对岩溶地区铁路大桥溶洞桩基施工技术探讨

　　3.6对于下伏过深的多层溶洞区,桩基无法全部穿过溶洞层,桩端持力层为溶洞顶板岩层时,正确估算持力层厚度是岩溶地区多层溶洞桩基设计的关键问题。通常可采用如下两种计算方法。
　　3.6.1当溶洞顶板岩层比较完整,层理较厚,强度较高,洞跨较大时(大于3倍桩径),弯矩是主要控制条件,可根据梁板受力情况按溶洞顶板受弯矩控制估算顶板安全厚度。最小设计持力层板厚为
　　H=[6M/(q[δ])]0.5
　　式中q———溶洞顶板自重加上覆盖土层均布荷载,kN/m;
　　[δ]———取灰岩l/10容许抗压强度,MPa;
　　M———弯矩,根据顶板岩石的完整性,可分别按简支梁、悬臂梁和固端梁3种情况计算。
　　3.6.2当溶洞顶板岩层完整,岩体强度高,但洞跨较小时(小于3倍桩径),可按剪切应力控制估算顶板安全厚度
　　H=(q+P)/(τl)
　　式中q———溶洞顶板自重加上覆盖土层均布荷载,kN/m;
　　P———桩尖对溶洞顶板的集中力,kN;
　　τ———对于灰岩取l/12容许抗压强度,MPa;
　　l———溶洞平面周长,m。
　　四岩溶地区桩基施工的难点更具体地表现在以下4个方面
　　(1)容易坍塌的深厚覆盖层在快速漏浆的情况下得不到有效的保护,因而,一旦孔内泥浆迅速泄露,容易造成孔壁坍塌事故。
　　(2)施工的周期较长,原因有孔深度较大、该区域进入溶洞后岩石的强度较高及穿过溶洞时需反复进行堵漏等3个方面,尤其是后2个方面是重要的影响因素;
　　(3)无法保证孔壁的强度和稳定性;
　　(4)无法保证孔内水头的稳定;
　　五岩溶地区桩基施工的技术措施
　　5.1地质钻孔资料务必详尽,力求准确。进行必要的水文、工程地质调查;尽量避开雨季施工,做好防洪及暗河流速大的防洪措施;及时总结成桩经验,吸取教训。但在施工中也不可盲目完全依赖地质资料。一般来说,在岩溶极发育、地下水极丰富的地区,第一层护筒都应穿过砂层卵石层,以防突遇溶洞漏浆,造成孔口坍塌。
　　5.2岩溶地区桩基施工,必须根据不同的地质条件遵循相应的处理原则。对于岩溶,首先应对填充物进行土工试验,分析其物理力学特性,检测容重、含水量、孔隙率等,为注浆参数计算提供依据。然后根据地质钻探资料和填充物情况,对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。对每种处理方案,都要进行仔细的计算。施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验,取得经验数据,完善施工方案,指导施工。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。溶洞内无填充物或填充物较少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。若设计要求灌入碎石则必须钻一个大孔(直径不小于30cm)放入钢管并固定,钢管上置碎石料斗,碎石粒径不大于2cm,投料时振动钢管,以防止堵塞。对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等,冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用,保证泥浆不流失,使钻孔顺利通过岩溶区。
　　5.3对于上覆土层较厚、地下水较丰富的摩擦桩,采用钻孔法为宜。当钻进到达溶洞顶板时,冲击钻头操作要平稳,尽可能少碰撞孔壁,并减少冲程悬距(不大于0.80m),慢慢穿过并及时采取防护措施,按一定比例投入黄土和片石来封堵,防止漏浆。在漏浆情况下,为保证及时回填的效果,黄泥宜采用袋装或泥球状抛入,黄泥与片石比例控制在1∶2左右,以冲挤到溶洞回填物中作骨架,稳定充填物,使孔壁趋于稳定、密实。为保证回填及时,必须准备足够的编织袋,将黄泥袋装后与片石一起囤积在钻孔桩周围,随时准备应付突发事件。对于设置护筒的,护筒要及时跟进接长,并采用冲锤挤压,封堵溶洞附近的溶沟裂隙。对于嵌岩桩,当嵌岩不深,且需穿透溶洞时,应采用冲抓锥或冲击实心锥为宜。由于岩溶发育的不规则,在桩基成孔过程中,很容易造成卡孔和偏孔塌孔,所以在石灰岩溶蚀段的成孔过程中,应以小冲程冲进,勤用探孔器探测钻孔的垂直度,发现偏孔,及时处理。
　　5.4钢护筒的制作、安装力求规范,确保质量,尤其是钢护筒除拼接缝外,要另加钢板(箍)绑焊,避免桩锤在护筒内摩擦、冲击造成焊接口断裂。在冲进过程中采用间断循环浆清渣法,始终保持孔内留有一定量的沉渣,利用沉渣封堵裂隙避免漏浆塌孔。因为上覆土层较厚(其大部分为松散的砂土,含水量大,有轻度砂土液化现象),且地下水埋深较浅,施工时易塌孔,应加大泥浆比重。但终孔后应对泥浆进行稀释,以便彻底清孔。
　　5.5桩基成孔后的清孔过程中,既要注意清孔的质量,保证孔底沉渣厚度在规范设计图允许范围之内,又不能拖延时间,要及时灌筑混凝土,以防在换浆清孔过程中,溶洞内的填充物再次涌入孔内,特别有水流动的溶洞区。对较深桩,从冲孔到灌筑混凝土时间间隔较长的桩沉淀较厚,清孔方法一般应采用掏渣法、换浆法、喷射法3种方法配合清孔。首先,用掏渣法粗略清孔,然后,用换浆法清孔,钢筋笼下放完毕再用喷射法清孔。较浅桩,钢筋笼下放时间短,仅用换浆法清孔就可以了。检验清孔效果的简易方法是采用测绳下拴钢筋头放到孔底试探。如拉测绳比较重,表明清孔不太彻底,直到拉测绳下部与上部感觉一样为止,并且能清楚地感觉到钢筋头碰桩底岩石。
　　5.6桩基穿过多层溶洞或暗河,抛填粘土袋及片石用冲锤挤填桩外溶洞空间,采用2层、3层钢护筒防塌孔是成功的经验。在该桥施工时,因该地区岩溶裂隙发育,当钻孔进入岩层后发生漏浆时,及时加强护壁。漏浆现象一般发生在基岩内,根据勘探资料,在接近岩面处预先填入黄土和片石,且在每冲进50～60cm左右投入一次,直至终孔。部分桩基达到终孔高程后,桩底有直径小于20cm的小溶洞,应继续钻进至该溶洞底,彻底清除洞内填充物,再以C25混凝土填实,以保证桩底反力。
　　六结论
　　在岩溶发育地区对桥址的选择及桥孔的布置,是设计者和施工者的难题,处理不当,会造成在施工中改移桥位或改变结构形式,增加投资。从该桥的顺利实施可以看出,详细的地质勘探,科学选择桩端持力层的位置及溶洞顶板安全厚度,合适的穿过多层溶洞的施工处理方案,对确保桥梁桩基工程质量,加快进度,缩短工期,提高经济效益十分明显。另一方面,岩溶地区建桥,要想完全避绕是不可能的,而应根据岩溶发育和分布的规律,认真勘测、综合分析、全面比较、精心组织设计与施工,并加强检测,确保桥梁安全。

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