溶洞地区灌注桩施工工法--工法内容材料

溶洞地区灌注桩施工工法溶洞地区灌注桩施工工法 1 1、前言、前言 岩溶地区曾被称做建桥“禁区” ，主要有两方面的原因：一是成桩质量难以 保证；二是桩基础施工过程易发生坍孔事故，施工安全难以保证。 岩溶地质在我 国分布广泛，在广东的粤西、粤北也较普遍。在这些地区，在桥梁工程施工 过程中因未能对溶洞采取有效的处理办法而塌孔， 导致机毁人亡的情 况屡见不鲜，使得工程的成本大大增加，工期严重延误，甚至工程实 施中断。因此，随着交通基础设施建设的发展，要完全避开这些“禁区”是不 可能的， 惟有通过工程实践， 不断探索， 积累经验， 总结出切实可行的施工技术， 才是解决问题之根本。 本项目是中交四航局自选研究项目，主要以其承建的肇庆大桥、广和大桥等 工程的施工实践为基础，经过在富湾特大桥工程的施工过程中的进一步探索、实 践，通过补充、完善，总结出在此种条件下优质、安全、高效地进行钻（冲）孔 灌注桩施工的施工技术，即“溶洞地区钻孔灌注桩施工技术” ，同时形成了“溶 洞地区钻孔灌注桩施工工法” ，该工法的关键技术成果于 2008 年 1 月通过了中 国港口协会鉴定。 本项目研究过程中公开发表科技论文 3 篇，中港集团科技进步奖一项，国 家级、省级优秀 QC 成果各一项。 2 2、工法特点、工法特点 2.1、质量保证 本工法对各工序的操作要点和质量控制作了详细的阐述， 实践证明， 对成孔、 成桩的质量均有保证。 2.2、施工安全性 本工法避免溶洞桩施工过程中出现的漏浆、 或者产生漏浆但不发生坍孔等现 象，确保施工安全。 1 2.3、进度保障性 因本工法能有效避免塌孔现象，从而节省了反复钻（冲）孔的时间，避免了 重复劳动，缩短了成孔时间，能有效保障施工进度。 2.4、成本低 本工法所需的材料大部分为粘土、水泥等廉价材料，所用的机械设备为工程 常用机械，故成本较低。 3 3、适用范围、适用范围 适用于岩溶地区的公路桥梁、铁路桥梁及房屋建筑的钻（冲）孔灌注桩的施 工。 4 4、工艺原理、工艺原理 溶洞桩基施工需要解决的关键技术问题就是如何保证成孔过程中不漏浆， 或 者产生漏浆但不发生坍孔，保护桩孔、人员及钻（冲）机的安全，保证桩孔顺利 成孔。本工法的原理就是采取： “超前钻”技术、全护筒、静力注浆、覆盖层注 浆固结等技术措施克服上述关键技术问题， 在实际施工过程中根据溶洞的具体分 布情况及特点采用其中的一种或综合采用多种方法和措施。 5 5、施工工艺流程及操作要点、施工工艺流程及操作要点 5.15.1、施工工艺流程、施工工艺流程 详见图 5.1-1：施工工艺流程图。 2 图 5.1-1：施工工艺流程图 5.25.2、施工要点、施工要点 5.2.1、施工平台设计及施工 桩基施工平台的设计应综合考虑桥墩所在场地的地质与水文情况、 成孔设备 等因素， 水深较大的水域处施工平台一般采用钢管桩平台或双壁钢围堰等水中固 定钢结构平台；靠岸边水深较浅处可采用筑岛形成施工平台。 3 施工准备工作 施工平台搭设（水上桩）或场地平整（陆上桩） 测量放样 护筒沉放 桩位复核 钻机钻（冲）进 泥浆循环 钻至设计标高不符合要求 监理工程师验收合格 终孔、清孔 钢筋笼制作接长下放钢筋笼 安装导管、二次清孔 砼拌制 灌注水下砼 试件制作 检测验收 钢管桩施工平台是以钢管桩作承重基础，桩顶架设型钢作纵、横梁，面铺钢 板。钢管桩直径大小根据地质情况、水深、荷载大小等而定，在内河，一般采用 φ50cm～φ100cm，壁厚 6～10mm。钢管桩可用振动锤施打和拔除。 双壁钢围堰施工平台有钢板桩围堰、钢套箱围堰等。施工平台顶面高程应大 于施工水位 3～4m，以保证护筒中的泥浆水头，防止塌孔。 对于陆上桩，将地表清理、平整，即可钻机就位。 5.2.2、钢护筒选用及埋设 构造：桩基钢护筒设计内径为 D+20~50cm（D 为桩径） ，水中长桩宜取上限 值。钢护筒可采用单壁或双壁结构：直径小于3m 的采用单壁钢护筒，壁厚根据 护筒的直径、长度而定， 若钢护筒直径较大且较长时，应在外壁按一定间距设置 加劲肋以保证足够的刚度，护筒底刃脚处应用钢板加厚以防卷曲；直径大于 3m 的采用双壁钢护筒，即由两层薄钢板（厚 8~12mm）通过添加型钢作肋构成。 埋深：护筒顶宜高出地面或平台面 0.3～0.5m 或高出施工水位 3～4m。护筒 应尽量埋入不透水土层内，且埋深约 2m，当覆盖层无不透水土层时，应埋入不 良土层 6～8m。 埋设：钢护筒埋设采用振动锤振动下沉，必要时配以护筒内用空气吸泥机吸 泥下沉，或在护筒外壁辅以高压射水下沉，又或者采用钻埋法下沉，直至下沉到 预定位置。当钢护筒埋置深度不足时，可在护筒周围吹填砂或抛填沙包人造覆盖 层以加大护筒埋深。如无覆盖层时， 可先用冲击钻机冲击岩面形成凹孔，再将钢 胡同下放，并在护筒四周抛填片石压注水泥浆固定，或先将钢护筒直接下放至岩 面，然后在护筒四周灌注水下砼固定护筒并防止护筒脚漏浆。 定位：钢护筒沉放必须全过程测量定位，保证护筒偏位和垂直度在容许范围 内。测量定位除了用仪器观测以外， 还需安设导向架，导向架内尺寸比护筒外径 大 5cm，长度不小于 10m（=5cm÷0.5%） 。 5.2.3、成孔工艺要点 采用钻冲结合工艺成孔，即：先用回旋钻机钻穿覆盖层，再换冲击钻机进行 入岩施工。采用此法可充分发挥回旋钻机和冲击钻机的优点，选择回旋钻机施工 覆盖层的优点是进尺快、效率高、 成孔质量好；选择冲击钻机进行入岩施工主要 优点有：a、由于冲机成孔对孔壁产生的挤压作用，使得其孔壁比较密实；b、由 于冲击成孔时，冲锤为自由落体运动，能保证桩孔的垂直度；c、冲机冲穿溶洞 4 顶板时即使发生漏浆，能迅速提锤而有效避免埋锤事故的发生；d、一旦出现卡 锤、掉锤等事故时，易于打捞。 当覆盖层厚度不大时，可采直接用冲击钻机成孔。 5.2.4、泥浆循环系统 优质泥浆不但能增加孔壁的稳定性，还可大大提高循环效率，加快钻孔进 尺。对于桩径较大、且设计对桩基成孔质量要求较高时， 钻孔时应优先采用优质 泥浆（PHP 泥浆）进行施工，以加强护壁效果，并确保清碴满足设计要求。PHP 泥浆以膨润土为主要材料，掺入一定量的纯缄，并加入少量的外加剂，该泥浆具 有不分散低固相、低密度、高粘度等特点。施工时采用反循环清碴，利用泥浆船 进行循环。成孔过程中要保证泥浆性能符合要求，每天由试验人员检测孔内及返 孔泥浆指标，随时调整泥浆的各项性能指标至合格，以保泥浆证循环系统的技术 状态符合稳定孔壁、提高钻进速度、加快进尺的要求。 5.2.5、岩层冲进及溶洞处理 即使在施工前进行了地质情况勘察，但是仍无法准确把握基岩内溶洞具体情 况。施工中最容易出现的问题是：a、施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通 的裂隙，引起的突然间大量泥浆漏失，并引发塌孔埋钻等事故；b、溶洞底板倾 斜或遇到半边溶洞，施工时易造成斜孔、卡锤，进尺困难；c、进尺时遇到大溶 洞，且填充物为软塑性土质或空洞时，若不控制进尺，冲锤一下可进尺数米，极 易引起掉锤或卡锤等事故，且因进尺过快，导致护壁质量差，易发生塌孔；d、 由于冲机自身的局限，易产生梅花孔及因机械故障（如钢丝绳断开） 引起掉锤等 等。其中溶洞漏