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广清高速公路扩宽工程新华高架桥溶洞桩基施工

1 工程概况

广清高速公路扩建工程全长57.56km。新华高架桥桥址位于广清高速公路花都~清远段,左右幅分离,左幅长4 631m,右幅长4 635m。左右幅均由45跨组成,跨径不一。老桥有五处上跨地方规划路、在建路,其中有一处上跨京广铁路。扩宽左右幅桥梁分三个合同段施工,分别为:A04合同段自0#台~106#台,此段左右幅各长1 808m。A10合同段自106#墩~169#墩,左幅长1 005m,右幅长1 006m,其中左幅139#墩~140#墩上跨京广铁路,右幅140#墩~141#墩上跨京广铁路。A05合同段自169#墩~177#台(终点),左幅长1 818m,右幅长1 823m。

新华高架桥老桥基础构造型式不一,桩基础占30%,预应力管桩加承台扩大基础占30%,钢筋混凝土扩大基础占40%。新桥拼宽左右幅各8.5m宽,跨度与老桥相对应,拼宽桥基础设计全部采用桩基础。

2 工程地质和水文情况

根据逐桩地质钻探揭露,新拼宽桥址区岩溶较发育,溶洞、溶隙大部分较小,溶蚀强烈,地质柱状图揭示溶洞洞高在1~5m为多数,也有不少洞高达10m以上,全线已勘探地质揭示遇洞率40%以上。A04合同段自0#台至106#墩左右幅共有432根桩基,已有钻探资料的桩位393根,其中196根地质柱状图揭示有溶洞见洞率为49.8%。在物探钻孔施工中,多次出现孔口冒水,坍塌掉钻,钻头钻杆自由下落现象。有的溶洞深度达10m以上,最大的达15m之多。洞壳最簿处仅5cm,有的已溶蚀,同桩位溶洞少的1层,多的达5层,有的相互串连形成串珠状,有的深度达40m,以上形成隐伏溶洞。上下层溶洞,洞壁溶蚀,竖向、横向裂隙发育,钻探施工时漏浆漏水。覆盖层厚度最薄处14.5m,最厚处达61.4m,多以砂层,细砂土层为多。洞内填充物呈松散状,流塑状,软塑状或空洞,充填物多为中细砂、粘性土、淤泥、砂砾不一。

地下水丰富,水位高,对覆盖层土层、砂层的渗透性较强,有利于地面塌陷的形成。孔隙潜水丰富,局部具有承压性。

A10合同段与A04合同段首尾相连,地质水文基本相同。A05合同段随原始地面高度变化,覆盖层土质构造多为粘性土及砂砾层,常见封闭土洞位置多在覆盖层20m深左右。

3 桩基成孔钻机选定

新华高架桥原老桥为分离式,左右幅中间有207国道贯通。老桥左右外侧红线内场地较狭窄,红线外多为工厂、商铺,局部地段还有国家级文物保护单位,桩基施工场地严重受限,且桩基施工过程必须保证老桥的通车运营。经过对使用广泛的常规冲击钻机和回旋钻机进行分析比选,均难以满足现有条件下的施工,施工风险较大。如采用冲击钻成孔,钻机安装、移动不便,泥浆排放即采用特制的活动泥浆池也会产生污染环境。施工噪音大,更为严重的是振动大,势必对运营老桥及周边工厂、商店、民用建筑和文物建筑、旧路带来一定的安全风险。如采用回旋钻机成孔,同样也受到场地狭窄的制约。回旋钻入岩后进度缓慢,遇多层溶洞且洞高较大的空洞时易掉钻、卡钻,钻头提升,拆除不便。对串珠状溶洞,回旋钻不易成孔,风险大,地陷、坍塌极易发生。

经对目前桩基成孔设备调查分析,认为旋挖钻机能较好地满足现场施工条件的要求,具有以下优点:

(1)旋挖钻机自带动力,移动灵活,可自行完成成孔、成桩配套构件的吊装工作。

(2)可贴墙施工。

“精忠冲日月,义气贯乾坤。面赤心尤赤,须长义更长。”提起大英雄关羽,大家一定非常熟悉。关羽是三国时期蜀国的“五虎大将”之一,帮助刘备四处征战,过五关斩六将,督师荆州。他的忠杰大义,在历史上流传千年不衰。

(3)振动小,噪音低,泥浆用量少,可确保旧桥及周边建筑物免受振动破坏。

从老年患者本身的生理条件来看,老年人体机体功能出现衰退,身体耐受力弱,且大部分的老年患者还合并多种慢性疾病,因此,许多学者认为老年急性肠梗阻患者适合采用保守治疗方式,以减轻患者的痛苦。但从保守治疗的实际应用情况来看,部分患者经保守治疗后无效,转为危重病情,甚至出了死亡[5]。

(4)旋挖钻机按功率大小有多种型号,可钻60m以上深度的桩孔。按桩径大小可配制专用的钢护筒,下至不同深度直至穿透覆盖层到达岩层面,确保桩基施工不出现坍塌、不影响老桥正常运营。

经性能比选,采用旋挖钻机施工。

图1 SR280LH型旋挖钻现场调试

图2 配备各类型钻进钻头

新华高架桥左右幅拼宽桥梁桩基共1 099根桩,直径均为110cm。由于地质复杂溶岩发育,为确保覆盖层钻进不出现坍塌、漏浆、地陷病害事故,要求每台钻机必须配制内径110cm、壁厚4cm的专用钢护筒,长度不小于28m,标准节3m一节,上下端为调节节,可为1m、2m。钢护筒可多次回收使用,待成孔后浇筑砼过程中随砼浇深逐节拔起回收再使用。为防止埋筒过深时钻机拔吊力不足,配设400t专用拔管机。

她一上车就说,好幸运,暴雨天打到了车。但这话刚说完,她就发现一个问题,都这么晚了,她家住得有点偏,还下这么大雨——她越想越害怕。这时候,司机问她,“这么晚了,你是刚下班吗?”

图3 专用钢护筒与液压拔管机

图4 溶洞回填处理专用钻头

4 溶洞桩基施工方案

由于扩宽桥址地处溶洞密集地段,溶洞形状不一,深浅、大小不一,随机性大,无规律可循;加之覆盖层地质构造复杂,按一桩一方案编制施工方案,选择安全可靠的工艺工法,确保施工过程安全可靠。

对单层有填充或半填充的溶洞,洞深在5m以下的多层溶洞,洞壳岩面有斜度的岩层,多采用抛填挤密护壁法。对有串珠状溶洞,洞岩裂隙较发育,漏水、漏浆严重者,多采用单孔、双孔或三孔预注浆法填充溶洞,封堵裂隙。对溶洞埋深超过40m以上的隐形溶洞,视覆盖层土质构造情况,按摩擦桩调整设计,如不满足要求也可考虑按双桩加承台调整设计。如岩面过低钢护筒埋置超深不易拔出,易出现护筒下部孔壁坍塌,埋钻头,折断钻杆,埋笼,孔底不易清净及高空大的溶洞,采用预注浆或灌注低标号砼填充封堵。

为确保施工安全,在开钻前现场预备10~15cm小块石100m3、黄泥100m3、袋装水泥10t、水玻璃速凝剂50kg。如出现孔内大量漏浆,地面开裂下陷等突发状况可及时进行回填。

5 溶洞桩基处理技术

5.1 准备工作

包括测量放样,钻机就位,泥浆制备等常规工作。新华高架桥扩宽两侧场地狭窄,原旧桥基础桩多为扩大基础,桥下不能作为泥浆池场地,采用20m3活动泥浆箱替代泥浆池,钻渣随挖随运出,特制专用钢护筒随挖深跟进下放。

5.2 钻进成孔技术处理

(1)对覆盖层土质有中、细砂层的,淤泥质软塑或流塑状土层的,采取特制的钢护筒下放至岩面的护壁措施。利用旋挖钻机自带动力卷扬设备安放护筒。为保证首节钢护筒下放位置准确,钻机先引孔钻进深2m、直径1.27m孔。副卷扬机将首节钢护筒吊至孔位里,再用驱动器对准钢护筒,插好连接钢栓拧紧,与桩的十字线中心对位校正,采用预设的控制点进行首节钢护筒的垂直度及桩的中心点校核,然后用水准仪测量护筒顶高,作为控制孔深的基准。首节钢护筒下沉至其上沿距原地面40cm时停止下放,进行第二节钢护筒安装。安装第二节段时,应将特制的夹持器夹紧第一节护筒上端,防止护筒因自重下沉入孔内。特制的钢护筒上下端节为调节钢护筒,节长为1m或2m,中间节段为标准节,节长3m,每台钻机配置40m特制钢护筒。

1.3.2 婚嫁建房的传统心态。在大陆多数地区有为儿子准备婚房的习俗。当下农村社会,核心家庭逐渐取代主干家庭,“一户一宅”的家庭结构成为主流,而新房在农村婚嫁中成为必需品。调研中发现,正在加紧建造宅基地的农户家中多为适龄男青年。费孝通先生研究发现,农村崇尚节约的思想并不作用于婚丧礼仪中。简言之,住宅奢华装修和农户清苦生活这一矛盾的构成,在于农村重祭、重礼的思想。婚房作为婚嫁礼仪最重要的物质载体,让农户甘愿大力投入。

笔者在调研各高校图书馆网 页过程中发现,部分高校在图书馆主页设置的与新生相关的栏目称为新生专栏、新读者专栏等等,发现情况如下:有的新生教育栏目实质内容很少,仅为传统新生教育活动的PPT课件;有的仅为各种规章制度的罗列,其实在图书馆主页当中都有,为重复内容;有的新生专栏还没有放在图书馆主页显著位置,在某栏目下级目录下,十分不方便查找;有的新生专栏打开为陈旧内容,并没有实时更新,没有人员定时维护等等。建议将新生专栏重新规划一下,每个模块简单生动且方便读者查找。

(2)采用引孔法下放钢护筒:护筒连接固定后,钻机驱动器持力同时解除夹持器,进行左右旋转加压下沉至距地面不小于2m时停止。如覆盖层松散、软弱,护筒下沉轻便,可按上述方法继续安装后续各节护筒。如下沉不顺说明覆盖层地质紧密护筒壁摩阻力大,此时可解除连接驱动器,换钻头,钻挖护筒内土层,按每斗进尺0.5m控制。钻挖至已下钢护筒下沿,卸下钻头,再安装护筒,旋转下压依次循环,按地质、柱状图岩面标高控制最后一节护筒长度。

每节钢护筒的连接,接口处有4个定位卡槽,以便定位插入。接口处用螺栓销连接拧紧,应对称均匀,折卸时避免划伤丝口。

旋挖钻机驱动护筒下放和钻头钻进应交替进行,每次确保护筒露出地面长度不超过2m。钻头钻进掏土深度不低于护筒底端,确保钢护筒对覆盖地层的全护壁作用。当钻斗挖满土提钻时先反向转动再缓缓提钻,避免钻头快速提起形成钻头下部出现真空,造成孔下部及刃脚处坍塌或因孔内外正负水压差形成水通道。钻孔时起落钻头的速度应均匀,不得急剧变速。同时,经常检查钻机位置,保持准确和稳定。

钻进过程中,操作人员应随时观察钻杆是否垂直,并通过深度计数器控制钻孔深度。当旋挖斗顺时针旋挖钻进时,底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入钻筒体内,装满一斗后,钻头逆时针旋转,底板由定位块定位并封死底部的封口之后,提升钻头到地面卸土。起始采用低速钻进,主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆和钻具重量之和的20%,以保证孔位不产生偏斜。如地质覆盖层土体紧密,含水量不大,可适当加快钻进速度,此时应对孔内泥浆保持一定高度及各项指标的满足,并及时提取渣样,与地质图对照判明地层变化情况,当钻孔地质与设计地质图不相符时,应及时进行调整。

按照前述发射场特种机械设备研发流程特点,在任务需求下达后,按如下顺序开展了相关工作:① 可行性分析;② 工艺参数确定;③ 厂房大门根据功能进行模块划分.在产品变型设计的范畴对厂房大门进行模块划分.主要是根据功能进行分解划分,结果如图7所示.

(3)钢护筒刃脚处理:物探地质资料揭示,新华高架桥扩宽桥梁桥址90%以上岩层有裂隙溶漕,溶沟,容易出现钢护筒刃脚处孔内外串通造成漏水、漏浆,必须进行钢护筒刃脚处理。当护筒下至岩面以上1.5m处时停止下放(待钢护筒刃脚处处理完成后,再将护筒下至岩面),将夹持器夹牢护筒,避免护筒因自重下沉。根据地质图,按岩溶构造情况,采用回填挤密护壁方法进行处理:

①孔外覆盖层土质较紧密时,按水泥6包→黄泥1 m3→碎石1 m3的先后顺序回填。在回填黄泥时,用塑料袋分5袋将1kg水玻璃均分随黄泥抛入孔内,后回填碎石。抛完后,随即安装螺旋钻头入孔进行搅拌,上下提降钻头约6~8次,后更换地雷式扩挤钻头,下压至岩面缓缓提出钻头,待1~2h后,旋挖钻机钻进至岩面,继续将护筒下至岩面。如仍出现漏浆、漏水,仍按上述回填方法处理,直至护壁密实。

过腔在许多研究昆曲音乐的专著中都有不同的叫法,也有学者称之为“拖腔”[2]99。其实,过腔不等于拖腔,两者有区别。

②刃脚处岩面斜度不大或较平整时,孔外土质密实,岩面无裂隙、溶槽、溶沟时可视情况不作处理。或只回填水泥6包,黄泥

水玻璃1kg,按上述方法搅拌扩挤堵缝护壁。

本款集总高通滤波器采用相对介电常数为8.2的陶瓷材料,损耗角正切为0.001,滤波器的尺寸为3.2mm×1.6mm×0.94mm,加工完成后,其外形如图7所示。

③刃脚处岩面溶蚀严重,有流槽,溶沟下有溶洞或串珠状溶洞漏浆,漏水,多采用①方法,可多次回填,如效果不理想也可浇筑低标号砼封堵。

④覆盖层在岩面处为砂层时,岩面有较大斜面,地下水位高,此时刃脚处理应将各种材料加倍。如效果不佳,须浇注低标号砼封堵,以防止孔外形成负压流砂通道。

(4)对有溶洞的基桩,采用旋挖钻机成孔,钢护筒跟进护壁至岩面。对桩位中各类型溶洞的技术处理:

油箱中的润滑油经泵升压到1.0 MPa,经油冷却器冷却后,由油温控制器控制油温。经过滤器后分为三路,第一路经自力式控制阀将润滑油压力控制在0.25 MPa后,再分为两股,一股去裂解气压缩机及压缩机透平的各润滑油注入点去润滑、冷却轴承及轴瓦,另一股去润滑油高位油箱;第二路作为调速油进入裂解气压缩机透平的调速系统,然后直接回到润滑油回油总管;第三路去润滑油蓄压器。最后,65~85 ℃润滑油从各支路汇总到润滑油总管,在重力作用下流回油箱。

①溶洞高度5m以下,不论有几层,洞内为全填充。填充物不论为何种物质,均采用抛填挤密护壁技术施工,效果明显,进度较快。

②溶洞高度超过5m以上,洞内无填充、半填充或地勘显示有多层串珠状溶洞时,各方在制定施工方案时对地质特复杂的桩位,采用物探补测、雷达扫描,获取现场准确地质状况,正确选择溶洞的处理技术。针对性地选择洞内注浆预处理,或洞周帷幕压浆形成护壁,并封堵裂隙,待固化后再钻进,也可视情况钻穿洞壳浇筑低标号早强砼等技术处理方法。不论采用何种方法,均以处理后获得可靠坚实的护壁,钻进过程不坍塌、不漏浆,砼浇筑过程洞壁牢固不扩孔为目的。

③对隐形溶洞埋置深度在40m以上者,按摩擦桩设计。由于摩擦桩沉降变形较端承桩大,广清扩建新华扩宽高架桥对摩擦桩设计根据计算承载能力,按双桩或三桩加承台设计。

④对于桩位溶洞洞壳较厚岩性完整、硬度强度较高,经设计验算后满足嵌岩深度及持力层要求的不钻穿洞壳直接成桩,不满足要求的可钻穿洞壳或进行加固,提高承载能力。

6 结语

广清高速公路扩宽工程新华高架桥桥址区为岩溶发育区,桩位见洞率平均达40%以上。老桥左右外侧红线内场地较狭窄,红线外多为工厂、商铺,局部地段还有国家级文物保护单位,桩基施工场地严重受限,且桩基施工过程必须保证老桥的通车运营。施工中采用了旋挖钻机成孔新工艺,并针对各类型溶洞及复杂地质构造情况,制定了合理可行的技术方案,突破了长期以来岩溶地质桥梁基桩施工只能采用冲击成孔、回旋钻成孔的常规方法,更新和完善了旋挖钻机的特制拔管机,专用钢护筒,护筒夹持器,各类型钻孔、扩孔、搅拌挤密钻头等配套设备。

按施工方案实施后,实现了桩基施工根根成孔、根根成桩,I类桩比例达90%以上,可为今后同类型工程施工提供借鉴和经验。

参考文献:

[1]胡鼎培,朱鸿.旋挖工艺在城市高架桩基施工中的应用[J]. 城市道桥与防洪, 2007(8):110-112.

[2]王家全,朱庆盛,刘垒雷,等.岩溶地质旋挖灌注桩成孔工艺及其基桩质量控制研究[J]. 施工技术, 2014(19):17-19.

[3]卫启阳,刘海平.岩溶地区桥梁基桩施工技术[J]. 桥梁建设, 2010(4):84-87.

[4]程斐.旋挖钻机钻头的选配与使用[J]. 中国煤炭地质, 2009(S1):71-73.

[5]黎中银,夏柏如,吴方晓. 旋挖钻机高效入岩机理及其工程应用[J]. 中国公路学报, 2009(3):121-126.

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