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摘要:随着公路里程的快速增加，路网密度也越来越大，然而在公路建设过程中经过岩溶等不良地质区域无法回避。由于岩溶区工程地质情况错综复杂，不同的岩溶地质，其处治方法各异，一旦处理不好，将直接影响到工程的质量、安全及公路的使用品质，轻则造成经济损失，延误工期，重则在施工及运营过程中造成重大的人员伤亡。因而岩溶地区溶洞处理一直是值得我们探讨的问题。
关键词:岩溶地区;溶洞处理
1、处理方案比选
岩溶地区基桩施工一般采用机械成孔、人工成孔或两种方法的组合。
在岩溶地区采用机械成孔方法进行基桩施工时,最适宜采用冲击钻成孔工艺。但山区高速公路桥梁地势险峻,部分基桩位于陡坡,机械就位困难;且岩溶地区地质变化较大,机械钻孔过程中因侵入桩孔的探头石或石芽、溶沟等倾斜岩面使钻头底部处于软硬不均的质体,很容易造成偏孔、卡孔、弯孔等问题;另外,在钻孔过程中,当钻至溶沟或溶洞顶板时,孔内护壁泥浆水头会突然下降而失去护壁作用,极易造成坍塌,严重时还可能发生埋钻、钻机倾覆,造成桩孔报废的事故。而人工挖孔桩采取全井壁支护,安全有保障,挖孔过程中能及时发现地层变化,因而更切合实际,不仅能确保成孔质量和灌注砼的质量,而且比机械桩经济得多;采用人工挖孔处理溶洞,可以同时施工,施工工期也能得到一定保证。
2、溶洞处理方法
2.1填充溶洞的处理
(1)对填充物呈硬塑或可塑状态,高度在2m以内的溶洞,按正常挖孔护壁方法施工,开挖按每循环0.5m深度进行;对高度大于2m的溶洞,根据溶洞与基桩的平面位置关系,仍按每循环0.5m进行开挖。对全断面或近似全断面的溶洞,采用全断面的整体钢筋砼护壁;对半基岩半溶洞的基桩,先进行基岩爆破,清除溶洞填充物,然后在溶洞面采用钢筋砼护壁,基岩面采用素砼护壁,护壁钢筋伸入基岩100mm。护壁钢筋竖筋为φ12@300,打入下节护壁中200mm,横向上中下位置均匀布置3根φ12钢筋;同时沿圆周向填充物内打入φ16锚固筋,锚固筋环向间距600mm,上下层错开布置。
(2)对填充物为流泥状态的溶洞,根据溶洞位置、大小、高度分几种情况处理:1)对深度1m以内的全断面溶洞、深度在2m以内的通道式溶洞(在基桩范围内只是流水通道的一段)及虽然深但溶洞断面小于桩径的溶洞,直接清除流泥,采用钢筋砼护壁进行处理。2)对深度大于前者且洞径比桩径大的溶洞,采用灌水泥浆固化的方法进行处理。在桩孔边缘斜插灌浆孔,孔直径50～100mm,呈梅花形分布,注浆范围大于桩径0.5m;第一循环用圆木棒或钢筋插孔,边插边灌,根据流泥的插入难易程度尽量插深一点,最多可灌深度一般在2.5m以内;为了缩短固化时间,在水泥浆里掺10%左右的水玻璃。开挖深度按每循环0.5m控制,并按固态充填物的情况进行钢筋砼护壁。如遇大孤石,先挖出淤泥,待孤石以上护壁砼达到一定强度后再进行爆破解石。当开挖到接近上一循环灌浆面0.5m深度时,用钢筋或风镐钻孔,然后灌浆固化。如此循环,直到流泥段处理完毕,再按正常挖孔护壁方法进行施工。
2.2落水洞式深溶洞的处理
落水洞是溶洞分布的常见形式,一般这类溶洞较小但深度较大(一般在20m以上)。其施工难点主要在于人工爆破下挖无操作面,直接下挖非常危险。因此这类溶洞主要需解决操作平台问题。处理方案如下:回填邻近桩孔挖出的渣土后,按正常挖孔桩挖孔护壁。要求确保回填密实,不得有漏空现象,防止因回填漏空而突然塌陷导致安全事故。
2.3较深较宽干空溶洞的处理
深度2m以上、10m以內的宽大溶洞,在溶洞顶板揭露前异常危险。施工中应根据地质柱状图,在溶洞顶板揭露前采取安全可靠的施工措施,如提前在基岩上做好锚固平台等。溶洞揭露后,检查溶洞内气体,工人下洞前及在孔中施工时用空压机进行通风;作业人员作业时应配备专用吊篮(采用φ25钢筋现场制作,必须保证焊接质量)且佩戴安全绳。处理方法为:在溶洞底部硬卧层上清理一个径向宽2m(宽度根据溶洞高度计算确定)、深0.3m的环形基坑,基坑中浇筑C15片石砼,逐节往上浇筑。片石砼中埋设φ10钢筋与外侧护壁相连,C15片石砼达到1m高时,内侧按正常情况护壁一节,在C15片石砼外侧填筑石渣。护壁高于1m时,用脚手架在井下搭设施工平台,脚手架间距为40cm×40cm,平台采用木板铺设,木板厚度大于8cm。如此反复,直至处理到溶洞顶。之后将脚手架拆除,吊出桩孔。对多层次溶洞,若层间厚,每层溶洞高度为2～10m,均可按此方法进行处理。
2.4超深超宽溶洞的处理
2.4.110m以上超深全空宽溶洞
此类溶洞如仍采用片石砼,施工周期长,效率低,成本高,所以采用钢护筒穿过溶洞,作为基桩护壁及浇筑桩芯砼的模板。
钢护筒处理溶洞的施工过程:1)验孔。凿开溶洞顶板,检查溶洞内气体和充填物是否有害。2)清孔。清除溶洞中松散溶蚀物。3)钢护筒制作。采用卷板机卷制钢护筒,2m一节,制作好后用小车运到孔口安装,长度为溶洞深度加2m。4)钢护筒安装。在第一节护筒直径位置上开2个孔,插入16#工字钢,在基桩孔口制作一施工平台,用吊车将护筒吊在施工平台上往下放,直到工字钢搭在井口护壁上;然后用吊车吊第二节护筒进行对接,焊接完成后再往下放。如此一节一节安装,直到全部护筒焊接完成,用吊车整体一次性吊放到位。焊接时注意2节钢护筒之间的顺直度,保证钢护筒能顺畅放到位。钢护筒和上下岩层之间各搭接1m,用φ32钢筋作为铆钉进行锚固,上下各3排,一排为12根,铆钉和钢护筒之间必须焊接。
2.4.210m以上超深半空宽溶洞
对此类溶洞采用先回填再下挖的方法进行处理。用细集料将溶洞充填密实,填至溶洞口时用人工配合反复充填,将溶洞四周填满。为了保证充填质量,石渣粒径控制在10cm以内。从溶洞顶面的上一节护壁一直到溶洞底,沿圆周纵横向布置φ10mm钢筋,间距为200mm,纵向钢筋预留200mm锚入下节护壁砼中,钢筋末端设置180°弯钩,并沿圆周方向按400mm间距打入φ16钢筋,锚入回填料深度500mm以上,同一节护壁中锚筋上下层错开布置。为了保证作业人员的安全,制作一节高6m、直径同基桩孔探孔器的钢筋笼。钢筋笼主筋采用φ25螺纹钢,沿圆周方向均布20根,每隔1m左右设置一个加强箍。每下挖一节,防护钢筋笼下放一节,安装护壁模板时将防护钢筋笼提升至上一节护壁位置。
结语：由于岩溶地区地质情况十分复杂,溶洞具有不可预见性、复杂性、危险性等特点,岩溶基桩开挖前必须进行一桩一孔超前钻探,准确掌握地下岩溶发育情况。另外,人工挖孔桩成孔过程安全性较差,对溶洞埋深在30m以上和岩溶地下水量大、连通性好的基桩不适应。所以,在岩溶地区进行人工挖孔桩施工,仍有待于积累经验,需根据具体地质情况,综合考虑各种因素选用经济、合理、有效的处理方法。
参考文献
[1]林治基.桥梁桩基溶洞地段施工处理技术.山西建筑,2007.
[2]刘日圣.溶洞地区桩基施工.公路交通技术,2006.
[3]谢中玉.桩基施工中溶洞问题处理对策.安全与环境工程,2007.
关键词:岩溶地区;溶洞处理
1、处理方案比选
岩溶地区基桩施工一般采用机械成孔、人工成孔或两种方法的组合。
在岩溶地区采用机械成孔方法进行基桩施工时,最适宜采用冲击钻成孔工艺。但山区高速公路桥梁地势险峻,部分基桩位于陡坡,机械就位困难;且岩溶地区地质变化较大,机械钻孔过程中因侵入桩孔的探头石或石芽、溶沟等倾斜岩面使钻头底部处于软硬不均的质体,很容易造成偏孔、卡孔、弯孔等问题;另外,在钻孔过程中,当钻至溶沟或溶洞顶板时,孔内护壁泥浆水头会突然下降而失去护壁作用,极易造成坍塌,严重时还可能发生埋钻、钻机倾覆,造成桩孔报废的事故。而人工挖孔桩采取全井壁支护,安全有保障,挖孔过程中能及时发现地层变化,因而更切合实际,不仅能确保成孔质量和灌注砼的质量,而且比机械桩经济得多;采用人工挖孔处理溶洞,可以同时施工,施工工期也能得到一定保证。
2、溶洞处理方法
2.1填充溶洞的处理
(1)对填充物呈硬塑或可塑状态,高度在2m以内的溶洞,按正常挖孔护壁方法施工,开挖按每循环0.5m深度进行;对高度大于2m的溶洞,根据溶洞与基桩的平面位置关系,仍按每循环0.5m进行开挖。对全断面或近似全断面的溶洞,采用全断面的整体钢筋砼护壁;对半基岩半溶洞的基桩,先进行基岩爆破,清除溶洞填充物,然后在溶洞面采用钢筋砼护壁,基岩面采用素砼护壁,护壁钢筋伸入基岩100mm。护壁钢筋竖筋为φ12@300,打入下节护壁中200mm,横向上中下位置均匀布置3根φ12钢筋;同时沿圆周向填充物内打入φ16锚固筋,锚固筋环向间距600mm,上下层错开布置。
(2)对填充物为流泥状态的溶洞,根据溶洞位置、大小、高度分几种情况处理:1)对深度1m以内的全断面溶洞、深度在2m以内的通道式溶洞(在基桩范围内只是流水通道的一段)及虽然深但溶洞断面小于桩径的溶洞,直接清除流泥,采用钢筋砼护壁进行处理。2)对深度大于前者且洞径比桩径大的溶洞,采用灌水泥浆固化的方法进行处理。在桩孔边缘斜插灌浆孔,孔直径50～100mm,呈梅花形分布,注浆范围大于桩径0.5m;第一循环用圆木棒或钢筋插孔,边插边灌,根据流泥的插入难易程度尽量插深一点,最多可灌深度一般在2.5m以内;为了缩短固化时间,在水泥浆里掺10%左右的水玻璃。开挖深度按每循环0.5m控制,并按固态充填物的情况进行钢筋砼护壁。如遇大孤石,先挖出淤泥,待孤石以上护壁砼达到一定强度后再进行爆破解石。当开挖到接近上一循环灌浆面0.5m深度时,用钢筋或风镐钻孔,然后灌浆固化。如此循环,直到流泥段处理完毕,再按正常挖孔护壁方法进行施工。
2.2落水洞式深溶洞的处理
落水洞是溶洞分布的常见形式,一般这类溶洞较小但深度较大(一般在20m以上)。其施工难点主要在于人工爆破下挖无操作面,直接下挖非常危险。因此这类溶洞主要需解决操作平台问题。处理方案如下:回填邻近桩孔挖出的渣土后,按正常挖孔桩挖孔护壁。要求确保回填密实,不得有漏空现象,防止因回填漏空而突然塌陷导致安全事故。
2.3较深较宽干空溶洞的处理
深度2m以上、10m以內的宽大溶洞,在溶洞顶板揭露前异常危险。施工中应根据地质柱状图,在溶洞顶板揭露前采取安全可靠的施工措施,如提前在基岩上做好锚固平台等。溶洞揭露后,检查溶洞内气体,工人下洞前及在孔中施工时用空压机进行通风;作业人员作业时应配备专用吊篮(采用φ25钢筋现场制作,必须保证焊接质量)且佩戴安全绳。处理方法为:在溶洞底部硬卧层上清理一个径向宽2m(宽度根据溶洞高度计算确定)、深0.3m的环形基坑,基坑中浇筑C15片石砼,逐节往上浇筑。片石砼中埋设φ10钢筋与外侧护壁相连,C15片石砼达到1m高时,内侧按正常情况护壁一节,在C15片石砼外侧填筑石渣。护壁高于1m时,用脚手架在井下搭设施工平台,脚手架间距为40cm×40cm,平台采用木板铺设,木板厚度大于8cm。如此反复,直至处理到溶洞顶。之后将脚手架拆除,吊出桩孔。对多层次溶洞,若层间厚,每层溶洞高度为2～10m,均可按此方法进行处理。
2.4超深超宽溶洞的处理
2.4.110m以上超深全空宽溶洞
此类溶洞如仍采用片石砼,施工周期长,效率低,成本高,所以采用钢护筒穿过溶洞,作为基桩护壁及浇筑桩芯砼的模板。
钢护筒处理溶洞的施工过程:1)验孔。凿开溶洞顶板,检查溶洞内气体和充填物是否有害。2)清孔。清除溶洞中松散溶蚀物。3)钢护筒制作。采用卷板机卷制钢护筒,2m一节,制作好后用小车运到孔口安装,长度为溶洞深度加2m。4)钢护筒安装。在第一节护筒直径位置上开2个孔,插入16#工字钢,在基桩孔口制作一施工平台,用吊车将护筒吊在施工平台上往下放,直到工字钢搭在井口护壁上;然后用吊车吊第二节护筒进行对接,焊接完成后再往下放。如此一节一节安装,直到全部护筒焊接完成,用吊车整体一次性吊放到位。焊接时注意2节钢护筒之间的顺直度,保证钢护筒能顺畅放到位。钢护筒和上下岩层之间各搭接1m,用φ32钢筋作为铆钉进行锚固,上下各3排,一排为12根,铆钉和钢护筒之间必须焊接。
2.4.210m以上超深半空宽溶洞
对此类溶洞采用先回填再下挖的方法进行处理。用细集料将溶洞充填密实,填至溶洞口时用人工配合反复充填,将溶洞四周填满。为了保证充填质量,石渣粒径控制在10cm以内。从溶洞顶面的上一节护壁一直到溶洞底,沿圆周纵横向布置φ10mm钢筋,间距为200mm,纵向钢筋预留200mm锚入下节护壁砼中,钢筋末端设置180°弯钩,并沿圆周方向按400mm间距打入φ16钢筋,锚入回填料深度500mm以上,同一节护壁中锚筋上下层错开布置。为了保证作业人员的安全,制作一节高6m、直径同基桩孔探孔器的钢筋笼。钢筋笼主筋采用φ25螺纹钢,沿圆周方向均布20根,每隔1m左右设置一个加强箍。每下挖一节,防护钢筋笼下放一节,安装护壁模板时将防护钢筋笼提升至上一节护壁位置。
结语：由于岩溶地区地质情况十分复杂,溶洞具有不可预见性、复杂性、危险性等特点,岩溶基桩开挖前必须进行一桩一孔超前钻探,准确掌握地下岩溶发育情况。另外,人工挖孔桩成孔过程安全性较差,对溶洞埋深在30m以上和岩溶地下水量大、连通性好的基桩不适应。所以,在岩溶地区进行人工挖孔桩施工,仍有待于积累经验,需根据具体地质情况,综合考虑各种因素选用经济、合理、有效的处理方法。
参考文献
[1]林治基.桥梁桩基溶洞地段施工处理技术.山西建筑,2007.
[2]刘日圣.溶洞地区桩基施工.公路交通技术,2006.
[3]谢中玉.桩基施工中溶洞问题处理对策.安全与环境工程,2007.