(见图4)。先用冲击锤进行冲孔、扩孔处理,然后采用振动锤将钢护筒振动下沉至溶洞底部,为保证钢护筒的强度和刚度,每隔2m,设臵加强钢板箍。 (2)、溶洞高大于5.0m(多层),且溶洞间距较大时,拟采用套内护筒法施工,即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。内护筒长度L=h+2m(h为地质超前钻确定的多层溶洞高) 内护筒内径应比设计桩径大20cm左右,外径应小于外护筒内径5cm左右,若遇第二层溶洞,第二层溶洞的内护筒外径比上层内护筒内径小3~5cm,具体见图5
1)、内护筒长度的确定护筒长度L=h+2(m)(h为多层溶洞高度) 2)、内护筒内径的确定
内护筒内径应大于φ220cm,同时外径应小于外护筒内径5cm左右,如果只下一次内护筒(一层溶洞),内护筒内径选用233cm,壁厚为1cm,则 外径为235cm(主桥外护筒内径为240cm)。当遇到第二层溶洞时,第二层溶洞的内护筒(即第三次护筒)选用220cm内径。
(3)、溶洞顶部冲孔
根据超前钻的资料,当钻孔施工接近溶洞顶部时,提起钻头、钻杆,移开钻机,采用冲击钻机冲孔。用冲击钻冲孔时,要求轻锤慢打,使孔壁圆滑坚固,提升高度一般不超过50cm,一般进程控制在60~80cm/h。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查,其它施工工艺及注意 事项与常规相同。 (4)、外护筒的制作及沉放方法
1) 外护筒的制作
外钢护筒制作时,先勘察地质质料,根据溶洞的层数确定外钢护筒的直径。钢护筒分节制造,工地拼接。先采用桩锤进行扩孔,钢护筒采用振动下沉。振动下沉采用振动打拔锤,其振动动力为1600KN以上。钢护筒下沉时,用两台经纬仪在两个垂直的平面内监测倾斜度,以便随时调正。护筒下沉至硬土层或岩面后,其倾斜度小于1%。 2)内护筒的沉放
①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,冲锤不明显受阻碍,说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的,此时用钢丝绳活扣绑住内护管,用吊机(或冲机自吊)把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后,内护筒不会靠自重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。此时,GPS-30钻机重新就位。
②护筒沉设利用GPS-30钻机进行,在钻机的钻杆上附加压架,利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量,使内护筒随钻头的钻进而下沉,直到溶洞的底部。 (5)内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理
1)在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石,中部回填中砂。
2)用高压喷射灌浆法(施喷法)对回填体进行灌浆处理。灌浆后,内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结,固结强度要求达到30mpa,其抗渗系数可达10-7m/s。灌浆处理后,即可重新冲孔。
3)在内护筒顶部及底部100cm范围内回填小碎石素水泥混凝土,内护筒中部回填砂,同样能起到堵塞空隙的目的。
4)对于需要处理多层溶洞的桩基,一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是为了增加溶洞底部(同时有可能是下层溶洞的顶部)附近填充物的密度和强度,并且增加内、外护筒间的胶合力。
5)重新冲钻,直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时,经监理工程师同意即可终孔,此桩即成孔。成孔后的工序工艺与常规相同,并不赘述。
四、故障及处理
(1)、卡钻 1)原因:
①在基岩段成孔时由于桩锤磨损未及时修补; ②在冲击时发生掉物、掉石;
③钢丝绳冲放过多,致桩锤倾倒顶住孔壁; ④溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞。 2)处理措施:
①慢试法:钻头卡在中间任何部位时,应将主绳徐放—收紧—徐放—收紧,反复进行使钻头旋转从原位槽道提出;
②冲击法:将主绳放松3-5m,用钻头副绳吊一重物向下冲击钻头,使之产生松动,主绳重复慢试法;
③辅助提升法:用吊机、千斤顶或钻机副绳穿滑车组加力提升;
④水下松动爆破法:测准钻头被卡高度后,迅速将乳化防水炸药捆成两组,加配重对称放入钻头刃脚部位,之后将钻机主绳带紧或以吊机辅助紧提,采用电雷管起爆;
⑤确实无法取锤时请设计单位提出桩基修改方案。 (2)、掉锤
1)原因:
①锤体质量有问题,造成锤体断裂; ②钢丝绳断裂;
③进尺时遇到大溶洞,且填充物为软塑性土质或空洞时,因为控制进尺,冲锤一下进尺数米,引起掉锤。
2)处理措施:
①选用打捞钩、冲抓锥等合适的打捞工具将锤体捞起; ②确实无法捞起时,请设计单位提出桩基修改方案。 (3)、塌孔埋钻
1)原因:施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通的裂隙,引起突然间大量泥浆漏失。
2)处理措施:发生漏浆时要及时补浆补水,维持孔内水头,防止孔内外产生过大的水头差,并迅速堵漏。 (4)、斜孔、弯孔:产生斜孔、弯孔: 原因如下:
①是斜面开孔,通过溶洞时,未按正确的施工方法,如抛填粘土不及时,溶洞
的位臵测量不准确,以致钻头沿着软的部位下滑,造成斜孔; ②是出现没有预见的溶洞;
③是隔层相向的探头石,在钻进时相互扩孔,使钻纠正斜孔、弯孔的方法:回填片石、粘土重钻,反复数次;灌注水下素砼至弯曲部分以上的一定高度,待强度合格后重新施钻。
(5)清孔漏浆:由于覆盖层和溶洞之间相互串通,在地下水的作用下产生动压力,导致溶洞内钻孔所形成的人工造壁坍塌,清孔时泥浆流失。其处理方法如下: ①探明泥浆流失的孔洞高程,在初步清基的基础上,在钢筋笼上焊接钢护筒,钢护筒上下口扩成喇叭形,在其上设止水带。当钢筋笼带着堵漏护筒初步就位后,进行正循环泥浆清孔。
②如孔弯斜严重,钢筋骨架插不下去,此时可接高钢护筒,尽力振下,然后灌注水下素混凝土至洞底,待达到规定的强度后,再装上钻机重新施钻清孔。
五、桩基成孔施工的注意事项
(1) 在成孔过程中,要特别注意快到土洞、溶洞的洞顶时,应低锤冲击,防止卡锤、掉锤现象。
(2) 遇较大的土洞、溶洞时,先在孔口附近准备好足够的块石、粘土、水泥。在洞顶打穿时,一旦发现漏浆,要迅速填堵,防止塌孔。一般土洞、溶洞洞顶击穿后,桩孔中泥浆会很快下降,此时要用铲车及时将准备好的块石、粘土、水泥按适当的比例抛入,直至孔中的泥浆停止下降,并慢慢上升,此时可用冲锤进行适当挤压,反复抛块石、粘土、水泥,直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死为止,最后补充满泥浆再重新成孔,溶洞较大的最好等1~2天后再重新冲孔成
桩。
(3) 如果遇较大的土洞、空溶洞时,则先注浆,后成孔,这样可防止地面下陷和发生卡锤、掉锤现象,又能加固地基。
(4) 有土洞、溶洞的地段,特别是那些土、溶洞覆盖面较大的地方,包容数根桩基,施工时要先施工深的桩基,由深至浅,保证安全。
(5) 如果岩面是斜面,要多次抛块石纠斜,因为打斜岩比打全岩要多花3~5倍的时间。
(7) 终成孔后,一定要用5m以上的钢笼探孔器进行探孔,清孔换浆一定要彻底,特别是二次清孔后的沉渣一定要符合标准。
(8) 混凝土坍落度以18~22cm为宜;浇筑导管必须密闭良好,浇筑时先放臵隔水塞,浇注混凝土必须连续、快速;浇筑混凝土备料充足。
六、质量控制措施
1、施工组织管理方面的措施
(1)邀请设计、监理、科研和大专院校等单位专家参加技术攻关研讨会,制订切实可行的施工方案。
(2)对施工人员进行技术培训,制定相应的规章制度,使施工人员有章可循,强化组织指挥,建立必要的奖惩制度。
(3)组织技术革新、质量管理和科技攻关组。 2、施工技术对策
溶洞地质同一般地质相比较,其特点表现在它的非均质性和非密实性,反映在钻孔施工中的形式为:A.空隙漏浆造成塌孔;B.难以形成符合设计桩径的标准圆孔;C.水下砼灌注流失无法估量,容易造成断桩。
(1)漏浆、坍孔的技术对策
① 要求司钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度和钻头负荷是否正常。
② 长护筒跟进。
③ 进行抛填。将坚硬片石、粘土及水泥作成混合物,视漏浆程度反复抛填冲击。
(2)偏孔的技术对策
① 溶沟、溶槽、岩面起伏不平。在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时,钻孔速度会明显降低,主绳摆动大,遇此情况应马上提出钻头,抛入坚硬片石、碎石和块状黄土,以小冲程冲击,待冲到原位后第二次抛入相同配备的混合物以大冲程冲击,反复进行,直到不偏孔为止。
② 溶洞侧壁侵入孔径。以加入大块片石为主,并适当降低泥浆比重,回填后以小冲程钻进,钻头平稳后再加大冲程造孔。
(3)卡钻的技术对策
① 司钻人员随时观察钻机负荷和主绳摆动情况,发现卡钻征兆及时提起钻头进行抛填处理。
② 在距溶洞顶板以上30-50cm处改变钻孔冲程和冲击次数,采用慢打轻击,进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥。
③ 改变钻头形式。在原十字形钻头上焊圈,把十字形连接起来,使之减慢钻进速度,一次成孔并圆顺。
(4)掉钻的技术对策
① 钻头龙门与钻体区段间加工成圆弧过渡,防止断面尺寸突变,形成薄弱
部位引起应力集中而断裂。
② 在钻孔过程中要经常检查钻具、钢丝绳、钻头直径磨损程度,发现超限应及时更换。
(5)桩底嵌入岩层深度的保证措施
① 钻头应用优质45号铸钢制造,几何形状要能避免铸造时产生热拉应力和使用时应力集中现象,现场补焊以履带板、钢轨头做补焊材料,用铸钢焊条堆焊,施焊部位先预热,由技术娴熟的电焊工施焊,确保补焊质量。
② 钻孔各阶段应采用不同的泥浆比重及粘度。
③ 清孔前将水泥、锯末、烧碱、黄土混合物抛入孔内冲击60分钟,使泥浆比重达到1.6以上,这对减少更换钻头、补焊次数,提高成孔速度极为有利。
七、安全控制措施
1、岩溶地区的钻孔桩施工易发生漏浆,因此要备足粘土块和片石,出现漏浆要马上补充,保持孔内水头高于地下水位1.5m。
2、钻孔接近溶洞时,必须严格掌握松绳量,要勤松、少松,防止击穿岩壳卡住钻头。
3、钢丝绳及卡子要勤检查,勤保养,松动的卡子要及时补拧。