中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北省 襄阳市 441000
摘要：我国高速铁路建设快速发展, 但是岩溶地区桩基尤其是超长桩基施工, 质量控制较为困难, 前人研究采用注浆、钢护筒跟进等方法, 但该类方法经济成本高、工期较长, 本文通过对复杂岩溶环境下超长桩基施工过程中卡钻、埋钻、漏浆、偏斜等难点进行分析, 结合本研究区现场实际施工情况, 采用长钢护筒、片石及黏土反复回填等综合施工方法, 有效控制了施工质量。
关键词：高速铁路；复杂岩溶环境；超长钻孔桩；施工技术
1 工程地质概况
新建南宁至崇左铁路崇左段剥蚀丘陵、剥蚀斜坡地貌,。研究区上覆第四系全新统残坡积（Q4dl+el）松软土、红黏土，下伏基岩为三叠系下统茅口组（P1m）灰岩;松软土，软塑状，分布于段内沟槽低洼处表层，厚0～3.0m；红黏土，硬塑状，土质较纯，局部含有少量的铁锰质结核及灰岩质角砾，斜坡上较薄，缓坡处较厚，具有弱膨胀性，厚0～2m、15～30m不等；夹砾状灰岩，灰白色，隐晶质结构，中厚至厚层状构造，质坚、性脆、致密，钙质胶结，含少量方解石脉，节理、裂隙较发育，弱风化带（W2）岩芯多呈柱状及短柱状，少量为碎块状。。研究区风化程度界线起伏大, 地层软硬不均显著, 地层产状变化大, 加剧了地层的不均匀性, 地质特征较为复杂。
岜傲村双线特大桥下伏基岩主要为灰岩，桥区岩溶强烈发育。大多数泥浆漏失严重, 尤以0#台为最。该处溶洞以竖向串珠状、横向强连通性为主要特征, 地勘取芯揭露洞高2m居多, 最大达6.3m, 溶洞底板最深达55.2m, 充填、半充填及无充填均有分布, 充填物以灰岩全风化及强风化碎屑为主, 夹少量黏性土、砂类土。
该墩基础采用嵌岩桩基础, 设计单桩承载力3719.8kN, 容许单桩承载力5167.3kN。设计为8根φ1.25m钻孔灌注桩, 单根桩长57.5m, 下部基岩为强风化斜长角闪岩 (W3, σ0=500kPa) , 基岩面起伏较大。桩长范围内弱风化灰岩 (W2, σ0=1500kPa) 、溶洞及强风化斜长角闪岩 (W3, σ0=500kPa) 交替出现, 极易出现卡钻、掉钻、塌孔埋钻及泥浆严重漏失等异常情况, 桩基成孔难度大。通过对该区复杂岩溶环境下桩基成孔技术研究, 采取适宜施工方法, 对桩基质量控制具有重要意义。
2 难点分析及设备选型
钻孔灌注桩成孔主要是旋挖钻及冲击钻, 基于以下几种原因, 综合比较后采取冲击钻成孔、泥浆护壁施工方式: (1) 该墩位桩基过长, 灰岩硬度大 (σ0=1500kPa) , 需单独引进较大功率旋挖钻机, 时间及经济成本过高。 (2) 充填～半充填溶洞充填物松散且洞高较大, 采用旋挖钻无法形成有效护壁, 填充物坍塌易造成埋钻、洞顶卡钻等安全事故。 (3) 无填充强连通性溶洞, 击穿溶洞后严重漏浆, 即使及时补水或补浆效果也较差, 不能保持浆面高度, 桩基上部黏土层及砂层受地下水作用, 导致塌孔;旋挖钻机无法在溶洞处形成护壁, 混凝土灌注过程中会大量超方, 孔内混凝土面及浆面易迅速下降, 导管埋深不易确定, 极易造成断桩、夹泥等质量事故[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 (4) 岩溶桩基地质情况复杂多变, 受限于勘探孔较小, 桩身范围内极有可能存在勘探期间未发现的溶洞, 导致意外漏浆、卡钻等, 根据详细地勘剖面图逐桩制定处理方案的同时注意及时处理突发情况, 保证成孔质量。
3 施工方法
3.1施工准备环节
钻孔灌注桩施工前，必须保证测量放样准确无误，监理验收合格，并按具体要求对施工图进行现场核对。此外，还应提前完成土地使用审批，以确保水、电和道路通常是水平的，适合现场施工需要。对进入现场的施工人员，还应根据施工需要，经过专业培训和考核合格后，持证上岗。此外，现场经理、技术人员和操作人员应完成技术提交。施工所需机械设备就位，满足施工要求，完成安装调试工作。进场的施工材料能满足连续施工的要求，并进行检验、水质试验、配合比选择等相关试验。施工所需的桩基混凝土由南崇六标一号拌和站提供。
3.2钻井施工环节
在施工过程中，钻孔桩选用旋转钻TRM280。钻孔时，打开钻机，将钻杆中心对准设计桩位。在保证钻头垂直悬挂稳定性的基础上，缓慢对中钻机下入孔内，以均匀的速度降低钻孔表面。此时，液压装置加压并旋转钻孔。当钻渣通过进渣口进入钻杆时，必须向孔内注入泥浆。结合屏幕显示的具体深度，将钻渣灌入钻杆，然后倒转，关闭进渣口。之后，提升和驱动钻杆，并将泥浆一直注入孔中。在确保孔内的水头后，应将钻杆提起。在整个过程中，应缓慢开始钻孔。当提到钻杆距孔底数米时，如果没有阻力，可采用正常速度将钻杆提升至井口位置。在液压系统的作用下，可以打开钻杆门，清除钻渣，反复操作，直到安装满意为止。分数很高。
钻孔前用水准仪测量护筒顶面高程，结合孔底高程计算孔深。钻孔时，应选用绳索测量孔深，确保孔深超过设计深度。此外，还应实时检查钻机水平，确保钻井垂直度符合标准要求。用孔径检测器测量孔径。如果出现缩孔，需要进行扫孔处理。满足要求后才能进行后期施工。
钻前质量控制工程师需严格检查验收，测量合格，验证无误后方可钻。在钻孔过程中，操作者需要观察钻杆的垂直度，通过测量绳索来控制钻孔的深度。在钻进的早期，应选择低速钻进，以避免孔位偏差。只有在护筒下面钻三米，我们才能以正常速度钻。应注意的是，钻井过程中应掌握进尺速度，实时观察孔内情况，保证泥浆循环和液位高度。此外，在钻孔时，需要对渣样进行提取和处理，以确保其与设计地质资料的内容相符，并详细记录。为了了解土壤类型，有必要在每英尺2米或岩层变化处观察钻渣。最重要的是，每个桥墩的第一根桩必须取样存放土壤，每次钻入两米，取样量超过100克。取样后，按取样顺序标记取样深度，用塑料袋贮存。
3.3长钢护筒法
岩溶桩基为逐桩钻孔取芯, 地勘资料较为准确, 揭示孔口流变性砂层顶部深度3.3m～3.9m, 底部深度4.9m～6.1m, 钻至该部位时易发生塌孔埋钻等事故, 为确保孔壁稳定及施工安全, 综合考虑施工成本、工期等因素, 采取长钢护筒法施工。钢护筒采用厚度10mm钢板卷制而成, 直径1.5m, 长7m, 护筒穿过砂层进入下部岩层1m, 有效保证了该段成孔质量及施工进度。
3.4回填筑壁法
(1) 该根桩基多为无填充大溶洞, 为防止钻头击穿洞顶掉入大溶洞发生卡钻事故, 冲击钻钻至洞顶1m处改用小冲程缓慢击穿洞顶, 可有效防止事故发生。击穿洞顶发生泥浆漏失时应立即将钻头提出桩孔, 防止塌孔引起埋钻事故。 (2) 因孔内浆面下降, 泥浆静水压力不再有效缓解孔边的剪切应力, 易造成上部松散层塌孔，立即提钻后应及时回填片石及黏土, 同时注水或泥浆保持孔内水头高度, 采用小冲程继续冲击筑壁。 (3) 半填充～全填充及桩间连通性差小溶洞, 缓慢漏浆, 采用片石及黏土单次回填, 小冲程缓慢冲击, 基本能形成有效的护壁, 使孔内水头高度稳定保持, 孔壁稳定后穿过岩溶区再采用大冲程继续进尺。 (4) 对于无填充、桩间甚至墩间连通性好且洞高较大的溶洞, 采用片石及黏土回填时需经过多次回填, 反复冲击才能有效形成护壁, 使孔内浆面稳定保持, 待浆面完全稳定后方可进行向下钻孔, 否则钻孔时由于振动等原因易引起溶洞处护壁坍塌, 同时灌注混凝土时极可能因侧压力过大导致形成的护壁被冲开, 混凝土面下降导致导管埋深不够产生断桩、夹泥等质量事故。
结论
高速铁路对地基处理具有较高要求, 而岩溶桩基施工及质量控制又较为困难, 因此复杂岩溶环境下超长桩基施工技术研究具有重要意义。通过对研究区桩基施工难点及施工过程进行分析, 讨论了施工中采取的处理措施, 及时有效保证了施工进度及成桩质量。
参考文献
[1]唐夏明.分析高速铁路大桥钻孔桩施工技术[J].建材与装饰, 2017 (13) .
[2]姬伟力.高速铁路桥梁钻孔桩基础设计[J].铁道标准设计, 2017(1) :76-79.
论文作者:李增坤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：钻孔论文; 桩基论文; 溶洞论文; 岩溶论文; 钻杆论文; 泥浆论文; 黏土论文; 《防护工程》2018年第36期论文;