入地下而形成土洞,或地表塌陷,做好地表水疏流、防渗等工作是根治土洞的基本措施。对形成土洞的地下水,一般应控制人工降低地下水位。
地基处理应适当考虑地基、基础与上部结构的共同作用,要适应上部结构的选型,同时结构也要适应地基的变形。例如,在岩溶塌陷灌浆时,是否考虑在灌浆塌陷体的顶部预留10~20cm空间,做成砂垫层(褥垫层),以调整灌浆塌陷体与周围地基的差异沉降。
5.1.4 岩溶塌陷的治理
5.1.4.1 岩溶塌陷治理的原则
(1)对于土洞和塌陷,除已充分论证其确属稳定不再发展的以外,一般都需要进行治理,未经治理不宜选作为建筑物的天然地基持力层。
(2)治理措施应坚持“标本兼治”,因地制宜。如由于岩溶地下水位升降波动引起的塌陷,一般应疏导地下水流通道;对于地表水渗漏引起的塌陷,应注意完善地表排水系统,防止地表水渗漏等。
(3)由于岩溶塌陷影响因素很多,一般应采取综合治理措施,如填堵结合灌浆,灌浆结合排水等,以符合既经济又安全的原则。
(4)在治理阶段,应结合监测和地基土测试工作,以检验治理措施的效果,以便发现问题及时补救。
5.1.4.2 岩溶塌陷的治理措施
对于岩溶塌陷,一般可采用以下处理措施[9]:
(1)换填法:首先清除塌陷体中的松土,填入块石、碎石或中、粗砂,做成反滤层,然后上覆粘土夯实。对于重要建筑物,一般需要将坑底或洞底与基岩面的通道堵塞,可开挖回填混凝土或设置钢筋混凝土板,也可灌浆处理。
(2)跨越法:用于塌陷坑或土涧较深大,开挖回填有困难的处理方法。一般以梁板跨越,两端支承在可靠的岩、土体上。据广西岩溶区的处理经验,每边支承长度不小于1.0~1.5m。
(3)强夯法:把10~20t的夯锤起吊到一定高度(10~40m);让其自由下落,造成强烈的冲击对土体强力夯实。一方面是夯实塌陷后松软的土层和塌陷坑或土洞内的回填上,以提高上体强度;另一方面可消除隐伏土洞和软弱带,是一种处理结合预防的措施。
(4)灌注法:把灌注材料通过钻孔进行注浆,其目的是强化土层或洞穴充填物、充填岩溶洞隙、隔断地下水流通道、加固建筑物地基。灌注材料主要是水泥、碎料(沙、矿渣等)和速凝剂(水玻璃、氧化钙),水泥标号一般应大于450号,灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注。
(5)深基础法:对于一些深度较大,跨越结构无能为力的土洞、塌陷,通常采用桩基,将荷载传递到基岩上。
(6)旋喷加固法:在浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”,在其上再设置基础。“硬壳层”厚度根据具体地质条件和建筑物的设计而定,一般可达5~20m。
(7)地表水的疏、排、围、改治理:在塌陷的治理阶段,对地表水的治理不能忽视或放松,应在预防措施的基础上进一步完善。
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