某金屬礦區(qū)橋梁樁基礎施工技術研究

劉雙辰(河北建設勘察研究院有限公司,河北石家莊050030)

1 前言

礦區(qū)地質條件復雜且部分位置受采空區(qū)影響,導致橋梁樁基礎施工條件較差。一般情況下采空區(qū)、巖溶區(qū)施工的橋梁一般是將樁基礎穿過地質不量良地帶,即為穿過采空區(qū)塌陷區(qū)以及巖溶區(qū)。但是橋梁樁基礎在穿越采空區(qū)、巖溶區(qū)時存在成孔困難問題,在施工時若僅通過拋填處理,難以達到較好的施工質量及施工效率[1]。若樁基礎鉆孔勉強可以成孔,在混凝土樁澆筑過程中也容易出現(xiàn)跑漿問題,從而導致劣質樁或者廢樁出現(xiàn)[2-3]。因此,應針對樁基礎施工位置工程地質特征采取針對性的樁基礎施工技術。本文以某金屬礦區(qū)橋梁樁基礎施工為研究對象,對樁基礎施工技術展開研究,以期能確保橋梁樁基礎施工質量并提升施工效率。

2 工程概況

本橋梁樁基礎施工項目位于一多金屬礦礦區(qū),區(qū)內地形復雜、地表剝蝕嚴重、巖溶發(fā)育。覆蓋層巖性以粉質黏土為主,并含有部分粉砂巖、礫石;基巖以灰?guī)r為主,節(jié)理、裂隙發(fā)育,部分區(qū)域存在溶洞。溶洞內充填物多以粉質黏土為主,呈流塑狀或者松散狀。由于本項目位于一多金屬礦區(qū),部分位置存在盜采形成的采空區(qū),采空區(qū)面積相對較小,具體分布位置不詳,部分盜采形成的采空區(qū)與溶洞相連。

為了確保梁橋結構安全,設計的樁基礎為鉆孔灌注樁,持力層為穿越采空區(qū)的底板穩(wěn)定的砂巖層。根據(jù)現(xiàn)場勘探得知,在采空區(qū)及巖溶區(qū)內共計布置布置6 根樁基礎,施工的樁基礎孔徑均為180 cm,深孔在90～130 m,具體根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

3 礦區(qū)采空區(qū)及溶洞處理技術

由于橋梁樁基礎施工區(qū)域存在的采空區(qū)以及溶洞,且部分溶洞與采空區(qū)連接,導致地基基礎施工難度顯著增加。根據(jù)以往研究成果[4-6],樁基礎施工時對采空區(qū)及溶洞處理采取預處理為主、施工過程中采取的控制措施為輔的處理方案。在預處理過程中依據(jù)施工工藝以及充填材料差異可分為壓漿、壓注細粒徑混凝土以及旋噴帷幕3 種處理工藝;施工過程中采取的控制措施可分為拋填黃泥片石以及鋼護筒跟進等方式[7-8]。根據(jù)現(xiàn)場情況,為了確保樁基礎施工安全,提出采用壓注混凝土法進行預處理,并在施工過程中采取鋼護筒跟進方式確保樁基礎平穩(wěn)施工。

3.1 壓注混凝土

由于樁基礎施工區(qū)域內地質條件復雜,采空區(qū)與溶洞相通,為了確保樁基礎施工安全,提出采用壓注混凝土法對采空區(qū)及溶洞進行處理。為了提高處理效果,在壓注混凝土中添加適量的水玻璃,提升混凝土凝固速度并降低混凝土流失量。將注漿壓力控制在2～3 MPa,當注漿量呈現(xiàn)降低趨勢時則將注漿管提升500 mm 后繼續(xù)灌注,直至樁基礎施工范圍內的溶洞、采空區(qū)內全部被混凝土充填固結。

給出對應的施工放樣,在樁基礎周邊1 000 mm范圍內每隔1 000 mm 施工孔徑180 mm 鉆孔,樁中心施工一個鉆孔,其余鉆孔在四周均勻分布,具體如圖1所示。其中中心樁為灌注低標號小碎石的混凝土的壓注孔,周邊鉆孔均為透氣孔。通過周邊鉆孔測量可實時掌握壓注的混凝土層高度。鉆孔內的注漿管為孔徑160 mm、長度1 500 mm 的無縫鋼管,兩節(jié)無縫鋼管間通過套管連接。在注漿管下放完成后,壓注混凝土前應先對注漿管口進行臨時封堵,避免異物進入到注漿管內導致注漿管堵塞。

圖1 鉆孔施工示意圖

鉆孔內壓注的混凝土強度為C15,通過泵送混凝土方式壓注,混凝土中粗骨料最大粒徑控制在20 mm以內,塌落度控制在200～250 mm,凝膠材料含量為400 kg/m3,同時壓注的混凝土應具備較好的流動性。壓注混凝土時混凝土高度每上升2～3 m 后停止壓注混凝土2～3 h,待混凝土初凝后再進行壓注,直至混凝土壓注到溶洞或者采空區(qū)頂板,且不再進料后停止壓注混凝土。具體混凝土壓注施工工藝流程如圖2所示。

圖2 壓注混凝施工流程

3.2 鋼護筒跟進

雖然采取壓注混凝土方式對溶洞以及采空區(qū)等進行處理,但是個別樁基礎鉆孔施工過程中仍存在坍塌、漏漿等問題,期間采用灌注黃泥漿以及拋填片石等措施均未達到較好的處理效果,甚至導致護筒周邊出現(xiàn)塌孔。因此,為了施工安全并提升施工效率,在樁基礎施工過程中采取鋼護筒跟進方式直至底部基巖,當?shù)竭_基巖層面仍有漏漿情況發(fā)生時,則采取壓漿方式進行封堵。

1)鋼護筒選擇

當施工過程中遇到的單個溶洞(采空區(qū))時則采取單護筒方式,若遇到疊加的兩個溶洞(采空區(qū))則采用雙護筒,依次類推。護筒的長度以溶洞(采空區(qū))高度再加300 mm 為宜。鋼護筒的外徑較內徑大100 mm、內徑較樁基礎半徑大100 mm。鋼護筒為厚度9 mm 鋼板通過卷板機加工而成。

2)鋼護筒沉放

樁基礎孔通過沖擊鉆成孔,沖擊錘應按照慢放輕提原則通過溶洞(采空區(qū))頂部,當沖錘明顯受阻時,說明頂部已有圓滑的成孔形成。將鋼護筒通過樁機下放至孔底,必要時采用振動錘輔助下沉。具體鋼護筒沉放流程如圖3所示。

圖3 鋼護筒沉放流程

在采用沖擊鉆成孔、鋼護筒跟進施工過程中,為了確保鋼護筒順利沉放,要求施工的樁孔應豎直,無縮頸、歪斜等顯現(xiàn),同時樁孔選用的鉆頭直徑應大于鋼護筒外徑30～50 mm。鋼護筒下放到位后再更換符合成孔要求的鉆頭。若在堅硬的巖層中采用沖擊鉆形成的鉆孔孔徑不滿足鋼護筒下放要求時,可先對鉆孔進行回填后加大鉆頭直徑進行二次沖孔,確保形成的鉆孔孔徑滿足鋼護筒平穩(wěn)下放需要。

4 結論

在某金屬礦區(qū)橋梁樁基礎施工區(qū)域內有天然溶洞,通過前期物探發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域內存在有多個盜采的采空區(qū),且溶洞、采空區(qū)間相互連通,給樁基礎施工帶來顯著的不利影響。為了確保樁基礎施工安全,在分析地質條件基礎上提出采用壓注混凝土方式進行預處理,并在樁基礎鉆孔施工中采用鋼護筒跟進方式鉆進,為樁基礎施工創(chuàng)造了良好條件。

現(xiàn)場施工的樁基礎經(jīng)過檢測后質量均為Ⅰ類樁,成功的解決了采空區(qū)、溶洞發(fā)育區(qū)樁基礎施工難題,取得顯著的應用成果。