岩溶整治施工方案.docx
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岩溶整治施工方案
红水河双线特大桥桩基底部岩溶整治
施工方案
1.工程概况
湘桂铁路柳州至南宁段扩能改造工程，柳南Ⅱ标红水河双线特大桥，位来宾市南东向红水河边，近原湘桂铁路东侧20~400m，里程表为DIK603+435.558～DIK605+686.286，长2250.728m。
从北岸到南岸桥型布置为29×32m（预制后张法预应力砼结构简支整孔箱梁）+80ｍ+144m+80ｍ（预应力砼变截面悬浇连续梁）+30×32m（预制后张法预应力砼结构简支整孔箱梁）。
红水河共设64个桥墩台，高出地面6~35.5m。
其桥墩下采用钻孔桩基，唯独30#墩采用扩大性基础，钻孔桩径有1.25m、1.50m、2.20m三种类型，要求桩端嵌入新鲜基岩弱风化层<6-W2>不小于1.5m，桩端下持力层下需完整基岩8m。
目前北岸已建好26个墩台、南岸27个墩台，唯2#、5#、8#、9#、10#、51#墩，因墩下桩基基岩内溶洞发育，需进行专门处理。
具体处理要求如下：
①对于2#、5#、9#、10#墩处理要求：
桩底以下8m范围内空溶洞、有填充溶洞及强风化层<6-W3>地层进行压浆处理。
②对于8#桥墩处理要求：
基桩桩身穿过的所有溶洞及桩底8m范围内的空溶洞、有填充溶洞及强风化层<6-W3>地层进行压浆处理。
③对于51#桥墩处理要求：
桩底以下8m范围内空溶洞、有填充溶洞及强风化层<6-W3>地层进行压浆处理，另5号桩穿过强风化层<6-W3>层44.82～41.12m标高段进行压浆处理。
④其中强风化层<6-W3>地层进行压浆处理后要抽芯检查，处理后的地层检测承载力不得小于600kpa。
上述需处理墩柱桩基，有关参数如下表1：
表1
墩号
中心里程桩号
承台面积（m2）
设计桩基数（根）
桩径
（m）
单桩承载力（KN）
原勘探孔数（个）
2#
D1K603+507.203
8.3m×12.50m
11
1.25
4672
7
5#
D1K603+605.453
8.3m×12.50m
11
1.25
5156
9
8#
D1K603+703.703
8.9m×12.10m
12
1.50
4699
15
9#
D1K603+736.453
5.5m×10.40m
8
1.25
4883
7
10#
D1K603+769.203
6.3m×10.70m
8
1.25
5418
14
51#
D1K605+319.091
9.1m×11.30m
9
1.25
4977
14
2.工程地质条件及分析
红水河双线特大桥施工场地位属桂中覆盖型波状岩溶平原，附近地面高程82~95m。
红水河在附近为侵蚀堆积基座阶地，斯湾河谷为形，基岩漫滩发育，然后又形成侵蚀深槽。
反映了红水河是以地壳抬升和河水急速侵蚀下切综合作用下形成。
地质构造。
附近位来宾（城厢）南北走向向斜西侧和来宾——桂林大断裂面。
其中来宾——桂林大断裂，长350km，倾向N40°E，断距千余米，该断层影响地层从K~f（白垩系至寒武系），活动期为喜山——燕山期。
红水河进入桂中后，横穿切一系列南北向斜（合山向斜、来宾向斜、石龙向斜），形成沿北东及北西两组“X”状断裂发育。
反映了新构造运动在桂中的地应力特征。
（附图1）
附近的地层主要由第四系次生红粘土和下伏二叠系下统栖霞阶。
第四系次生红粘土，上为褐红色，下为网纹状（斑状）粘土，含风化碎屑、砾石（尤其近红水河边），呈硬塑至可塑，基岩面附近因饱水常为软塑，厚度不等，多为10~25m间。
此类土在广西岩溶平原区分布较普遍，多属红搬运堆积而成，尤其近河边。
其时代为更新统。
栖霞阶（P1q）：
在桂中其顶部为浅色硅质灰岩，厚120多米；上部为灰黑色硅质灰岩、硅质岩层二层，及灰色硅质灰岩，厚260多米；下为灰色厚层灰岩厚230多米。
场地揭露出的岩性相当于该阶的上部。
岩溶发育情况。
经红水河北岸施工场地铁路工程地质勘察的资料反映，施工场地内的岩溶是比较发育的。
第一，桥墩基础下遇洞率较高，如北岸施工场地内29个桥墩下，只有4个桥墩下未揭露出溶洞，占整个桥墩数的14%，而86%的桥墩下发育有大小不一、埋深不一、充填率不一的溶洞。
第二，施工场地内岩溶发育程度不同。
形成了越远离红水河越发育的趋势。
如近红水河边的21#~28#墩下，钻孔揭露深度达45m内，只在顶部硅质层与灰岩接触处发育有一层1～3m，多为1.0m充填溶洞；往北在11#~16#墩下，溶洞多集中发育在埋深25m内，洞高多小于3m，有二层，多充填；再往北从0#~8#墩下，是整个场地内岩溶最发育地段。
一者最深溶洞埋深达70多米，另外穿过硅质层进入灰岩中即有溶洞，在70m深度内形成串珠状发育趋势，平面上发育宽度达262m。
第三，空洞出现深度不一。
在灰岩中发育的溶洞，集中发育在埋深20～60m间，并形成空洞与充填洞交互出现。
2#墩下空洞集中在埋深20~30m和埋深60~65m二段；5#墩下空洞集中在埋深25.50m间；8#墩下空洞集中在埋深30~40m间。
其它深度内的溶洞多为软塑粘土充填，而8#墩下的溶洞内同时出现了流塑与硬塑充填的溶洞。
第四，岩溶率最高的点在2#墩下，各个墩下选择发育最多溶洞的钻孔对比，2#墩下岩溶率达60%，5#墩下为37%，8#墩下为38%。
总之，如此高的岩溶发育率确很少见。
区域性岩溶发育情况反映来宾——凤凰片，埋深20~60m的溶洞，占整个浅层发育岩溶的61%，与本场地情况基本相符。
经上述对比分析，我们认为红水河双线特大桥施工场地内岩溶发育规律是：
一、仍属浅层岩溶，是地表水与地下水综合作用形成充填溶洞为主；二、多沿岩层层面发育形成具成层特征；三、上述溶洞水力基本互相连通，空洞是目前地下水活动迳流带。
3.处理方案选择确定
3.1处理方案选择原则
通过处理使桩下基岩内的溶洞充填物给予置换，并使置换体的强度能达到600KPa以上，而且置换体能充满洞体内；同时将强风化基岩体给予固结以提高其承载力。
3.2方案介绍及确定
要达到上述加固目的，即既能充填固结大的洞穴体，同时又固结碎裂岩体，目前施工处理方法中，常用高压旋喷水泥注浆、静压注浆及回填注浆、纯化学注浆等技术方法。
结合红水双线特大桥施工场地岩溶发育特征，我们确定不同施工阶段采用不同的施工技术方法。
同时，在认真研究及总结第一次注浆经验上，确定以静压注浆加化学注浆为主的施工方案。
（为什么不采用高压旋喷注浆加化注浆组合方案主要考虑到清孔时出现：
根本清洗不掉淤泥，也不返至地表。
清洗走一部份淤泥，又因反压作用而返涌入了其它地方的淤泥回洞内，甚至引起一定范围内的地面塌陷。
高压旋喷桩一般强度在0.3～6Mpa,如采用旋喷注浆强度一但达不到0.6Mpa浆无法再次进行清孔注浆处理。
）
4.施工程序
为了明确施工方案的全过程，将施工程序简化为：
布置和造注浆孔→清洗洞内充填物→静压注浆→压水试验→注纯化学浆注浆→墩下注浆孔质量抽检。
5施工技术方法
5.1布孔及造孔
用全站仪器将需处理桥墩的平面位置，测放在场地，同时将每根桩基平面位置圈定出来，在此基础上再布置注浆孔。
然后再正式移钻造孔。
注浆孔应布在桩圈内侧，三个孔成等边三角形分布，桩基径为1.50m孔距1.20m，桩基径为1.25m孔距1.00m。
钻孔深度确定，遵照桩底下8m厚完整基岩深度，再根据实际确定孔深。
2#墩下众多孔揭露出桩下8m深正处于悬空，故孔深需加深至高程25.89m处；5#墩最长桩底基岩高程40.926m，设计要求处理高程为31.09m；8#墩最长桩底基岩高程49.769m，设计要求处理高程34.53m；9#墩最长桩底基岩高程58.384m，设计要求处理高程48.91m；10#墩最长桩底基岩高程47.499m，设计要求处理高程36.64m；51#墩最长桩底基岩高程39.339m，设计要求处理高程30.73m。
开口孔径150mm，穿过覆盖层后改换130mm，钻穿硅质层，再用110mm钻至底，基岩内皆用金刚石钻进，要求钻孔垂直。
对取出的岩土芯要及时编录，并拍照。
5.2清洗洞内充填物
由于未采取全封闭后再洗孔，因而冲洗洞内充填物成了整个影响施工质量成败的关键。
我们预测在清洗淤泥中会出现以下几种情况：
一是能理想地将洞内充填物清洗干净，返出地表；二是清洗不干净，留有部分淤泥；三是根本清洗不掉，也不返至地表。
清洗走一部份淤泥，又因反压作用而返涌入了其它地方的淤泥回洞内，甚至引起一定范围内的地面塌陷。
为此，我们采取利用高压旋喷25MPa水压力冲洗，冲洗从溶洞底部开始，直至冲洗至溶洞顶部，提升速度25～30cm/min，空洞段重复切割2次以上，使之能将硬塑粘土从洞中切割下来，切割段为洞顶上延0.5米，洞底下延0.5米。
必要时用定喷形成帷幕墙将溶洞外淤泥围隔起来，而后再在洞内清洗或先将淤泥稍固化再高压冲洗。
清洗时采用一个孔施工，另二个孔观测和备用，然后再轮换洗孔作业或三个孔同时先定喷后再轮换清洗。
清洗溶洞淤泥时，一定要注意观察周边地面环境的变化。
理想情况下，能返出清水或钻具上不沾淤泥，则可视为清洗成功。
5.3静压注浆
或采用油阀管反复注浆法
浆材主要由42.5#普硅水泥组成。
水灰比为1:
1或0.8:
1（质量比）。
输浆压力可由小至大，即从0.6~1.0MPa。
采用双液注浆法
即由水泥浆液加一定量的速凝剂，采用双液管孔底会合的技术方法，输浆外管制作成花管，花管长包含整个需处理的溶洞段长。
其浆材配比：
水泥:
水为1:
1或1:
0.8；水泥浆：
速凝剂（水玻璃）为1:
0.15（体积比）。
输浆压力一般为0.6~1.0MPa，个别地段为>1.0MPa，在基岩风化带可用1.0~2.0MPa。
水玻璃模数为2.8~3.2，°Be′=30~45。
无论用何种方法，总的要求是注满溶洞，其浆液从观测孔中返出为止，为了达到这个目的，要求反复自上而下或自下而上多次灌注。
桩上三个注浆孔轮换注浆及观察。
注浆孔切需按规定要求做好记录。
5.4注压水试验
每个桩上三个注浆孔注完浆后二天，即可做初次注压水试验，目的是检验所注浆填存情况，而后再决定需否补灌。
5.5高分子纯化学浆注浆
考虑到水泥固结体本身的收缩性，为加大水泥固结体与洞体基岩间的粘结力，进一步对水泥固结增大强度，同时对基岩中更微细的裂隙（<0.2mm~0.1mm）进行固结。
根据化学浆材的可灌性、稳定性、安全性、价格等方面的因素，我们选择改性环氧树脂浆材。
这种浆材最终粘度79.5~169MPa，固化抗压强度85~90MPa，与基岩粘结抗拉强度（湿）5.35MPa。
做到耐水、耐酸、耐碱、耐盐渍化、耐老化程度，正适合于桥墩桩基下水中应用。
目前，长江三峡大坝下防渗灌浆就用此浆材。
纯化学注浆采用HGB-1
（2）型化灌泵，工作压力0~24MPa，流量0~11.40/min，电动功率0~4KW。
施工工序：
在原钻好的孔内，下入专用管材，进行管内外阻塞，先压水和管内赶水，开始注化学浆，闭浆后清洗管路。
纯化学浆重点固结地段是洞壁，洞顶与水泥固结间的缝隙，或水泥固化体本身不连续、不完整段及基岩破碎体段。
具体要求详见《化灌法》中国水利水电出版社2006年1月出版。
5.6施工注意事项
⑴注浆过程中出现下列情况之一，应采用间歇反复注浆：
①注浆孔揭露较大的空溶洞，自流注浆2m3后，孔底没有明显抬升。
②浆液漏失严重，一次性连续注浆2m3后，注浆速率求减或压力不升高。
③注浆压力突然降低（含突然为零）或速率突然升高。
④当流量较大时，液面可以上升至孔口，但停止注浆液面又迅速下降且下降速率较大，反复注浆几次浆面没有抬升。
⑤注浆环境发现异常情况。
⑵采用间歇循环注浆方式时注浆材料宜采用水玻璃-水泥双浆液（水玻璃掺入量宜为水泥浆质量的8%~10%），间歇循环注浆时间应不小于6h，使先注入的浆液初步达到胶结后再注浆。
⑶多层溶洞应从下层向上层进行注浆，注浆压力宜较注浆孔底水压大0.1~0.2MPa，在注浆过程中可根据具体情况适当调整。
注浆速度宜为8~10L/min，渗透最小半径应大于桩半径1m。
⑷注浆速度和结束时间可通过注浆泵上的PQ仪分析确定，压入量Q应根据渗透半径、固结体积来计算。
注浆施工应按注浆量和注浆压力进行双控。
⑸注浆完成后应在加固范围外布置一定的钻孔进行浆液扩散情况跨孔CT测试。
⑹注浆完成后，应待注浆体达到设计强度的80%后方可进行钻孔。
6墩下注浆孔质量检查
为确保施工质量，在施工中需采取一定的技术措施。
首先要抓住施工过程中的关键部位即冲洗溶洞中的充填物，只有清洗掉这些泥土，才能使水泥固结体强度提高和得到保证。
对这方面我们做了几种预料的针对措施，并用高分子纯化学弥补以上注浆工艺中的不足。
对所有工艺完成后，按施工注浆孔数的2%进行抽检，抽检内容有取芯做力学强度试验，现场做声波测试等。
施工中应对每一工序都要及时检查有关技术参数、浆材的质量、数量等，做到施工中施工后都需有质量把关。
7.施工时间
每个桥墩需20天。
2010年11月25日起至2011年1月25结束，历时62天。
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