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对桩基施工事故处理方案设计

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  摘要:应用静压注浆与高压喷射注浆相结合的办法对桩基施工事故进行处理是一种非常有效的方法。它充分发挥了静压注浆法和高压旋喷注浆法各自的优点:适用地层范围广泛、既可用于第四系地层,又可用于处理岩溶地层、并且工法合理、可操作性强、施工简便,对类似的桩基施工事故处理有一定的借鉴作用。
  关键词:钻孔灌注桩施工;施工要点;处理方案;
  概况
  岩溶在我国分布较广,因其地质条件的特殊性,当桥梁桩基进行钻孔、冲孔等施工改变了岩溶体的平衡状态后,容易产生地面变形、地层塌陷而导致施工设备埋陷孔中等事故,处理方法不当不仅浪费大量的人力物力,而且拖延工期,甚至影响整个工程的进程。
  1、工程简介
  本桥地质情况复杂, 根据钻探资料,0#台、1#墩桩桩基按支承桩设计, 2#墩按嵌岩设计, 3#墩、4#台则按摩擦桩设计。本段地震基本烈度为7度。跨径为4×16m空心板简支结构。场地基岩为石炭系下统沉积岩, 呈灰~灰白色, 岩质坚硬, 裂缝较发育, 多呈闭合状、局部见小型溶洞,溶洞多为粘性土充填, 均有碎石土等填充物。地下水主要赋存于第四系冲积砂层、卵石层中, 属孔隙潜水,含水量丰富。
  2、钻孔灌注桩施工
  随着我国高等级公路和城市道路基础设施建设的快速发展, 钻孔灌注桩作为一种基础型式,由于其适应能力强、成本低以及施工简便等优点而被广泛地应用于公路桥梁施工的工程领域中。
  钻孔灌注桩施工中桥共有钻孔灌注桩30根, 桩位处溶洞比较发育,设计要求逐桩探明溶洞情况,然后钻孔岩溶处理方案的原则。
  (1)每根桩必须用地质钻机钻探,详细记录地质状况、溶洞深度、高度、填充物类型,画图列表,为制定相应施工方案提供详实依据。
  (2)对填充物进行土工试验,分析其物理力学特性,检测容重、含水量、孔隙率等,为注浆参数计算提供依据。
  (3)根据地质钻探资料和填充物情况,对每根桩设计出相应的溶洞处理方案、成孔方法及施工措施。
  (4)对每种处理方案,都要进行仔细的计算,施工前在桥位外进行溶洞注浆及钻孔试桩试验,取得经验数据,完善施工方案,指导施工。遇到大溶洞时,必须请监理工程师和设计单位核查,明确处理方案,并报监理批准后实施。
  3、施工工艺流程及要点
  3.1具体施工工艺流程见图1。
  
  
  3.2施工要点
  (1)钻孔定位:严格按照施工设计图纸确定原桩位中心及注浆孔位置。
  (2)根据地质情况在每一根桩的中心位置或桥墩承台的四角钻注浆孔, 钻注浆孔也是对地质情况的进一步勘探,通过取芯探明溶洞的高度及填充物的详细情况。
  (3)用注浆泵注浆, 注浆压力不宜太大,控制在0.5MPa~1.0MPa范围, 具体压力值由现场试验确定。速度为15L /min~20L /min,其目的是使浆液渗透到填充物内(包含灌入的砂或碎石),然后固结, 渗透最小直径定为3.0m, 以保证冲钻成孔时有足够的固结体。注浆时注浆管必须插入填充物的底部,然后边注浆边缓慢上提,提管速度不宜太快, 根据注浆速度确定,应使渗透半径控制在允许范围内。浆液选用水泥浆,用32.5级水泥,水泥浆配合比为水: 水泥= 0.8: 1.0。若需用水泥砂浆, 则配合比采用水: 水泥: 砂=1: 1: 0.8, 需要用双液浆时,水玻璃的含量根据现场试验确定。
  ( 4 ) 单花管注浆, 管头花管段长度为1 0 0 c m , 孔眼直径和间距根据现场试孔后确定, 注浆管外径为70mm, 比钢套管内径要小。注浆时, 通过注浆泵上的PQ仪分析确定注浆的速度和结束时间, 压入量根据渗透半径、固结体积来计算, 公式为Q=πR2Hβμα (1 - γ ) λ。式中, R 为渗透半径; H为溶洞高度; μ为填充物的孔隙率; α为超灌系数;λ为地区性经验系数;γ、β为充填率与充填系数。这些参数和系数可根据现场试验确定。
  (5) 为防止浆液流失太远造成浪费, 采用间歇注浆方式, 使得先注入的浆液与砂子(或碎石) 初步达到胶结后再注浆, 循环注浆多次, 直至达到规定最小注浆量和注浆压力控制值为止。
  (6) 注完一个孔后, 继续对其余孔进行注浆, 后注浆的压力必须调高, 最后封孔。注浆顺序由现场自行掌握。
  4、处理方案设计
  4.1事故原因分析
  该桩基冲击成孔时由于溶洞等溶蚀作用的存在,发生多次卡钻及坍塌垮孔,使得桩孔周边第四系地层都已受到扰动破坏。桩基两侧施工用的泥浆池紧临桩孔。地层的自稳性受到破坏,在钻进时容易遇到无充填的溶洞,孔内泥浆迅速漏失,钢护筒内外的静力平衡被打破,泥浆池内流塑状泥浆冲破与桩孔间的土层流入桩孔内,“内吸外压”的力学作用致使钢护筒发生变形和倾斜,造成了垮孔、埋钻的桩基施工事故。
  4.2方案确定
  事故发生后,施工方采取了多种处理方法,但均未成功。综合考虑补充勘察资料及工期要求,经过对各种加固方法的反复比较和论证,决定采用高压喷射注浆法对上部第四系地层进行旋喷及采用静压注浆法对基岩溶洞进行充填相结合的综合注浆处理方案。
  4.3设计与计算
  (1)加固机理
  根据地层地质条件,采用单管旋喷注浆法对桩基上部第四系地层进行高压喷射注浆施工,使桩位置外围形成一个单排围护筒式墙,隔绝与外界水通道的联系,同时利用“拱”的作用将坍塌量局限于一定范围内,使得待处理段处于孤立无外界关联的位置;采用灌浆法对桩基下部基岩内的溶洞进行静压注浆,使一定压力的水泥砂浆浆液在溶洞中充填、挤密、固结,增大土体整体强度,以达到防渗、支护和安全施工的目的。
  (2)工艺设计
  ①高压喷射注浆
  注浆参数:喷射压力为20.0 MPa~25.0M P a , 喷嘴直径为2 . 5 m m ( 2 个) , 流量6 0L / m i n ~ 8 0 L / m i n , 转速1 6 r / m i n ~ 2 0 r /min,提升速度15cm/min~25 cm/min,注浆采用C32.5的普通硅酸盐水泥,水灰比为0.8~1.2,加3%的水玻璃(占水泥用量)。布孔方式:成桩直径按0.6m进行设计,共布24个注浆孔,编号1~24,注浆孔距离桩基钢护筒外壁约0.5m,孔间距约0.448m,交圈厚度约0.40m,孔深11.0m(进入石灰岩0.5m),高压喷射位置为2.0 m~11.0m。钻孔容许偏斜率小于1%。
  ②静压注浆
  注浆参数:采用C32.5的普通硅酸盐水泥,对溶洞为无充填或半充填的地段采用水∶砂∶水泥=1∶0.5∶1的水泥砂浆,对全充填的溶洞或溶蚀裂隙发育段采用水灰比为0.5~0.8的素水泥浆,并加3%的水玻璃,注浆压力0. 3 MPa~1.0MPa ,采用机械式单管止塞封闭式分段注浆。布孔方式:根据对溶洞注浆充填的要求,在喷射注浆孔中选取6 个钻穿溶洞进入基岩,深约27 m ,为了注浆的均匀性,选取的注浆孔为1、5、9、13、17、21号孔,孔间距约1.68 m,钻孔容许偏斜率小于1%。
  5、结语
  路桥的钻孔灌注桩的施工程序多而紧凑,施工技术水平要求甚高,各施工环节也是一环扣一环紧密衔接的, 所以施工的质量控制起来较为困难, 施工中任何一个环节出现的一点小问题都将可能会影响到整个路桥钻孔灌注桩工程施工的质量和进度, 给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响。因此,要求基础施工队伍要应始终贯彻预防为主的原则, 落实施工技术措施,加强施工质量管理,抓好施工过程中每一个环节的质量控制, 只有这样桩基的质量才能得到保障,从而避免一些不必要的经济损失和造成路桥钻孔灌注桩工程的质量安全事故。
  
  注:文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开


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