基于熔巖地質(zhì)的橋梁樁基施工方法研究

韋化洋

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

隨著我國(guó)橋梁工程領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，越來(lái)越多的高技術(shù)含量、高技術(shù)難度的橋梁在不斷地施工、建設(shè)，部分橋梁的工程標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)要求在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。由我國(guó)自主研發(fā)的一系列橋梁施工和建造設(shè)備也大批量地涌現(xiàn)，在各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境下建設(shè)橋梁已不再是工程難題。在眾多特殊地質(zhì)條件下的橋梁施工中，熔巖地質(zhì)可謂一種特殊的地質(zhì)構(gòu)造。由于其地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，決定了橋梁在這種地質(zhì)環(huán)境下施工具有特殊的難度。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)基于熔巖地質(zhì)的橋梁樁基施工技術(shù)的深入研究已逐步開(kāi)展起來(lái)，但國(guó)內(nèi)關(guān)于此類工程的文獻(xiàn)較少。本文通過(guò)對(duì)熔巖地質(zhì)區(qū)域特殊地理環(huán)境的深入研究，全面總結(jié)了此類地質(zhì)條件下橋梁樁基施工的技術(shù)難點(diǎn)和注意事項(xiàng)，針對(duì)熔巖地質(zhì)條件下的橋梁樁基施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題和安全隱患，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。最后提出了基于熔巖地質(zhì)的橋梁樁基施工的具體方案，為將來(lái)此類工程難題的解決提供一定的技術(shù)參考。

1 熔巖地質(zhì)構(gòu)造

熔巖地質(zhì)是由于火山巖漿的噴泄并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)構(gòu)造變化而形成的特殊地貌。該地質(zhì)構(gòu)造常分布于歷史火山頻發(fā)地以及當(dāng)前火山的活躍地區(qū)，在日本、澳洲以及中東半島、阿拉伯地區(qū)較為常見(jiàn)。在我國(guó)東北部的長(zhǎng)白山、西北部的阿爾泰山以及海南瓊山、浙江紹興、四川峨眉山等地也分布著大量的熔巖地質(zhì)。在此類地質(zhì)結(jié)構(gòu)的橋梁施工過(guò)程中，通常采取避繞的方法或憑借以往的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成橋梁的建設(shè)工作。隨著我國(guó)路橋事業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步以及現(xiàn)代化路網(wǎng)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)容和完善，各地區(qū)的路網(wǎng)密度也在不斷加大，穿越熔巖地質(zhì)的公路和橋梁勢(shì)在必行。因此必須對(duì)其地基、路基的承載能力進(jìn)行特殊的研究和分析，避免引起公路和橋梁在施工過(guò)程中以及竣工后的使用過(guò)程中發(fā)生塌陷或部分沉降等隱患。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

在熔巖地質(zhì)區(qū)域，常見(jiàn)溝槽、基巖等起伏地貌，這些因素會(huì)造成巖性的不同以及凹陷處內(nèi)形狀各異的石土、亂石塊的存在，容易使橋墩樁基和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)受力不均而產(chǎn)生不同程度的沉降和裂縫。

2.1 漏漿現(xiàn)象

當(dāng)熔巖區(qū)域孔洞的頂板厚度不同時(shí)，薄的部分將被沖錘所擊穿，較厚的部分逐漸形成階梯式形狀，嚴(yán)重的情況下會(huì)使鉆頭掉入熔巖體內(nèi)部，處理難度相當(dāng)大，如果沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)則需要協(xié)調(diào)專業(yè)隊(duì)伍來(lái)進(jìn)行處理。同時(shí)應(yīng)查看孔內(nèi)的泥漿情況，包括顏色和粘稠度的變化等，如果存在漏漿現(xiàn)象，則需要填埋厚石片以及黃土，直到填充物完全滲入孔洞為止，然后進(jìn)行大沖程的沖孔工作。

2.2 卡鉆及埋鉆

因熔巖地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)特征，使得樁基鉆孔區(qū)域的地質(zhì)條件經(jīng)常出現(xiàn)差別較大的現(xiàn)象。如一側(cè)為松軟地質(zhì)，另一側(cè)則為堅(jiān)固的巖石，在打樁過(guò)程中，很可能出現(xiàn)樁基孔洞偏離的現(xiàn)象。如果調(diào)整不及時(shí)偏孔就可能過(guò)深，同時(shí)伴有卡鉆現(xiàn)象的出現(xiàn)，阻礙后續(xù)施工的繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)使用沖擊鉆進(jìn)行樁基鉆孔時(shí)，孔壁常常會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)而被破壞，使得孔壁形狀變得不規(guī)則，如變成梅花孔形狀等。另外，由于沒(méi)有對(duì)磨損的鉆頭進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)焊措施，將使鉆孔的直徑越來(lái)越小；而新的鉆頭及經(jīng)過(guò)補(bǔ)焊后的鉆頭的直徑又非常大，致使熔巖頂板被突然擊穿，旋轉(zhuǎn)的鉆頭無(wú)法提起，造成卡鉆情況發(fā)生。當(dāng)在熔巖層鉆孔時(shí)，鉆孔橫穿熔巖頂板，過(guò)大的沖程會(huì)引起熔巖頂板塌落，樁基的孔壁如果發(fā)生塌陷情況，那么就會(huì)發(fā)生埋鉆的現(xiàn)象。

2.3 混凝土泄漏

當(dāng)混凝土的密度高于泥漿的密度時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生混凝土的泄漏現(xiàn)象。鉆孔壁側(cè)面的壓力會(huì)因水下混凝土的澆筑而變大，但孔壁的抗壓能力相對(duì)較弱，使得孔壁被破壞，進(jìn)而混凝土滲入到熔巖層，當(dāng)熔巖孔洞較大時(shí)，就會(huì)引起混凝土不必要的浪費(fèi)，并使樁基的穩(wěn)定性和安全性大大降低。

3 預(yù)防措施

3.1 預(yù)測(cè)熔巖位置并監(jiān)控護(hù)筒內(nèi)泥漿成分變化

通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行勘測(cè)來(lái)估計(jì)熔巖層大體的位置，在穿過(guò)熔巖層時(shí)，應(yīng)時(shí)刻監(jiān)控護(hù)筒內(nèi)的泥漿變化情況，包括顏色和粘稠度等指標(biāo)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有漏漿的跡象時(shí)，應(yīng)隨即拔出鉆頭。然后對(duì)地基進(jìn)行平整，如圖1所示。在樁基孔洞較小時(shí)，通過(guò)向孔內(nèi)注入水或泥漿的措施來(lái)保證其內(nèi)部的正常壓力，也可將黏土和碎石片的混合物灌入其中來(lái)達(dá)到同樣的效果。如果因熔巖層縫隙較大而造成強(qiáng)滲水性漏漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)通過(guò)使泥漿的比重變大或改變泥漿的粘稠度等措施來(lái)加以干預(yù)，也可以通過(guò)控制鉆頭的速度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖1 地基平整方案示意圖

3.2 補(bǔ)水注漿

當(dāng)發(fā)現(xiàn)有漏漿的跡象時(shí)，將鉆頭迅速提起并向樁基孔內(nèi)補(bǔ)水或注漿來(lái)維持水壓，阻止繼續(xù)漏漿。將鉆頭及時(shí)更換或進(jìn)行補(bǔ)焊，通過(guò)小沖程進(jìn)行反復(fù)沖擊來(lái)形成新孔壁。需要注意的是，在發(fā)現(xiàn)有漏漿跡象時(shí)，也可將鋼護(hù)筒繼續(xù)下潛，通過(guò)黏土將護(hù)筒周邊的孔隙風(fēng)堵住，以防水分的持續(xù)滲入，最后將黏土和碎石塊填埋其中，填埋高度約為1 m左右，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼護(hù)筒的加固與封堵目的。

3.3 采用鋼護(hù)筒維持鉆孔標(biāo)高

針對(duì)開(kāi)口較小的熔巖層孔洞，在完成孔壁的封堵之后，將黏土、碎石塊再次填埋其中，并高于熔巖層頂板一定的高度，對(duì)于距地面較高并且無(wú)任何填充物的熔巖層孔洞來(lái)說(shuō)，應(yīng)通過(guò)鋼護(hù)筒監(jiān)控的措施來(lái)保證鋼護(hù)筒與熔巖層下部分緊密接合，將鉆孔高度保持在設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)高范圍內(nèi)。

4 基于熔巖地質(zhì)的樁基施工方案

4.1 泥漿造壁

該方法依據(jù)的是熔巖層孔洞內(nèi)填充物種類及特性，即在正常使用泥漿進(jìn)行灌注的同時(shí)，混入特定比例的燒堿與碎木屑的混合物，通過(guò)鉆頭的振動(dòng)作用，將混合物滲入熔巖層的孔洞內(nèi)和縫隙中，使得孔壁在不間斷的鉆孔過(guò)程中形成閉環(huán)效果，以實(shí)現(xiàn)泥漿保護(hù)孔壁的作用，需注意的是在不同的環(huán)境條件下，泥漿成分的配比參數(shù)應(yīng)相應(yīng)變化。具體配制數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 泥漿成分配制數(shù)據(jù)表

4.2 熔巖注漿

針對(duì)熔巖層地質(zhì)較復(fù)雜的施工區(qū)域，為避免在樁基鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)護(hù)壁塌落和地基沉降等現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)通過(guò)對(duì)所提供的地質(zhì)勘測(cè)資料仔細(xì)分析后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步勘察，對(duì)路塹及邊坡熔巖孔洞采取封堵措施，以確認(rèn)所要加固的區(qū)域范圍，確保施工的順利進(jìn)行。所澆筑的泥漿配比如下：水灰比W/C為0.9～1.0左右，所澆筑的泥漿的壓力為0.1～0.2 MPa，針對(duì)連續(xù)澆筑量在10 t以上的水泥應(yīng)在泥漿中混入80%左右的水玻璃漿。路塹及邊坡熔巖孔洞封堵措施如圖2所示。

(a)

(b)

5 結(jié)語(yǔ)

本文旨在通過(guò)對(duì)基于熔巖地質(zhì)的橋梁樁基施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，分析熔巖地質(zhì)條件下橋梁樁基施工對(duì)環(huán)境的特殊要求。首先對(duì)熔巖獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了闡述，隨后分析了工程實(shí)施過(guò)程中所遇到的一些難題，最后提出了泥漿造壁和熔巖注漿的施工方案，以此確保在熔巖地質(zhì)條件下的橋梁樁基施工過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。本文對(duì)于類似地質(zhì)情況下的橋梁樁基施工技術(shù)具有一定的參考價(jià)值。

[1]呂 奮，資西陽(yáng)，肖巧林.火山巖熔區(qū)不良地質(zhì)特征及工程分類[J].路基工程，2013(4)：43-45，49.

[2]馬 俊，周 剛.巖溶發(fā)育地區(qū)橋梁樁基施工技術(shù)研究[J].公路與汽運(yùn)，2005(2)：91-92.

[3]劉翼全.特殊地質(zhì)條件下的樁基施工[J].建筑施工，2005(4)：24-25.

[4]馮忠居.特殊地區(qū)基礎(chǔ)工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[5]Ramsey N，Tamblyn W.Effect of Weathering on Strength and Modulus of Basalt and Siltstone[C].San Francisco： American Rock Mechanics Association，2008.

[6]Bowles J E .基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計(jì)[M].唐念慈，譯.北京：中國(guó)建筑工業(yè)版社，1987.

[7]趙明華.橋梁樁基的屈曲分析及試驗(yàn)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1990，3(4)：47-56.

[8]Lin S S，Chang W K.Bucking of piles in a layered elasticmedium[J].Journal of the Chinese Institute of Engineering，2002，25(2)：157-169.

[9]李慧英，陳 進(jìn)，熊文亮.湖口大橋巖溶地層大口徑樁基施工技術(shù)[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(2)：17-19.

[10]趙明華，蔣 沖，曹文貴.高橋墩-樁基結(jié)構(gòu)體系屈曲的突變理論分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2008(2)：49-53，60.

[11]藍(lán)紹仕.山區(qū)斜坡橋梁樁基施工策略研究[J].西部交通科技，2017(9)：61-64，67.

[12]王 軍.礦井?dāng)鄬拥墓こ塘W(xué)特性與水文地質(zhì)特征研究[J].科技信息，2011(27)：344，380.

[13]于志強(qiáng)，王錫朝，王 旭.鉆孔灌注樁的壓力灌漿工藝及承載力研究[J].中南公路工程，1997(1)：44-49.