湖沿特大桥岩溶区桩基施工专项施工方案.docx
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1、湖沿特大桥岩溶桩基处理专项方案1、编制依据、原则及范围1.1编制依据1.1.1国家现行颁布的标准,铁道部现行颁布的施工规范、工程质量检验评定标准、试验规程、安全规程、施工指南以及水保、环保行业标准等,地方法规及相关要求。1.1.2中铁第四勘察设计院设计的“DK305+462.560DK306+848.930 湖沿特大桥施工图”及“杭长客专施图桥参01”。1.1.3沪昆铁路客运专线杭州至长沙(江西)段指导性施工组织设计。1.1.4中铁第四勘察设计院下发的“上海至昆明客运专线杭州至长沙段技术交底”。1.1.5 我分部对该桥址现场的勘察,调查和了解。1.1.6 我分部根据投入的施工管理、专业技术人员
2、、机械设备等资源情况。1.2编制原则1.2.1认真贯彻党和国家对工程建设的各项方针和政策,严格执行建设程序。1.2.2在充分调查研究的基础上,遵循桥梁施工工艺规律、技术规律和安全生产规律,合理安排施工程序及施工顺序。1.2.3全面规划、统筹安排、保证重点、优先安排控制工期的关键工序,确保合同工期。1.2.4科学的确定施工方案。积极采用新技术、新工艺、新设备和新材料,努力提高产品质量水平。1.2.5充分利用我分部现有的施工机械,扩大机械化施工范围,提高机械化程度,改善劳动条件,提高劳动效率。1.2.6合理布置施工平面图,尽量减少临时工程,减少施工用地,降低工程成本。1.2.7采用流水施工方法、网
3、络计划技术安排施工进度计划,科学安排冬、雨季项目施工,保证施工连续、均衡、有节奏地进行。1.3编制范围铁四院关于沪昆客专江西段站前工程HKJX-1标段DK305+462.560DK306+848.930湖沿特大桥设计施工图纸及杭长客专施图桥参-01参考图。2、工程概况2.1桥址概况湖沿特大桥位于上饶市玉山县六都乡境内,桥梁起止里程为DK305+462.560DK306+848.930,全长1386.370m,中心里程为DK306+155.745。桥式布置为25-32m简支箱梁+(32+48+32)m连续梁+2-24m+6-32m简支箱梁+632m道岔连续梁。2.2气候特征本管段属中亚热带季风湿
4、润气候。具有四季分明、雨量充沛、日照充足、无霜期较长的特点。年平均气温为16.718.3,年最冷(1月)平均气温为4.65.9,极端最低气温为-14.3(余干县1991年12月29日);年最热月(7月)平均气温为28.030.0,极端最高气温为43.3(玉山县1953年8月10日)。全市无霜期为251274天。年日照时数为17802100小时之间,占可照时数的4047%。年平均降水量为16001850毫米,属降水较多地区。2.3立交情况本桥于DK306+339.280 处与既有沪昆铁路交叉,斜交角度为122度。既有沪昆铁路基面宽为20.32m,路面标高98.320。本桥以32+48+32m梁跨
5、越该铁路,立交净高7.96m。2.4地质资料2.4.1地形地貌桥址区主要为河流阶地,地势平坦、开阔,多辟为农田、居民区等,两侧桥台处为低丘区,丘坡自然山坡510,植被发育。阶地地势平坦,视野开阔,多辟为水田,零星分布有水塘。桥址于DK306+310360处跨越既有浙赣铁路。2.4.2地层岩性及地质构造桥址区表层为第四系全新统冲洪积层(Q4a1+p1)粉质黏土、粉砂、中砂、粗砂、细圆砾土,下伏基岩为奥陶系(O3s)灰岩及局部揭露雪峰期燕山期(y)侵入岩闪长岩。桥址区的岩土层按其成因分类自上而下详细叙述如下:2.4.2.1第四系全新统冲洪积层(Q4a1+p1):(2)1-3粉质黏土,褐黄-黄褐-灰
6、褐,可塑,局部含少量砾石,层厚0.610.1m,主要分布于DK303+940DK306+500范围内;层面标高82.2592.83m。(2)1-4粉质黏土,褐黄-灰褐,硬塑,局部含砂及砾石,层厚0.312.25m,广泛分布于桥址区;层面标高89.04104.78m。(2)3-1粉砂,灰黄-褐黄,松散,饱和,含砾石,厚0.46.0m,主要分布于DK305+830DK306+530范围内;层面标高89.694.3m。(2)5-1中砂,灰黄-褐黄,松散,饱和,厚0.710.0m,主要分布于DK305+830DK306+530范围内;层面标高90.6493.87m。(2)6-1粗砂,浅灰-灰褐,松散,
7、饱和,厚1.54.0m,主要分布于DK305+830DK306+530范围内;层面标高90.5493.02m。(2)7-1细圆砾土,浅灰-灰褐,松散,饱和,厚0.54.6m,主要分布于DK305+830DK306+530范围内;层面标高89.5193.18m。2.4.2.2奥陶系(03s):(14)11-3灰岩,灰黑-灰白色-肉红色,弱风化,隐晶质结构,块状构造,裂隙发育,方解石充填,岩溶强发育,共施钻344孔,钻孔揭示有308孔见溶洞,见洞率89.5%,溶洞厚度为0.320.3m,总岩溶发育率为38.18%,岩芯多呈短柱、柱状;层面标高53.1797.23m。2.4.2.3雪峰期燕山期(y)
8、(40)26-2闪长岩,灰绿、墨绿,强风化,细粒结构,块状构造,风化裂隙发育,裂隙面见铁锰氧化物,岩芯呈块状、柱状,厚度6.211.1m,仅分布于DK306+400DK306+447范围内;层面标高82.2485.17m。(40)26-3闪长岩,灰绿、墨绿,弱风化,细粒结构,块状构造,风化裂隙发育,裂隙面见铁锰氧化物,岩芯呈块状、柱状,仅分布于DK306+400DK306+447范围内;层面标高71.1478.97m。2.4.3不良地质与特殊岩土该桥位于灰岩区,岩溶为桥的主要不良地质现象桥址区无特殊岩土分布。2.4.4水文地质特征及评价桥址区大溪、小沟纵横交错,水塘星罗棋布,地表水发育。场地地
9、下水类型主要为松散岩类孔隙水及碳酸盐岩类裂隙溶洞水,叙述如下:2.4.4.1松散岩类孔隙水第四系全新统冲洪积松散岩类孔隙水主要赋存第四系全新统冲洪积粉质黏土、粉砂、中砂、粗砂、细圆砾土为主要含水层,厚度2.518.8m,顶板埋深为013.0m,主要接受地下径流及大气降水、地表水入渗补给,水量较丰富。以蒸发或垂直渗入基岩裂隙中形式进行排泄;地下水位随季节变化明显,勘查时期地下水埋深约0.010.0m,对应标高为87.00104.48m。2.4.4.2碳酸盐岩类裂隙溶洞水奥陶系(O3s)灰岩岩溶水:分布于整个桥址区,上覆第四系全新统冲洪积粉质黏土、粉砂、中砂、粗砂、细圆砾土,粉砂、中砂、粗砂、细圆
10、砾土,厚度从2.518.8m不等。奥陶系(O3s)岩性为灰色中厚层灰岩,溶洞发育于岩层中上部,溶洞直径0.114.1米,部分为空洞,部分为硬塑软塑黏性土、砂夹碎石全充填或半充填,少量充填物为溶蚀明显的蜂窝状灰岩碎块。场地内岩溶发育面标高远低于地下水位,使基岩溶蚀带汇聚存贮大量地下水。岩层的富水程度与溶洞发育规律相吻合,其主要补给来源为大气降水、上部孔隙水及基岩裂隙水补给,岩溶水的径流、排泄比较复杂。2.4.4.3环境水对混凝土的侵蚀性判定按照铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定(铁建设(2005)157号)判定结果为地表水都有酸性侵蚀及二氧化碳侵蚀,化学环境作用等级为H1级;地下水有酸性及二氧化碳
11、侵蚀,化学环境作用等级为H2级。2.4.5地震动参数地震烈度:6度根据中国地震动参数区划图(GP18306-2001)(50年10%概率),本区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应鐠特征周期为0.35S,场地类别:类。3、岩溶区桩基施工方案3.1 溶洞处理目的溶洞预处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度,防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生,保障成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。溶洞预处理施工,在钻孔桩施工之前进行,相当于在桩基础施工过程中,于钻孔桩施工工序之前加入一道预处理工序,与桩基施工的各工序一起形成流水作业。3.2溶洞桩基地质灾害分析
12、3.2.1岩溶区桩基施工的主要病因:一是覆盖层主要为易垮塌的流塑状淤泥和流砂;二是灰岩本身存在未充真的裂隙、溶洞。当桩基施工至溶洞、裂隙处时,孔内泥浆迅速渗漏,如补浆不及时,上部覆盖层由于护壁失稳而极易垮孔,严重者造成大规模地面沉陷。3.2.2由于溶洞及溶蚀发育,导致岩面起伏不平,有时甚至在桩径范围内亦出现有半边岩,冲桩过程中经常出现斜孔、卡锤、掉锤或冲锤开裂破坏等现象。3.2.3桩基一旦停止施工或者在清孔停止时,溶洞内已形成的稳定护壁往往由于负压释放,护壁失稳,导致灌注过程中出现沉渣过厚或者出现团块状夹石现象。桩基在首批水下混凝土灌注前溶洞内的充填物回流至孔内,导致桩底沉渣厚超标,桩中出现夹
13、泥现象。3.3准备工作3.3.1施工技术和物资准备在施工过程中,若钻孔灌注桩钻进时遇到溶洞、裂隙地带,就会出现孔内泥浆急剧下降,如不及时补充水头和抛填粘土、片石等回填物堵塞溶洞、裂隙带的漏浆空洞,抬高水头以增加孔壁侧压力,孔壁土层就不能承受地下水和周围土层的侧压力,就会造成护简底部地层坍塌和埋钻的现象,护简周围地面大面积整体下陷,地面也可能出现裂缝。一旦出现这种异常情况,若处理不及时或处理不当将会影响到工程质量和人员、设备的安全,造成经济上的重大损失,施工周期也将延长。在施工前,现场负责人必须根据逐桩钻探资料认真研究各墩台溶洞分布的平面位置、高程、范围、连通性和有无充填物等情况,大概计算出溶洞
14、的体积,并根据设计要求在现场备足水、粘土、片石、碎石、和水泥等必备材料,同时设置容量不小于2倍单孔容量的泥浆池和沉淀池,制备符合要求的优质泥浆,应急电源和施工机械也应作充分准备,确保意外情况出现时,能按照应急预案中的施工方案及时进行处理。3.3.2埋置好钢护筒为防止钢护筒在钻进成孔过程中水头突然下降、地层扰动后液化发生坍塌倾斜等事故,在埋置护筒时,将护筒0.51.0m周围内的原状土挖除,回填粘性土至护筒底以下0.5m处并夯实,然后通过定位的控制桩放样,把钻孔中心位置标于孔底,再把护筒放进坑内,然后移动护简、使护筒中心与钻孔中心位置重合。在护筒周围对称、均匀回填最佳含水量的粘土,分层夯实、达到最
15、佳密实度,同时也选用刚度好、接头严密、不漏水、抗挤压的钢护简。3.4溶洞施工控制要点桩基础施工均采用冲击钻成孔工艺。由于大量溶洞的存在,给桩基础施工带来很多困难,大至分为三种类型:溶洞较小,钻孔过程中有漏浆现象;溶洞较小,钻孔过程中孔底岩面倾斜,溶洞漏浆;溶洞较大,钻孔过程中漏浆严重,大面积塌孔。针对施工过程中出现的情况采取相应的处理措施。3.4.1对于溶蚀发育轻微比较小的溶洞对溶蚀发育轻微、空洞不大、施工时漏浆量小的桩基施工,可采取反复投入黄土和片石,片石和粘土比例控制为1:11:1.5,利用钻头冲击将黄土和片石挤入溶洞和岩溶裂隙中,还可掺入水泥、烧碱和锯末,增大孔壁的自稳能力;若溶洞内有充
16、填物且充填物呈松散或软塑状态时,钻孔时出现漏浆现象,反复回填片石和粘土时,可加入一定比例的袋装水泥,通过冲击将回填物挤入溶洞,水泥可起到固结护壁的作用;若充填物已固结呈硬塑状态时,则可以直接冲孔,但需加大泥浆浓度以加强护壁。3.4.2对于一些溶槽、溶沟、小裂隙等,冲孔时可采取投放片石、碎石夹粘土,甚至投入整袋水泥堵塞起到护壁作用,保证泥浆不流失,使钻孔顺利通过岩溶区。3.4.3对于空溶洞溶洞内无填充物或填充物较少,采用先填粘土和片石,锥形锤压入空溶洞,必要时采用压风机向孔内灌砂,用压风机将干砂压入,为防止洞内高压阻止灌砂,利用其它孔作为减压孔,然后再注浆固结。填充粘土和片石效果不佳时,利用冲击
17、钻穿溶洞顶板后,灌注低标号砼,使砼面高于溶洞顶面,砼灌注时采取间歇方式,待砼达到一定强度后再继续钻孔,穿过低标号砼,钻至溶洞稳定层成孔。3.4.4溶洞发育且对桩基承载力有影响的桩基施工,在桩基施工前进行石粉加水泥压浆堆填处理,使溶洞封闭,保证钻孔过程中不漏浆,根据地质情况在每一根桩的中心位置钻注浆孔,然后进行压浆处理,待浆液凝固到一定强度后即进行钻孔桩的施工,施工按常规钻孔桩施工方法。3.4.5溶洞附近成孔经过处理后的岩溶处,成孔方法基本上与普通冲击钻成孔方法相同,采取用冲击钻方式成孔。成孔时应注意以下几点。(1)冲击成孔必须待注浆凝固后或灌注的砼达到一定强度才能进行。 (2)为防止意外,冲孔
18、前应有备用措施,备好材料,一旦泥浆泄露,及时向孔内投放粘土、水泥和片石,依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构墙,保持孔内泥浆高度,使得冲钻顺利进行。3.5钻孔桩溶洞处理措施3.5.1 常规处理方法(1)桩机安装时,要尽量加大它的触地面积,在钻机底座滚筒下加铺二根长18m 的30cm 无缝钢管,防止坍孔时钻机下沉或倾斜,并在桩机后用缆绳拉住。(2)对地质资料中有溶洞的钻孔桩基础加大泥浆制备量,以应付随时出现的失浆现象,同时根据需要加大泥浆的稠度。(3)在钻机附近储备一定长度的钢护筒,以应付突发事件。(4)遇到较大溶洞时,先在孔口附近准备足够的块石、粘土、水泥,在洞顶击穿时,一旦发现漏浆,要迅
19、速填堵,防止坍塌,一般土洞、溶洞在洞顶击穿后,桩中的泥浆会下降的很快,此时要将准备好的块石、粘土、水泥按照比例抛入,直至孔中的泥浆停滞下降,并慢慢上升,此时可用冲锤进行适当的挤压,反复作业直至把桩基两侧的溶洞填满或堵死。最后补充泥浆重新成孔。较大的溶洞最好等12天后再重新冲孔成桩。(5)在成孔过程中,要特别注意快到土洞、溶洞的洞顶时,冲锤采用低锤密击的方法施工,以防止顶板过早被破坏,造成失浆,同时防止卡锤、掉锤等现象,在钻进中,密切观测。3.5.2钢护筒跟进法溶洞较大,洞内无充填物或流塑充填物,漏水很严重,采取片石加粘土反复打密,仍然无法形成泥石护壁的,可采取钢护筒跳进法施工。该方法就是一面冲
20、孔,一面接高护筒,并且将其震动下沉至已钻成的孔内,有以隔断溶洞内流塑充填物或水的活动。钢护筒跟进有两种施工方法。一是冲击钻成孔钢护筒跟进法。还有一种情况就是桩孔穿过多个溶洞,并且均已成功造壁,在下面冲孔时,上面已形成的泥石护壁坍塌漏水并且无法解决时,可以钢护筒跟进到这个溶洞位置堵漏,漏几个溶洞钢护筒跟到几个溶洞。冲击钻成孔钢护筒跟进法施工中应充分利用冲击钻的扩孔性能,使钢护筒能顺利下沉。钻头外径和钢护筒内径空隙控制在10cm,保证冲击店在护筒内顺利提升或下冲为度。在护筒跟进很困难时,可以先下在大护筒后下小护筒,然后割掉在大护筒下缘以上的内护筒,以保证桩砼与外护筒的连接。如果冲击钻在坚硬的岩石中
21、的扩孔系数较小,不能使钢护筒下沉时,可采用小药量电雷管焊破,保证钢护筒顺利下沉,可在井口上部估一个简易导向装置进行控制。在井口用20槽钢焊一个井字架,两槽钢间的距离大于钢护筒外径10mm左右。在距孔口23m的位置设一个导向用的环形钢筋,内径也是大于钢护筒外径10mm左右,锚固在砼护壁上,钢护筒沿这两个定向装置下滑。上下钢护筒拼接时,用2台经纬仪(或2人持垂球)在两个垂直方向看护筒边缘均在竖直线上,护筒是竖直的。拼好的钢护筒沿导向装置下滑。为保证钢护筒顺利下滑,要求桩孔要竖直,无歪斜、缩颈。钢护筒孔径要准确,连接要顺直,用卷板机成型。钢护筒要有一定的刚度,钢板厚为810mm为宜。3.5.3成孔时
22、注意事项(1)冲击成孔必须待注浆凝固后才能进行。(2)为防止意外,冲孔前必须备好材料,一旦泥浆泄漏,能及时向孔内投放粘土、水泥和片石,依靠冲挤在溶洞内形成片石夹粘土的围护结构,保护孔内泥浆高度,使冲钻顺利进行。(3)加大泥浆量和密度。(4)当岩面倾斜较大,钻头摆动撞击护筒或孔壁时,回填片石,使孔底形成一个平台后再转入正常冲孔。(5)接近岩溶地段时采取轻锤冲击,加大泥浆密度的方法成孔,防止卡钻和掉钻。3.6钻孔桩施工中常见事故及处理办法3.6.1塌孔(1)塌孔的表征是孔内水位突然下降,孔口冒细密的水泡,出碴量显著增加而不见进尺,钻机负荷显著增加等,原因如下:泥浆比重不够或泥浆其它性能不符合要求,
23、使孔壁未形成坚实泥皮,孔壁渗漏。孔内水头高度不足,支护孔壁压力不够。护筒埋置太浅,下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水泡软化或钻机搁置在护筒上由于振动使孔口坍塌、扩展或较大塌孔。在松软砂层中钻进,进尺太快护壁不好。提着钻头钻进,旋转速度过快,空转时间太长。清孔后泥浆比重、粘度等指标降低,反循环清孔,泥浆吸出后未及时补浆。起落钻头时碰撞孔壁。(2)预防及处理原则:保证钻孔时泥浆的各项质量指标满足规范要求。保证钻孔时有足够的水头高度,不同土层中选用不同的转速和进尺。起落钻头时对准钻孔中心插入。塌孔事故发生后,回填砂和粘土的混合物到塌孔处以上1-2m,待回填土层稳定后重新钻孔。3.6.2钻孔偏斜或缩
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