浅析岩溶地段桥梁桩基施工技术

应用技术　Ｉ■　浅析岩溶地段桥梁桩基施工技术　郑壮炎　（汕头市达濠市政建设有限公司　广东汕头５１５０４１）　【摘要］本文结合某高速公路跨径３０ｍ高架桥的桩基施工实践，对其工程地质情况进行了分析，介绍了岩溶夹层地区桥梁桩基的施工过程，分析了施工过　程中常见的桩基事故产生的原因，并提出了根据不同类型桥梁基础的特点及地质条件，特别是岩溶地质桥梁基础施工过程故障处理的技术措旌。　［关键词】桥梁桩基础岩溶地质旌工技术　中图分类号：Ｕ４１５．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１０）２６—０３１８—０２　１工程简介　彭家围桥为跨沟谷高架桥，左右线桥孔布置均为１　２孔３０米，正交布置。　上部结构为３０米装配式后张法预应力混凝土连续Ｔ梁桥，全线分三联，分联跨　径布置为３×（４×３０）米，全桥总长３６７．００米，桩柱式桥墩，基础采用钻孔灌　注桩旆工。此桥上部结构普通，但基础旋工比较复杂，本桥位１２号台、１　１号　台墩岩溶发育，基岩浅部具较强的可溶性。施工稍有不当对质量将产生很大　的影响。　设计时对每个桩都进行了地质钻探，根据钻探结果：桥位区主要为第四系　坡、洪积成因（Ｑｐｐ１＋ｄ１）的亚粘土、含砾粘土、粉质粘土、粉砂岩残积　土、石灰岩残积土以及石灰岩等等，第四纪覆盖层中的孔隙水主要附存于桥　位区的含砾亚粘土中，主要接受大气降水补给，排泄以地下径流为主，水量一般　不大：基岩裂隙水主要附存于灰岩的风化裂隙和花岗斑岩的裂隙中，水量较小，　接受大气降水补给，通过地下于冲沟底部排出地表；桥位区岩溶水主要分布于　泥盆系灰岩中，岩溶较发育，附水量大。　２岩溶发青状况　从岩石分布情况来看，均有石灰岩分布，根据６３条桩的施工情况统计，冲　遇石灰岩的桩有３８条，占总桩数的６０．３１％，不仅分布广泛，遇有溶洞的钻孔占　３６．５７％，而且１个钻孔中有２～４个溶洞，为弄清岩溶附存的情况，灌注桩施工　期间。施工了２２余孔超前钻，也说明了本区岩溶特别发育。　３孔内故障的预防与治理　灰岩岩层的强烈起伏和岩溶发育，给灌注桩工程施工带来很多麻烦，不仅　会影响工程质量、进度，延长工期，还会加大材料消耗，增加成本。现将在冲　击成孔施工中遇到的事故，从事故的产生原因、预防和治理措施等方面加以　阐述　３．１扩径或塌孔　岩溶、裂隙产生漏浆后，孔内水位降低，进而孔内压力小于孔外压力，表　现为扩径或塌孔，难以形成设计桩位的圆孔，严重时导致钻孔机倾斜。　（１）产生原因　一般的钻孔桩施工也会出现塌孔等问题。但在岩溶地段这种现象尤为明　显。因为岩层表面的溶沟、槽与溶洞相互串通，又与地下水形成，钻孔中泥　浆比重较大，孔内水压与暗流水压造成漏浆，当钻头击穿无填充物或少量填充　物溶洞项板时，孔壁失去孔内压力，孔内水头急剧下降，外部地下水渗透水压过　高而产生由外向内的动压力，引起孔壁坍塌。　（２）措施　当出现孔内漏浆时，立即向孔内抛填片石、粘土及水泥的混合物１～３ｍ　，然后冲击到抛填前的高程。如果仍然漏浆，则反复抛填，冲击，直到孔内水位　稳定、不漏为止。　当漏浆太快，散填难以达到目的时，应采用集中抛填。将粘土，水泥成袋　回填，片石集中填入，要求短时、集中。具体地讲，有可分为两种情况：　①在溶洞空腔小，充填物多为不稳定土层时，应回填片石，以低冲程反复冲　砸，使孔底出现一个平台，再转入正常冲击：通过溶洞进入充填地段时，采用泥　浆护壁，使用高浓度泥浆保持洞内水头高度，适时向孔内投入泥块和袋装粘土　及少量片石，采用低冲程将填充物挤入洞内及裂隙以加固孔壁防止漏浆或塌　孔。　②对于洞体较大，填充物为流塑状态时，采用从孔口下钢护筒，护筒长度以　到达溶洞底部硬质层，不能再深入为止。孔口四周加固，以稳定护筒平面位　置：对于土质较差的孔口，在护筒外部浇筑３　０—５　Ｏ　Ｃ［ｌｆ厚的砼，孔内选用优　质粘土造浆，保持孔内水位高度，在快到溶洞底层时，投入片石、粘土，钻机低　冲程冲击，填塞护筒底部与岩层间的不规则间隙。同时观测孔内泥浆的沉降，　孔旁备料待填，必要时加入水泥（散或成袋）以加快固结填充，防止漏浆。有　的桩孔需反复数次，才能控制漏浆。　③洞体较大或多处连通的溶洞、溶沟，可采用灌注砼的施工方法。溶洞　周边的岩石较松散，多夹杂泥砂，且多处互相贯通，充入的填充物不能堵塞洞　体：可灌入水泥混凝土至溶洞区上部，待其凝结后具有一定强度时，再进行冲击　成孔。　３ｌ８　Ｉ科技博览　④对于桩位设计必须穿过多层高大溶洞时，则采取双层或多层护筒的施　工方法。由于双层护筒造价较高，一般不轻易采用，但是在地质情况特别复杂　时就必须采用。即首先熟悉地质勘探报告，当报告显示桩位下为多层高大溶　洞时，一般在桩孔附近再补钻１—２个地质孔，确认桩位下是溶沟还是溶洞，如果　是深的溶沟、溶槽，则不必采取双层护筒：如果是多层高大溶洞。就需要用双　层护筒。　４．２桩孔漏浆　（１）产生原因：因本区岩溶发育并受构造的影响，在桩孔延深过程中，多次　发生泥浆漏失，漏失强度大小不一，漏失大时，用３ＰＮ立式泵进行回灌都难以维　持孔内液面高度。在大雨天，由于地下水活动踊跃，水位上升和岩溶贯通，有　的施工桩孔还会出现涌水现象，将泥浆变稀，泥浆质量受到破坏，给桩孔继续施　工带来很大的困难。　（２）措施：在桩孔施工过程中，发现泥浆漏失，必须马上进行治理，不能延　误，否则后果不堪设想。在治理方法上，按先易后难的原贝ｑ进行：①立即回灌　浓泥浆，尽力维持孔内液柱高度：②向孔内投入粘土、干草，直到泥浆不漏失　为止，然后用锤头下冲时产生横向挤压力，将粘土和干草挤入裂隙，堵塞裂隙通　道，从而达到止水的目的。③如泥浆漏失强度很大，上述方法均不能解决问题　时，可以向孔内投入石头、干草和粘土的方法，直到泥浆液面上升到孔口且不　再漏失为止，然后用锤头进行冲击，以把投入的物质挤向溶洞或大裂隙。　４．３偏孔——施工中．将冲锤提起时　钢丝绳会处在设计桩孔中心，放下时，钢丝绳发生偏斜，证明桩孔不是垂直　状态。施工中称为偏孔。　（１）产生原因　由于地下溶岩的存在，在桩位处地质不均匀的现象经常出现，桩孔冲击到　一定深度，出现一边是岩石，一边是溶沟、溶槽等地质，因此冲锤偏向阻力小　的一侧，长此下去，就会形成偏孔。　（２）处理措施　由于地质钻探一般为单一钻孔，一般不能同时揭露这种半硬半软的地质现　象。需要操作工仔细观察钢丝绳的抖动情况来判断是否偏孔。一旦判断为　偏孔，则向孔内抛投片石（或者灌注高标号砼）。片石（或砼）的数量根据偏孔　的深度确定，然后采用小冲程冲击，直到前次到达的深度时钢丝绳保持正常垂　直状态为止。有时一次纠偏不能到位，需要２—３次才能成功。　４　４卡钻、掉钻　（１）卡钻、掉钻原因　①由于岩面倾斜，溶沟、溶槽挤钻，而钻头转向装置不灵活产生梅花孔而　卡钻。　②穿过溶洞顶部，冲击力太大，形成不规则孔洞，冲锤已经落入溶洞空间，　在上提时，钢丝绳断裂或钻头挤死，无法打捞而形成掉钻。　（２）处理措施　①在钻孔过程中要经常检查钻具、钢丝绳及钻头直径磨损程度。在钻　头上焊上角钢穿钢丝绳、引套等附属结构件处理卡钻效果较好。一旦发生　卡钻、掉钻，可以比较容易地利用钢丝绳或引套将钻头提出。　②若无法提出钻头，可视具体情况处理。如有一桩基，只差２０ｃｍ便可成　孔时，钻头掉入溶槽中，据地质勘探，下部已达到完整岩层，所以采用回填１ｍ厚　片石太冲击，并测其沉降量，直到达完整岩层且无沉降为止。　⑧冲孔前仔细研究地质报告，在接近溶沟、溶槽、溶洞前适当抛投一些　片石，采用小冲程研磨法施工，提高桩孔的圆度和直线度，尽量避免卡钻。　４．５断桩　（１）断桩原因　①地质性断桩　其一、在岩溶地段，由于溶洞相互连通，小股地下暗流纵横交错，灌注时，　砼数量并没有明显增加。但是暗流将水泥浆带走，使桩体出现较大范围的蜂窝　（只有碎石，没有砂浆），以至检测时判断为断桩：　其二、地下溶洞空间较大，使水下硷流失无法估量，如有一根桩基，设计　灌注为３０．１２Ⅲ　，但实际灌注为９０．５３ｍ　，此时砼上升不是按照理想状态垂直向　应用技术　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　哪Ｉ　磷酸除硫酸镍溶液中锌的工艺试验探讨　于得明朱艳峰　（吉林吉恩镍业股份有限公司１３２３１１）　【摘要］本文详尽介绍了生产工艺中用磷酸从硫酸镍溶液中除锌的原理及试验，并讨论了影响工艺的因素和工艺生产中最佳条件，该工艺操作简单，质量、　环境效果理想，更适合生产应用。　［关键词】硫酸镍溶液磷酸除锌　中图分类号：Ｔｑ一２３８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１０）２６—０３１９一Ｏｌ　在硫酸镍和其它镍溶液电解或电镀的生产过程中，经常碰到在镍溶液中锌　（１）在５００ｍｇ／Ｌ＞Ｚｎ　含量＞１５０ｍｇ／Ｌ时进行试验，通过控制Ｈ　ＰＯ　用量保　含量高的问题。大部分应用萃取法除锌，虽然效果好，但萃取后水相残存的有　持终点ＰＨ为６．Ｏ～６．５时，试验结果显示：当Ｈ３ＰＯ　用量与溶液中Ｚｎ　含量摩尔　机物对电解或电镀工序有不利的影响，虽然采取各种除油解决了问题，但是在　比达到１２．３时，除ｚｎ２　后溶液中Ｎｉｚ　：Ｚｎ　＞５３００，满足电镀工艺要求：　此操作过程增加了环保处理负担。　（２）在５０ｍｇ／Ｌ＜ｚｎ２　含量＜１５０ｍｇ／Ｌ时进行试验，通过控制Ｈ３ＰＯ　用量保持　本文根据工艺生产实践，介绍硫酸镍水溶液中磷酸除锌工艺，该工艺操作　终点ＰＨ为６．０～６５时，结果显示：Ｈ　ＰＯ　用量与溶液中Ｚｎ２　含量摩尔比为１２．３　简单，既排除有机物对电镀、电解过程的不利影响，又避免了工艺环境污染。　时，除Ｚｎａ　后溶液中Ｎｉ　：Ｚｎ　＞５３００，满足工艺要求。　ｌ工艺机理探讨　３．４终点ＰＨ对除锌效果的影响　ＺｎＳＯ．　ｉＣ０　＋Ｈ　ＰＯ．＝＝ＺｎＨＰＯ　Ｉ＋ＮｉＳＯ　＋ＣＯ，ｆ十Ｈ。０　（１）　在Ｚｎ２＋含量＜２００ｍｇ／１时，．我们在控制Ｈ　Ｐ０４）￣液中ｚｎ。含量摩尔比　ＮｉＣＯ　＋Ｈ　ＰＯ　：＝ＮｉＨＰＯ　１＋ＣＯ。ｆ＋Ｈ。０　【２）　为１２．３的前提下，做了终点ＰＨ对除Ｚｎ　效果影响的试验。结果显示：终点ＰＨ　ＣｏＣＯ３＋Ｈ３ＰＯ４一ＣｏＨＰＯ４　ｌ＋ＣＯ２　ｆ＋Ｈ２０　（３）　升高，除Ｚｎ２＋效果明显提高。以碱式硫酸盐状态沉淀的Ｎｉ　、ｃｏ　量与共沉　以上反应（１）、（２）、（３）说明Ｚｎ　２　、Ｎｉ　、Ｃｏ　与Ｈ　ＰＯ　作用，能生成酸　淀的Ｚｎ２　量在沉淀中相对增加。根据除ｚｎ　后Ｎｉ　：Ｚｎ　＞５３００的要求，并考　式磷酸盐沉淀。ＣｏＨＰＯ　的ＫｓＰ＝２×ｉ　０。《化学用表》：据《有色冶炼》介　虑尽量减少Ｎｉ　的沉淀损失，宣选择终点Ｐ｝｛．６．２左右。　绍。ＲＮｉ　：Ｏ．７００Ａ，ＲＣｏ２　：Ｏ．７３５Ａ，ＲＺｎ　＝Ｏ．７４５Ａ．因此，在同晶形性上Ｚｎ　亦能　４试验结果　能代替ＣｏＨＰ￣中的Ｃｏ２＋沉淀，另外，该资料亦介绍，在硫酸镍水溶液中利用碱　在硫酸镍溶液中加入Ｈ　ＰＯ　在终点控制Ｈ。ＰＯ　用量与溶液中Ｚｎ　含量摩尔　式硫酸盐的共沉淀，能把硫酸镍中的ｚｎ　由２ｇ／１降到０．３ｍｇ／１．　比为１２．３，温度９Ｏ℃～９５￣ＰＨ＝６．２，能效地分离沉淀除去硫酸镍溶液中的　根据上述原理进行了工艺试验　Ｚｎ　２　。　２工艺试验　５工业他生产的优缺点及结论　２．１试验仪器　优点：该工艺操作简单，污染少：硫酸镍溶液无有机物污染，有利于产品用　０．５Ⅱｌ３不锈钢槽，５ＫＷ电炉，原子吸收光谱　于电解和电镀。　２．２试验原料　缺点：在工业化生产中反应温度较高，对设备的材质要求高，同时消耗大量　（１）用浓硫酸溶解制得含Ｚｎ２＋硫酸镍溶液，供除ｚｎ。　试验．溶液成份：　的电／蒸汽。　Ｎｉ。　＋Ｃｏ　：７２ｇ／１，Ｚｎ２＋：１．５ｇ／１，ＰＨｉ５。　结语　（２）Ｈ　ＰＯ　：试剂Ｈ　Ｐ０　。　虽然该工艺在生产时需要一定的能耗，但是与萃取法比较，总成本有一定　（３）把分析纯试剂配置Ｎａ。ｃＯ，溶液及ＮｉＳ０　溶液混合沉淀过滤洗涤制得含　的降低，同时对环境污染有了很大改善：只是在设各要求上有所提高。根据以　ｚｎ２　低的ＮｉＣＯ。，作为除ｚｎ２　调ＰＨ使用的精制ＮｉＣＯ　。　上对比，该工艺更适合现代化生产工艺要求。　２．３试验步骤　参考文献　把含ｚｎｚ　硫酸镍溶液置于烧杯中，边搅拌边加入定量Ｈ　ＰＯ　。Ｈ　ＰＯ　加入溶　［１］　《化学用表》ｉ　９７９年顾庆超编．　液，ＰＨ稳定后，在电炉上加温。当溶液温度达到９０℃时．边搅拌边加入浆化精　［２３　《有色冶炼》ｌ９７８年第６期．　制Ｎｉｃ０　，用来调溶液ＰＨ除ｚｎ　。　［３３物理化学，南开大学编．　３影响嚣素试验探讨　３．１温度对除锌效果的影响　除Ｎｉ　过程温度升高，ＣＯ　逸出快，有利于除Ｎｉ２　反应进行：同时，温度高，　有利于新生成的ＺｎＨＰＯ　等颗粒长大，有利于除Ｎｉ　２　和过滤操作。但是考虑到　生产中要尽量少蒸发水份，减少Ｎｉ　的沉淀等因素，除Ｎｉ２　温度控制在９２℃～　９６℃为摄适宜。　３．２搅拌对除锌效果的影响　除Ｎｉ　溶液中的ｚｎｚ＋反应是多相反应，均匀的反应体系有利于提高除ｚｎｚ　效果。因此，必须有充分搅拌。经试验在５５转／分的框式或锚式搅拌较适　宜。　３．３磷酸加量对除锌效果的影响　Ｚｎ　主要以ＺｎＨＰＯ　—１—１形式沉淀，同时也有ＮｉＨＰＯ　、ＣｏＨＰＯ　沉淀。　上实现，有时会先横向、后垂直向上，此时容易夹裹泥浆、泥块，也会造成断　⑧料斗的容积必须满足第～次封底的需要：料斗安装好以后，将导管一直　桩。　放到孔底，做好标记，然后将导管提起３５－４０ｃｍ：料斗要调整到桩孔中心位置，　②工艺性断桩　不能偏向一边：防止第一车料不能封底而断桩：　Ａ．灌注时的混凝土配合比不合理或石子的级配不合理，或坍落度太小造成　④混凝土要有合理的级配、良好的和易性及合适的坍落度，坍落度过大　离析、堵管而断桩。　容易离析会堵管，坍落度过小流动不畅也堵管，都会造成断桩。　Ｂ．判断、操作失误断桩。　结语　Ｃ．意外事件断桩（如机械故障等）　在溶岩地段采用钻孔灌注桩施工有应用面较广，材料就地取材，加快工程　（２）避免断桩措施　进度，提高经济效益，而且质量容易控制等优点，上述４种事故类型，是我们在　①每次施工前，必须备用一台搅拌机及发电机，罐车数量足够，各足砂石　工地上在开挖桩基时遇到的孔内问题，与岩溶发育无关的事故本文没有涉及。　料及水泥，保证混凝土施工连续性，保证前后灌注间歇时间不超过３０分钟。　参考文献　防止机械故障、砼断供造成断桩：　［１］公路桥涵施工技术规范（ＪＴＪ０４１—２０００）／中华人民共和国行业标准．　②严格导管连接操作，确保导管的密封性，防止导管漏水，使管内砼被冲　［２］巩海帆．高等桥梁结构理论［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１．　洗，造成堵管而断桩　科技博览Ｉ　３１９