閱讀 4381 次 洛河大橋軟弱地質條件下鉆孔灌注樁處理方法
洛河大橋軟弱地質條件下鉆孔灌注樁處理方法
馮勇 李建雄
陜西建工集團機械施工有限公司
1、概況
1.1設計概述:
洛河大橋工程是省道202線大荔科技產業園區過境段拓寬改建工程的重要組成部分,位于大荔縣境內石槽鄉,橫跨洛河,起始樁號為K2+180.50~K2+526.5,全長346米。橋梁基礎為鉆孔灌注樁,主要工程數量:鉆孔灌注樁共40根,樁長39-48米,其中橋臺樁8根,樁徑1.2米,橋墩樁32根,樁徑1.4米。
1.2地質情況:
1.2.1路線總體屬于渭河和洛河三角洲地帶沖積、堆積地貌,根據地層結構、土體及其狀態、地表形態等,可以進一步劃分為洛河河漫灘地貌和三角洲階地地貌二個單元。橋梁工程所處的地形為洛河河漫灘地貌地區,主要分布在大荔縣南,屬洛河河水流沖、洪積發育區。區內河堤兩岸為農田,人工填土較厚。地下水資源豐富,地下水位在地面線下12.00-17.00之間。
1.2.2沿線地形平坦,勘察區河灘粉砂層屬飽水砂土,經驗算為非液化土層。橋址區地質狀況如表1:
1.2.3、橋位處地形分為三個階地形式:0#~4#,13#~17#處于第一階地分布在洛河兩側的耕地;5#、6#、9#~12#處于相對較低的第二階地;7#、8#樁位處于第三階地,位于洛河河槽內。
表1
地層編號 |
巖土 名稱 |
狀態 |
特征 |
層厚(米) |
埋深(米) |
層頂海拔高程(米) |
工程巖土分級 |
1 |
填筑土 |
稍密-中密 |
人工填筑堆積的雜填土,含大量的礫石,不均勻 |
1.60~3.8 |
|
|
Ⅱ |
2 |
現代河流沖積區 |
稍密 |
粉砂,淺黃色,砂土均勻,屬洛河沖、洪積所成,含少量砂礫 |
3.2~6.4 |
0.00~3.80 |
339.08~344.63 |
Ⅰ |
3 |
現代河流沖積區 |
中密 |
細砂,暗黃色,砂土均勻,屬洛河沖、洪積成分選性好,下部含零星黏土塊 |
8.9~9.8 |
3.20~10.00 |
335.44~338.23 |
Ⅰ |
4 |
古土壤系 |
硬塑 |
粘土,棕紅色,土質均勻,屬第四系風積形成的古土壤 |
最大厚度可達到50米 |
325.83~329.02 |
Ⅱ |
2、工程施工中遇到的問題
該工程于2009年12月16日期開工,選用旋挖鉆機成孔泥漿護壁的施工方案,至2010年元月2日,完成從17#至13#橋墩樁基的12根樁,施工較為順利,但在施工至12#-2樁基時,成孔鉆進至28米時出現護筒下沉(見圖1)、孔口(見圖2)開裂現象,往孔內注水到護筒頂口后不久,孔內水位明顯下降。檢查發現護筒下部懸空。由于鉆機自重大,為施工安全,決定停機并將樁孔用素土回填。
由以上可看到,粉砂層上覆蓋土層厚度變化是向河道方向隨著階地降低,逐漸變薄,至河道位置進入粉砂層。導致施工12﹟-2樁時出現孔口開裂、護筒下沉的主要原因是:地表下具有較厚的飽水性粉砂,流動性強,地基整體承載力較低,成孔時孔內壁四周的粉砂受到振動和水沖刷,向孔內流動,導致護筒底部喪失承載層,失去下層粉砂的支撐及孔隙水的壓力,且在鉆機的重壓及振動下,出現護筒下沉、孔內坍塌、孔口開裂。
4、技術方案比較與選擇
經施工技術人員匯同業主、設計院、監理單位等共同進行分析,提出以下方案進行優選,具體見表3。
經過分析和比選,綜合考慮施工成本和工期等要求,最終選擇方案為:對橋北0#~5#樁基的施工仍以旋挖鉆機進行作業,對地勢較低的6#~12#樁基的施工采取方案三和方案四的綜合方案進行施工,即在原地表上填筑3米厚的素土層,使粉砂層上土層厚度增加至5.5~6米厚,使用汽車鉆進行正循環成孔工藝施工。
表3、技術方案比選表
序號 |
方案名稱 |
具體實施方法 |
優缺點 |
方案一 |
地基化學加固法 |
用機具將漿液灌入地基中,并與地基土發生化學變化,膠結成新的堅硬的物質,從而提高地基強度和承載力。具體施工工藝為在橋梁樁位的周圍均勻布設6個水泥攪拌樁,用鉆機成孔,深度為剛好穿過粉砂層,注入拌制好的水泥漿進行深層攪拌,使漿液與粉砂土顆粒膠結起來以改善粉砂層的物理和力學性質,在橋梁樁周圍形成一個堅固的筒體,使橋梁樁順利施工。 |
優點:1、利用水泥攪拌樁形成筒體,有效的解決孔內坍塌、擴孔、孔口開裂問題; 2、阻擋飽和粉沙層向孔內流動,提高原地基承載力,解決孔口開裂問題。 缺點:1、施工成本較高 2、等待時間長,工期較長 |
方案二 |
加長護筒法 |
將原使用的2.5米護筒加長至5米,埋設時將護筒四周的夯實土層厚度增加到5米,并擴大護筒周邊夯實范圍。 |
優點:1、增加護筒四周摩阻力,以解決護筒下沉、孔口開裂問題; 2、提高水頭壓力,增加孔壁穩定性。 缺點:1、埋設護筒開挖較深,換填土工程量大,護筒埋設困難; 2、灌注完畢后護筒難以拔出,不能再次利用,同時對后期破除樁頭增加難度; 3、施工成本高。 |
方案三 |
循環鉆機施工 |
將旋挖鉆成孔的施工工藝改變為循環鉆機成孔,鉆機采用輕型汽車鉆。 |
優點:1、可根據地質狀況進行正循環或反循環作業,有效減小機械對粉砂層的擾動,鉆頭對孔壁的擾動也將減小,解決由于設備振動引起粉砂層坍塌、孔徑過大等問題,且施工中可自造泥漿進行護壁,改善孔壁穩定性; 2、施工設備自重較小,避免由于設備自重造成孔口開裂;成本較低。 缺點:粉砂層可能發生縮徑問題,需要進行二次,甚至多次掃孔作業,施工進度較慢。 |
方案四 |
填筑土 |
采取從地表向上整體填筑3米厚粘土層,分層填筑并碾壓密實,橋梁樁處位形成一層密實具有一定承載力的土層,在填筑完畢的地面上進行鉆孔灌注樁施工。 |
優點:不因機械設備擾動發生開裂,護筒底不易發生坍塌,可有效的解決孔口開裂、護筒下沉等問題;施工成本較低。 缺點:使后期的系梁基坑開挖難度加大,增加了挖土方工程量 |
5、施工技術要求
5.1素土回填時嚴格控制,每層虛鋪厚度300cm~350cm,用壓路機碾壓密實(密實度不小于95%),以保證鉆機在鉆進過程中不下沉,不偏位。對于位于河道中間的7﹟、8﹟樁位,由于圍堰填土厚度至少7米,要保證回填土上邊緣外側距護筒外緣的距離不小于5米,以確保成孔時泥漿不會外泄。
5.2泥漿制備采用泥漿攪拌機調制,將膨潤土加水浸透,按比例加入纖維素、燒堿等材料,然后以拌和機加水拌制,禁止直接將膨潤土投入到孔中利用鉆機造漿,泥漿的各項指標應滿足要求。
5.3初始鉆進時,應控制鉆孔進度,尤其在穿越粉砂層時,要輕壓慢鉆,始終保持護筒內水頭高度。待穿過粉砂層后,方可轉入正常鉆進速度。鉆進中隨時檢查孔內泥漿的各項指標及鉆機工作情況,并隨時提取渣樣分析粉砂層是否穿越及地質變化情況,做好詳細記錄。
樁基工程于2010年元月7日復工,于2010年2月初按原計劃工期完成樁基施工,為橋梁的后續工程開展奠定了基礎。
6、樁基工程檢測
樁基施工完成后,檢測單位對所有樁進行超聲波無損檢測,所有樁樁身完整,滿足設計要求。同時,隨機選擇13-2樁進行混凝土鉆探取蕊與單軸抗壓試驗,結果表明,樁體混凝土質量與強度均達到設計標準,全部評為一類樁。
7、結束語
通過洛河大橋橋梁樁基的施工,使工程施工技術人員得到得到鍛煉,掌握了在特殊地質條件下的鉆孔灌注樁施工方法,為今后在類似地質條件下鉆孔灌注樁施工積累了經驗。
(本文來源:陜西省土木建筑學會 文徑網絡:文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
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