岩溶地区桩基础施工

文章编号:1671-7619(2002)02-0044-03岩溶地区桩基础施工黄祖云(湛江市公路局,广东湛江　524033)摘要:马渡立交桥是京珠高速公路粤境北段十标的一座立交桥,桥址位于该项目南段岩溶发育区。

在该桥桩基础施工过程中不断加深对岩溶地质问题的认识。

简要介绍岩溶区桥梁桩基成孔的施工工艺,总结提出了施工体会。

关键词:　岩溶地质　桥梁桩基　施工工艺中图分类号:U445.55+1 文献标识码:B1　概述粤北山区是我国岩溶发育地区之一,岩溶的分布很广泛。

京珠高速公路粤境小塘至甘塘段位于南岭山脉大瑶山西麓,属中低山丘陵区,路线穿越区以岩溶地貌和风化剥蚀、构造剥蚀的峡谷地貌为主,以其恶劣的地形地质环境被世行官员称为“富有挑战性的工程”。

其中,岩溶发育区具典型的南方裸露型岩溶地貌特征,以峰丛洼地与谷地的岩溶地貌为主,峰林、乳丘簇立,溶蚀洼地、漏斗、谷地呈串珠状沿构造线展布,溶沟、溶槽及石牙和地下岩溶(溶洞、暗河)发育。

局部段溶洞特别发育,规模大,具成群出现、多层分布之特点。

地下水属岩溶水类型,补充量大。

在岩溶地区进行桥梁桩基施工颇有些难度。

由于种种原因,尽管施工前各勘测阶段对本项目岩溶地质问题进行了不同程度的研究,但仍不能满足基础施工时对场地内影响桥梁施工与安全岩溶情况了解的需要。

确切地说,设计图纸提供的地质资料关于墩台或桩基处岩溶的发育特点、洞穴规模、充填物性状及富水程度等不能完全满足指导施工的要求。

马渡立交桥是京珠高速公路粤境北段十标的一座立交桥。

本文以该桥桩基施工为例,围绕岩溶发育区桩基终孔标高的确定,穿越串珠式溶洞、特大溶洞的施工组织安排及成桩质量控制措施,简要介绍岩溶区桩基施工中钻孔准备、成孔工艺、混凝土浇筑及应注意的问题,希能为以后此类工程提供借鉴。

2　钻孔前的工作2.1　地质情况复勘根据设计部门提供的地质资料,到实地踏勘和向当地的地质部门及群众了解,施工人员发现马渡立交桥所处地区岩溶非常丰富,高差很大,在48m 长的地段内高差达十几m ,全桥20根桩几乎都穿过溶洞,有的桩基甚至要穿过多层溶洞。

溶洞群为南北走向,有的溶洞中有小股从北向南的暗流。

在线路的两侧分布有地陷坑。

为详细查明本桥桩基持力层强度、溶洞及软弱夹层等不良工程地质情况,参建各方决定进行地质补钻。

钻探揭示,桥址地层大致可分第四系残坡积亚粘土和石炭系下统测水组灰岩风化带两层,灰岩层面起伏变化大,层内岩溶发育,部分溶洞冲填流～软塑状粘土及灰岩碎石,地质情况复杂。

典型地质断面如图1。

图1　马渡立交桥部分桩孔处的溶洞分布图2.2　施工组织方案由于影响因素较多,基础工程往往是问题交・44・2002年第2期 广东公路交通G uangDong G ong Lu JiaoT ong 总第73期杂、易出现隐患的关键部位之一。

技术问题与组织问题交织在一起,施工机具及材料供应系统的限制又常常增加形成高标准施工技术体系的难度。

这种情况下,更需要管理与施工部门共同创造良好的施工氛围与工程质量保证体系,在复杂地形地质情况、气候条件及经济因素的影响下,确保施工方案及实施措施能满足工期及质量要求。

从图1中可见桥位区岩溶地质情况非常复杂,根据实际情况,决定先施工位于溶洞底较深处及暗流上水向的桩基,这样,假如溶洞部分塌孔亦不会影响位于溶洞底较浅处的桩,暗流上水向的桩基施工完后会改善下水向的桩的施工条件。

岩溶地区的岩面变化大,常出现地质突变情况,因基础桩要穿越的岩层厚度较大,为防止回旋钻的钻杆扭断,采用冲击钻成孔。

3　桩基施工工艺3.1　穿过空溶洞的桩基础成孔施工在这种地质中钻孔,关键要防止钻穿溶洞时出现泥浆流失,而使桩孔护壁失去泥浆压力产生塌孔。

马渡立交桥的14#桩就属于这种情况。

在14#桩施工时,上面的粘土覆盖层采用现浇混凝土护壁、人工挖孔的方法进行,快到溶洞时,再用冲击钻冲孔,并根据地质钻探资料计算填充溶洞所需的材料数量,准备足够的片石和粘土等。

在钻穿溶洞后,底部先用低标号的素混凝土填上数m,堵住暗流,再用片石、粘土加入适量水泥进行填充。

加入水泥是为了增加填充物的力学性能。

溶洞以上部分采用粘土回填到距离孔口2m的位置。

经过10d左右的自重沉积,再进行冲孔施工。

这样就保证了溶洞部分桩基施工时孔壁的稳定性。

3.2　穿越有填充物溶洞的桩基础成孔施工位于有填充物的溶洞处的桩基础,根据洞内填充物和充填情况可采取不同的方法施工。

第一种是溶洞内的空间较大及有地下暗流,采用3.1的方法成孔。

第二种是溶洞内填充物较密实、基本上已填满时(如马渡立交桥的7#桩),按通常的施工成孔方法进行,但泥浆池体积要比一般情况下大1倍,且泥浆比重取施工规范所规定值的上限。

同时在即将钻穿溶洞时要密切注意孔内水头变化,当水头下降较快时,要及时加入粘土和适量的水泥进行回填,直到稳住水头。

3.3　穿越多层溶洞的桩基础成孔施工马渡立交桥12#桩需穿过多个位于地质不同层上的溶洞。

施工中首先弄清各层溶洞的情况,在穿过较大空间的溶洞时,要考虑岩面以上覆盖土层部分孔壁的护壁方式。

对于有不稳定填充物的溶洞采用抛石造壁,对于空间较大的溶洞采用片石和粘土混合物填充。

成孔中必须注意孔中水头的变化情况,及时补浆。

经过上述措施处理,保证了这部分桩孔孔壁的稳定性。

3.4　岩面覆盖层复杂或岩溶地区水中桩基础的成孔施工陆上桩如果由于岩面覆盖层情况复杂而不能直接采用混凝土护壁、人工挖孔的方式进行,或在岩溶地区的水中进行施工,发现覆盖层下面存在无填充物的溶洞时,应先用加大的钻锥,将覆盖层冲击成比设计孔径大30cm的孔,然后用厚度0. 8mm的钢板卷成和上孔径一样大的钢管桩,在每节钢管的接头处用同样厚的钢板圈进行加强,一直跟进直到岩层面。

以下部分采用和相应地质情况的施工措施进行成孔。

3.5　清孔清孔宜采用正循环换浆法进行。

具体做法是:在冲锥上焊接一段无缝钢管作为出浆口,把钢管的上管口和软管相接,软管的另一端和泥浆池的泥浆泵连接。

软管长度应随着孔的加深而接长。

在岩溶地区冲孔不能使用掏渣清孔,因为当掏渣桶离开浆面时水头下降会产生一定的负压力,不利于孔壁的稳定。

正循环换浆法是清孔方法中对孔壁稳定较好的一种,对穿过溶洞部分且稳定性相对较差的桩孔孔壁有利,不易产生崩塌,有利于桩基础的顺利施工。

3.6　混凝土灌注岩溶地区桩基础的混凝土灌注和一般地区的不同,通过溶洞部分的桩身易产生扩孔。

灌注前,对孔径要进行仔细探测,特别注意经过溶洞的部分有没有扩孔或扩孔的程度如何。

根据探测,准备足够的混凝土材料,防止因待料而造成断桩。

灌注时注意提管的速度,特别是溶洞部分,避免出现拔空现象。

同时根据事先探测的情况加入适量的缓凝剂,确保成桩质量。

4　几点体会4.1　关于地质勘探的深度及频度岩溶地区的地质情况非常复杂,不仅岩面变化大,还存在溶洞、石牙、探头石等。

如果直径为10cm的钻探孔刚好落在石牙或探头石上,桩基底・54・2002年第2期 广东公路交通 总第73期部就可能出现一部分悬空,严重影响桩基的承载能力。

马渡立交桥的10#桩和15#桩基曾出现这种情况,是在终孔后的探测中发现的。

后采用加桩进行补救。

为避免这种情形的发生,确保整个桩基落在完整的基岩上,建议对桥位处要进行地质雷达的普查,大致查明地下的岩溶发育状况,必要时进行桩位、跨径调整。

对每个桩位进行地质补钻详查,以探明设计桩长范围内的地质状况,确保桩底以下5m 内无溶洞。

终孔过程应严格监督,检验冲击过程中冲锤是否有侧偏或歪的迹象,从而确保基础安全、牢靠。

4.2　确保覆盖层部分桩孔孔壁的稳定性对覆盖层部分的桩孔孔壁进行保护,在出现严重失浆时就不会发生孔壁崩塌,可防止塌孔事故,这是岩溶地区桩基成孔施工的关键之一。

4.3　高频低落的冲孔方式采用冲击钻冲孔时,在覆盖层的护壁底和即将打穿溶洞时,宜采用高频低落的方式,以防止护壁被打烂、变形或发生卡锥现象。

5　结语马渡立交桥桩基础已施工完毕,12#桩基质量经PTI 检测,波速3897m/s ,评定为A 类桩;14#桩经埋管声测法检验,波速4813m/s ,评定为I 类桩。

表明该桥桩基的处理是成功的。

在施工中还存在许多不足之处,上述实践经验和体会希望能与同行共同探讨,不断改进提高施工方法和水平。

参考文献1　铁道部第三勘测设计院.铁路工程地质实例[M].北京:中国铁道出版社,19992　核工业华南地质局地球物理勘察研究中心.京珠高速公路粤境北段J 标马渡立交桥与新柴桑桥补充钻探勘测报告[R].2001(收稿日期:2002-01-15)“HCS 公路项目建设管理系统”研究成果通过鉴定 由广东开阳高速公路有限公司、广东金道达高速公路经济开发有限公司和广东东方思维管理科技开发有限公司研究开发的“HCS 公路项目建设管理系统”,是广东省交通厅2000年度科技项目,近日通过了广东省交通厅组织的技术鉴定。

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(广东省交通集团　苏培新)・64・2002年第2期 黄祖云 岩溶地区桩基础施工 总第73期。