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【摘 要】我国西南地区地形地貌复杂,天气、气候独特,区域夏季和秋季的分配基本一致,而冬春两季差异明显,地下溶洞分布极广,部分桩基在成桩后经检测底仍有不少量溶洞存在,对高速公路桥梁极有大安全和质量隐患。本文结合工程实际施工方法,通过高压旋喷注浆加固技术的实际应用,对桩底溶洞的处理提出自己的看法。
【关键词】桥梁;溶洞;加固;方案设计
0.工程概况
某高速公路大桥Y15-1桩设计为钻孔灌注嵌岩桩,设计桩径1.5m,桩长42m,设计桩底持力层基岩为中—微风化灰岩。在桩基施工完成后,根据相关单位提供的抽芯检测和补充勘察资料发现桩底持力层3倍桩径范围内存在溶洞,分别为前孔42.26~42.75m有半边溶蚀,44.18~44.90m有溶洞,后孔44.18~44.90m有溶洞,持力层不符合设计要求。为了弥补由于地质原因造成的质量安全隐患,保证结构的安全和使用功能,需对基桩底部持力层范围内的溶洞进行注浆加固处理。
1.加固方案设计
a)为了保证注浆的有效填充性和加固体的固结强度要求,本方案设计采用高压清水旋喷切割清洗+高压旋喷注浆+孔内压注水泥浆相结合的施工方法。即先对基桩底部持力层范围内的溶洞填充物及洞穴、洞壁溶蚀物进行高压清水切割清洗,再按自下而上的顺序对溶洞深度范围进行高压喷射水泥浆,最后在孔内注浆及孔口压浆。
b)施工目标。在桩底持力层经注浆处理后,在处理段内填充满水泥浆固结体,固结体胶结紧密,与基岩接触紧密,抗压强度(龄期28d)达到15MPa,从而提高持力岩层的完整性,并满足设计要求的桩底持力层强度要求。
2.施工流程及施工工艺
2.1施工流程
注浆孔布置→钻机就位、对位→钻进至处理段底以下0.5m→埋设孔口压浆装置→高压清水切割、清洗→拌制水泥浆→高压旋喷注浆→孔内注浆、孔口压浆→终凝前孔口补浆。
2.2施工工艺及要求
a)桩注浆孔的布设。加固孔距桩中心45cm呈等边三角形布置,如原抽芯孔位置合适时可利用作为加固孔,根据Y15-1桩基的现场实际情况,本次加固利用1个抽芯孔作为加固孔,同时需钻设其余2个加固孔。
b)注浆孔的钻孔。本次加固处理采用XY-1A地质钻机,钻头直径101~110mm。终孔深度为进入设计持力层基岩5m,并穿过溶洞底板进入基岩0.5m。钻孔时,准确记录溶洞的顶、底板深度及岩性、填充物、漏水、连通、钻进速度等情况。
c)埋设孔口压浆装置。将桩顶表面杂物清理干净,采用环氧树脂高强砂浆在孔口埋设直径91~110mm孔口管作为孔口封闭压浆装置,待砂浆强度满足孔口高压憋浆施工要求后,方可进入下道工序。
d)高压清水切割、清洗。采用ZJB-45型高压注浆泵产生的高压水射流对溶洞顶、底板区间段内的填充物及洞穴、洞壁溶蚀物进行高压清水切割;旋喷切割时,采用高压力(25~30MPa)、慢转速(5~10r/min)、慢提升(5~10cm/min)等措施,在溶洞段内多次反复切割,切割段为层顶、底上下各延长0.5m以上。
e)注浆浆液及配合比水泥浆采用机械拌合,水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45,同时掺入一定的FDN减水剂。
f)高压旋喷注浆施工。采用ZJB-45型高压注浆泵进行旋喷注浆,施工参数为:泵压15~20MPa;喷射量60~70L/min;提升速度15~25cm/min;旋转速度16~20r/min。旋喷段长与高压清水切割段长相同,在该区段内多次反复进行旋喷注浆。
g)孔内注浆孔。口憋压浆根据各注浆孔的连通情况,先封闭1孔,在其余2孔利用1个孔下注浆管并注浆,待另1个孔流出浓水泥浆后,进行孔口封闭式憋压浆,注浆泵压力为0.5~1.0MPa;流量15~30L/min。对3个孔口轮番进行憋压浆施工。
h)终凝前补浆。孔内压浆结束后,随时观察水泥浆浆液的凝固情况,在水泥浆终凝前轮流对每个孔口进行补浆,消除浆液凝固过程中的回缩,直至所有孔口浆液满浆。
2.3施工过程中需注意的问题
a)溶洞注浆施工时,在孔内注浓浆及孔口憋压浆时,浆液应根据施工实际情况可不掺入减水剂。
b)溶洞长时间注浆无法提升压力或孔口不返浆时,应采用降低流量、间歇灌注、加浓浆液等方法,为保证固结体强度好,施工操作难度一般不采取掺加速凝剂。
c)溶洞处理完成待浆液初凝后,选择1~2孔进行扫孔钻进,目的是判断浆液的充填情况是否饱满,若充填不饱满则进行再次压浆,直至充填饱满为止,最后对注浆孔进行浓水泥浆封孔。
3.施工质量控制要点
3.1钻孔
a)钻孔时需按照设计方案预先对孔位进行放样,确保孔位准确,同时对孔位进行统一编号。
b)钻孔过程中要确保钻孔的垂直度,在钻进过程中要随时检查,确保钻孔垂直度不超过1%。
c)钻进采用XY-1A地质钻机,施工过程中,针对每一个孔位,详细记录钻头的进尺、软弱层标高及长度、分布等情况,由于各种原因暂停施工或终孔时,孔口需加盖保护,防止杂物掉入。
3.2高压清水切割清洗
a)钻孔完毕,必须仔细检查,确保达到设计要求,同时检查设备的完好性,并进行地面试喷及调校,所有以上工作都准备完毕进行高压清水切割清洗。
b)安装、拆卸喷射管时,需仔细检查每一个管节及接头,确保没有破损或者漏气,同时注意检查喷射嘴,防止堵塞。
c)高压清水切割时,需按照划分的处理区段上下各延伸不少于0.5m,反复用清水进行高压切割、清洗,每区段不少于3次,直至返浆为清水为止。
3.3高压旋喷注浆
a)高压旋喷注浆时,喷嘴预先下至设计深度,按照设计参数先预喷,持续一段时间后,开始正式的高压旋喷注浆。
b)高压旋喷注浆时,对探明的预处理区段上下各延伸0.5m,慢慢地连续旋喷,重复旋喷2~3次,如果需要拆卸喷射管,则对此段进行复喷,保证两次喷射搭接长度不小于0.2m。
c)在高压清水切割清洗和旋喷注浆过程中,如果注浆压力出现突然下降或骤然上升时,应立即停止旋喷作业,探查是由于喷射系统出现问题还是地质情况有变,如是喷射系统故障迅速处理,恢复正常情况后方可继续进行作业;如是地质情况发生变化,报请有关部门,重新考虑施工方案。
d)喷射过程中,派专人详细记录各项施工数据、水泥及外掺剂用量、是否出现异常现象及处理情况等。
e)高压旋喷注浆施工时,严格控制喷射嘴以20cm/min左右的速度提升,不宜过快或过慢。喷射压力控制在15~20MPa,流量以60~70L/min控制,浆液及外掺剂配比严格执行设计或实验配比。如果施工参数发生变化,要如实记录。
f)喷射过程中,如果发现孔内有严重漏浆致使压力迟迟不能提升到设计压力,应采用以下几种措施进行处理:(a)暂缓喷射管提升速度或暂停喷射管提升;(b)降低喷浆管的压力或者流量进行原地注浆;(c)采用间歇注浆法,两次注浆中间间隔时间30~60min。
4.效果评价
该大桥Y15-1桩底溶洞采用本方案施工处理,待浆液龄期达28d后,经过相关单位抽芯检测,该溶洞被水泥浆完全填充密实,基岩溶蚀部分和水泥浆紧密结合,固结体强度达到20MPa以上,完全满足设计要求。
5.结束语
钻孔灌注桩在桥梁工程属隐蔽工程,其施工技术性强,施工中处理不当将会带来巨大经济损失及施工安全。在西南岩溶地区进行桩基施工,桩底难免出现各种溶洞,对桩基和桥梁的安全造成极大的隐患,采用高压旋喷注浆施工技术,能够进行各种隐患的治理,避免造成国家资产的大量浪费,既提高了工程质量和安全,也降低了工程造价。
【参考文献】
[1]蒋能勇,刘可.桥梁桩底溶洞的处理[J].广东交通职业技术学院学报.2004(03).
[2]黄玉萍,徐兴国.岩溶地区桩基施工技术[J].西部探矿工程.2005(01).
[3]龚晓楠.地基处理手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,2008.
【关键词】桥梁;溶洞;加固;方案设计
0.工程概况
某高速公路大桥Y15-1桩设计为钻孔灌注嵌岩桩,设计桩径1.5m,桩长42m,设计桩底持力层基岩为中—微风化灰岩。在桩基施工完成后,根据相关单位提供的抽芯检测和补充勘察资料发现桩底持力层3倍桩径范围内存在溶洞,分别为前孔42.26~42.75m有半边溶蚀,44.18~44.90m有溶洞,后孔44.18~44.90m有溶洞,持力层不符合设计要求。为了弥补由于地质原因造成的质量安全隐患,保证结构的安全和使用功能,需对基桩底部持力层范围内的溶洞进行注浆加固处理。
1.加固方案设计
a)为了保证注浆的有效填充性和加固体的固结强度要求,本方案设计采用高压清水旋喷切割清洗+高压旋喷注浆+孔内压注水泥浆相结合的施工方法。即先对基桩底部持力层范围内的溶洞填充物及洞穴、洞壁溶蚀物进行高压清水切割清洗,再按自下而上的顺序对溶洞深度范围进行高压喷射水泥浆,最后在孔内注浆及孔口压浆。
b)施工目标。在桩底持力层经注浆处理后,在处理段内填充满水泥浆固结体,固结体胶结紧密,与基岩接触紧密,抗压强度(龄期28d)达到15MPa,从而提高持力岩层的完整性,并满足设计要求的桩底持力层强度要求。
2.施工流程及施工工艺
2.1施工流程
注浆孔布置→钻机就位、对位→钻进至处理段底以下0.5m→埋设孔口压浆装置→高压清水切割、清洗→拌制水泥浆→高压旋喷注浆→孔内注浆、孔口压浆→终凝前孔口补浆。
2.2施工工艺及要求
a)桩注浆孔的布设。加固孔距桩中心45cm呈等边三角形布置,如原抽芯孔位置合适时可利用作为加固孔,根据Y15-1桩基的现场实际情况,本次加固利用1个抽芯孔作为加固孔,同时需钻设其余2个加固孔。
b)注浆孔的钻孔。本次加固处理采用XY-1A地质钻机,钻头直径101~110mm。终孔深度为进入设计持力层基岩5m,并穿过溶洞底板进入基岩0.5m。钻孔时,准确记录溶洞的顶、底板深度及岩性、填充物、漏水、连通、钻进速度等情况。
c)埋设孔口压浆装置。将桩顶表面杂物清理干净,采用环氧树脂高强砂浆在孔口埋设直径91~110mm孔口管作为孔口封闭压浆装置,待砂浆强度满足孔口高压憋浆施工要求后,方可进入下道工序。
d)高压清水切割、清洗。采用ZJB-45型高压注浆泵产生的高压水射流对溶洞顶、底板区间段内的填充物及洞穴、洞壁溶蚀物进行高压清水切割;旋喷切割时,采用高压力(25~30MPa)、慢转速(5~10r/min)、慢提升(5~10cm/min)等措施,在溶洞段内多次反复切割,切割段为层顶、底上下各延长0.5m以上。
e)注浆浆液及配合比水泥浆采用机械拌合,水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45,同时掺入一定的FDN减水剂。
f)高压旋喷注浆施工。采用ZJB-45型高压注浆泵进行旋喷注浆,施工参数为:泵压15~20MPa;喷射量60~70L/min;提升速度15~25cm/min;旋转速度16~20r/min。旋喷段长与高压清水切割段长相同,在该区段内多次反复进行旋喷注浆。
g)孔内注浆孔。口憋压浆根据各注浆孔的连通情况,先封闭1孔,在其余2孔利用1个孔下注浆管并注浆,待另1个孔流出浓水泥浆后,进行孔口封闭式憋压浆,注浆泵压力为0.5~1.0MPa;流量15~30L/min。对3个孔口轮番进行憋压浆施工。
h)终凝前补浆。孔内压浆结束后,随时观察水泥浆浆液的凝固情况,在水泥浆终凝前轮流对每个孔口进行补浆,消除浆液凝固过程中的回缩,直至所有孔口浆液满浆。
2.3施工过程中需注意的问题
a)溶洞注浆施工时,在孔内注浓浆及孔口憋压浆时,浆液应根据施工实际情况可不掺入减水剂。
b)溶洞长时间注浆无法提升压力或孔口不返浆时,应采用降低流量、间歇灌注、加浓浆液等方法,为保证固结体强度好,施工操作难度一般不采取掺加速凝剂。
c)溶洞处理完成待浆液初凝后,选择1~2孔进行扫孔钻进,目的是判断浆液的充填情况是否饱满,若充填不饱满则进行再次压浆,直至充填饱满为止,最后对注浆孔进行浓水泥浆封孔。
3.施工质量控制要点
3.1钻孔
a)钻孔时需按照设计方案预先对孔位进行放样,确保孔位准确,同时对孔位进行统一编号。
b)钻孔过程中要确保钻孔的垂直度,在钻进过程中要随时检查,确保钻孔垂直度不超过1%。
c)钻进采用XY-1A地质钻机,施工过程中,针对每一个孔位,详细记录钻头的进尺、软弱层标高及长度、分布等情况,由于各种原因暂停施工或终孔时,孔口需加盖保护,防止杂物掉入。
3.2高压清水切割清洗
a)钻孔完毕,必须仔细检查,确保达到设计要求,同时检查设备的完好性,并进行地面试喷及调校,所有以上工作都准备完毕进行高压清水切割清洗。
b)安装、拆卸喷射管时,需仔细检查每一个管节及接头,确保没有破损或者漏气,同时注意检查喷射嘴,防止堵塞。
c)高压清水切割时,需按照划分的处理区段上下各延伸不少于0.5m,反复用清水进行高压切割、清洗,每区段不少于3次,直至返浆为清水为止。
3.3高压旋喷注浆
a)高压旋喷注浆时,喷嘴预先下至设计深度,按照设计参数先预喷,持续一段时间后,开始正式的高压旋喷注浆。
b)高压旋喷注浆时,对探明的预处理区段上下各延伸0.5m,慢慢地连续旋喷,重复旋喷2~3次,如果需要拆卸喷射管,则对此段进行复喷,保证两次喷射搭接长度不小于0.2m。
c)在高压清水切割清洗和旋喷注浆过程中,如果注浆压力出现突然下降或骤然上升时,应立即停止旋喷作业,探查是由于喷射系统出现问题还是地质情况有变,如是喷射系统故障迅速处理,恢复正常情况后方可继续进行作业;如是地质情况发生变化,报请有关部门,重新考虑施工方案。
d)喷射过程中,派专人详细记录各项施工数据、水泥及外掺剂用量、是否出现异常现象及处理情况等。
e)高压旋喷注浆施工时,严格控制喷射嘴以20cm/min左右的速度提升,不宜过快或过慢。喷射压力控制在15~20MPa,流量以60~70L/min控制,浆液及外掺剂配比严格执行设计或实验配比。如果施工参数发生变化,要如实记录。
f)喷射过程中,如果发现孔内有严重漏浆致使压力迟迟不能提升到设计压力,应采用以下几种措施进行处理:(a)暂缓喷射管提升速度或暂停喷射管提升;(b)降低喷浆管的压力或者流量进行原地注浆;(c)采用间歇注浆法,两次注浆中间间隔时间30~60min。
4.效果评价
该大桥Y15-1桩底溶洞采用本方案施工处理,待浆液龄期达28d后,经过相关单位抽芯检测,该溶洞被水泥浆完全填充密实,基岩溶蚀部分和水泥浆紧密结合,固结体强度达到20MPa以上,完全满足设计要求。
5.结束语
钻孔灌注桩在桥梁工程属隐蔽工程,其施工技术性强,施工中处理不当将会带来巨大经济损失及施工安全。在西南岩溶地区进行桩基施工,桩底难免出现各种溶洞,对桩基和桥梁的安全造成极大的隐患,采用高压旋喷注浆施工技术,能够进行各种隐患的治理,避免造成国家资产的大量浪费,既提高了工程质量和安全,也降低了工程造价。
【参考文献】
[1]蒋能勇,刘可.桥梁桩底溶洞的处理[J].广东交通职业技术学院学报.2004(03).
[2]黄玉萍,徐兴国.岩溶地区桩基施工技术[J].西部探矿工程.2005(01).
[3]龚晓楠.地基处理手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,2008.