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浅谈溶洞处理的一般措施

发布日期:2020-01-31  浏览次数:103
 摘 要:溶洞是石灰岩在水中长期溶蚀的结果,工程中溶洞大部分情况下可以考虑为一种不良地质。溶洞十分发育的地段线路要选择绕避,如没有选择绕避,则要根据实际情况对基础下的溶洞做相应处理,本文根据中二院洞新高速项目、中交二院乐广项目及本人的一些经验,总结桥梁基础遇到溶洞时的一般处理措施。

关键词:溶洞 桥梁基础 
前言:岩溶地貌是因具有溶蚀力的水对可溶性岩石产生溶蚀等作用而形成的地表和地下形态的总称,又称喀斯特地貌。岩溶问题是岩溶地区工程建设的突出问题。中国岩溶地貌分布广、面积大,我过西南及华南岩溶地貌分布广泛。
溶洞大概可分为4类,即空溶洞、多层溶洞、大型溶洞(H>3m)、有充填物溶洞(全填充、半填充)。类型主要以有填充物溶洞为主,其充填物主要有半充填淤泥质土、砂砾、碎石、卵石、粘土等。最大溶洞高27.2m。,多层溶洞一般高度较小。为了保证岩溶发育地区钻孔灌注桩施工过程中不漏浆,或漏浆但不发生坍孔,保证桩孔顺利成孔、成桩并满足承载力要求。施工时应根据地质钻孔柱状图来判别溶洞地层情况、空洞大小、溶洞填充物情况。根据不同的溶洞采取不同方案,采用常规泥浆护壁方法、向孔内抛填片石、回填素混凝土、压力注浆以及采用钢护筒跟进等不同施工工艺。
1 常规方案
一般情况下,溶洞会有填充物,当溶洞有填充物,是可塑或软塑的亚粘土,且溶洞不漏水,这时不管溶洞有多大也不管溶洞垂直方向数量有多少,都可以不考虑溶洞的存在,而按正常地质情况施工。采用冲击钻成孔,洞内的土质和溶洞外的土质没有什么区别,可以按无溶洞施工。
2 回填填充法
对于规模较小的溶洞,采用充填封闭法填充溶洞,充填物根据地质钻孔揭示的溶洞情况确定。填充后按正常施工方法施工钻孔灌注桩。
3.1片石回填。采用正常成孔方法施工,当钻穿溶洞漏浆时,反复投入黄土和片石,利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中,还可掺入水泥、烧碱和锯末,以增大孔壁的自稳能力。、
1)掺加比例:  为有效利用片石,片石与粘土的比例为3:7,参加水泥时,掺加比例为每米2包,掺加锯末时,掺加比例为粘土的10%。
2)掺加方法: 片石采用强度≥30MPa石灰岩,石块粒径以15~50cm为宜。
掺加粘土是采用水泥袋包装后投放效果更佳。水泥投放方法为以整袋投放为佳。掺加方法为:片石、粘土袋(可选择添加水泥、锯末,也可不添加)分层间隔掺加,回填高度为溶洞顶板以上1米处。
3)施工注意事项:密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化,防止不正常情况发生,发生漏浆现象,立即处理。
    根据地质柱状图,在接近溶洞时勤观察、勤检查,凭手握冲击主绳的手感,冲击岩层的响声,抽取的岩样来判断是否接近岩溶地层。
    接近岩溶时主绳松绳量应为1~2cm,防止穿岩壳时卡钻。钻穿岩溶地层上壳时,一旦漏浆,要及时投放粘土块、片石并补水,以保持孔内水位高度。
4)主要适用范围及优势:适用于较小溶洞(溶洞高度小于3米),无填充物或半填冲,施工方法简单,造价较低。
3.2  素混凝土回填
    采取正常成孔方法施工,当钻穿溶洞漏浆时或遇到倾斜颜面时填入低标号混凝土,间隔一定时间后采用冲击钻成孔。
1)混凝土标号及配合比 混凝土可采用C20(C15、C10也可)素混凝土,为尽快提高混凝土强度,节约施工时间,应在混凝土中掺加一定早强剂,提高素混凝土的早期强度。
2)掺加方法:对于倾斜岩面,为校正孔位,回填素混凝土应与斜岩面顶面平齐,对于溶洞处,回填顶面高于溶洞顶板50cm。
3)施工注意事项:回填48H后回填混凝土强度达到70%后,且应在桩基范围取芯检验填充效果,待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。
4)主要适用范围及优势:适用于中、小溶洞,有无填充物均可采用此方案。施工方法简单,造价相对较高。
3 注浆加固法
    就是通过对照地质柱状图,对桩穿过的溶洞进行填充和加固。
1)注浆孔布设:根据钻孔柱状图,找出最大溶洞,如果溶洞为连通溶洞,只需对其中最大的溶洞进行注浆加固。
2)注浆压力控制:用注浆泵注浆,注浆压力不宜太大,控制在0.5~1.0MPa范围,具体压力值现场试验确定。注浆速度为15~20L/min,其目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂和碎石),然后固结,渗透最小直径定位3.0米,以保证冲钻成孔是有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物底部,然后边注浆边缓慢上提,提管速度不宜太快,根据珠江速度确定,应是渗透半径控制在允许范围内。
3)施工注意事项:防止浆液流失太远造成浪费,采用间歇注浆方式,使得先注入浆液与沙子(或碎石)初步达到胶结后再注浆,循环注浆多次,直至达到规定的注浆量和注浆压力控制值为止。注完一个孔后,继续对其余孔进行注浆,后注浆压力必须调高,最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。且应在桩基范围取芯检验填充效果,待溶洞完全填充且强度达到后方可进行桩基施工。
4)主要适用范围及优势:多适用于小型(高度小于1米)或多层溶洞(多层串珠状小溶洞),也可用于各种有填充物的溶洞,但造价较高。
4 钢护筒跟进加固
采用钢护筒跳进法:一面冲孔,一面接钢护筒,并且将其压到或震动下沉至已钻成的孔内。
1)钢护筒的选择:内护筒长度和内径的确定:护筒长度L=(h+H)m(h为超前钻确定的溶洞高度,H为溶洞顶到地面加30厘米的高度);单层护筒内径大于桩直径10cm,多层护筒最内层护筒内径大于桩直径10cm,其外面一层护筒内径大于内层护筒外径10cm,并以此类推。钢护筒孔径要准确,连接顺直,用卷扬机成型。钢护筒要有一定的刚度,单个大溶洞用单层护筒,两个大溶洞用双层护筒,并以此类推。
2)内护筒的沉放:当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤,在顶部厚度范围上下慢放轻提,冲锤不明显受阻,说明顶部已成孔并且圆滑垂直的,此时用钢丝绳活扣绑住内护筒,用吊机(或桩机自生重量)把内护筒放入外护筒内沉至孔底,必要时用振动锤下沉。
用冲击钻成孔钢护筒跟进法施工时,施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能,使钢护筒能顺利下沉。钻头直径大于刚护筒外径3~5cm,护筒到位后钻头改为满足成孔要求的钻头直径。
如果冲击钻在坚硬岩石中的扩孔系数较小,不能满足钢护筒下沉要求的,回填并加大钻头直径二次冲孔,以保证钢护筒顺利下沉。为保证钢护筒顺利下滑,要求桩孔竖直,无歪斜、缩颈。
3)主要适用范围及优势:适用于特大溶洞(溶洞高度大于3米)、无填充溶洞、半填冲溶洞或溶洞上方有较厚的沙砾层时。
5 预应力管桩法
预应力管桩法是利用群桩基础代替原有桩基的一种施工方法。一般适用于覆盖层较厚,桩基为摩擦桩的情况。预应力管桩桩长比原设计桩长短,桩底可以不通过溶洞,或者通过溶洞,但溶洞下方岩层风化破碎严重,容易通过,靠桩侧土摩阻力来抵抗桩顶垂直力。
6 结语
溶洞地区首先要加强地质勘探工作,详细的地勘报告是选择合理选择溶洞处理方法的前提。施工时应严密观测,如法线溶洞分布与设计时采用的地质资料溶洞描述不符,应及时上将实际地质情况报业主及设计单位,必要时调整溶洞处理方法。
参考文献:
⑴《桩基优化设计专题研究报告》冯鹏程 郭安辉

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