一种适用于复杂地质条件下的桥梁基础施工方法

技术领域

本发明涉及桩基施工技术领域，特别涉及一种适用于复杂地质条件下的桥梁基础施工方法。

背景技术

钻孔灌注桩是在人工挖孔问世后约年，亦即世纪年代初，随着大功率钻孔机具的研制成功，也是首先在美国问世的。随着二次世界大战后世界各地经济地复苏和发展，高层、超高层建筑和重型构造物不断兴建，它们绝大多数都选择了钻孔灌注桩。自年代以来，钻孔灌注桩在世界范围内出现了蓬勃发展地局面，其用量逐年上升，居高不下。我国应用钻孔灌注桩始于世界年代初，当时在南京、上海、天津等地作为桥梁和港口建筑基础，自上世纪年代中期后又陆续在广州、深圳、北京、厦门等大城市应用于高层和重型建构准物，至上世纪的年代末年代初，随着改革开放步伐加快，灌注桩迅速发展，仅数年间普及于全国除西藏外的各省、市、自治区数以千计的大中城市，主要应用于包括软土、黄土、膨胀土等特种土在内的各类地基。据估计，近年来我国应用灌注桩数量之多已堪称世界之最，可谓起步虽晚但发展迅猛。

我国在公路桥梁上采用钻孔灌注桩始于世纪年代末期。当时河南省首创用人工转动钻头钻孔。后逐渐在全国发展到冲抓锥、冲击锥、正循环回旋钻、潜水钻、旋挖钻等多种设备和钻孔工艺，应用规模不断扩大。目前，钻孔灌注桩在工程建设中已占据了重要地位，并向大直径、多样化(变界面桩、空心桩等)方向发展，钻孔水平不断提高，钻孔工艺已很完善、成熟。特别是许多西方国家生产出先进的大功率液压钻孔机械，使钻孔直径达到3m以上，桩长超过100m，且速度快、技术安全可靠、成桩质量高。

对于地下流沙层较厚，岩洞裂隙地质较强发育，且存在较多流沙、地下水等复杂地质情况进行施工；若按照传统施工方法处理，无法有效快速处理，制约项目工期，无法有效的保证施工质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于复杂地质条件下的桥梁基础施工方法。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一种适用于复杂地质条件下的桥梁基础施工方法，具体包括以下步骤：

基坑开挖；

基坑排水、临时支护施工；

承台深基坑支护施工；具体是指：采用旋喷桩水泥土墙结合钢板桩进行基坑支护施工；

承台基坑施工；

承台施工。

在一些可能的实施方式中，所述承台深基坑支护施工中所描述的旋喷桩水泥土墙，具体是指：

利用钻机将注浆管钻进至地层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化；

所述旋喷桩水泥土墙的底部位于风化岩层上；

所述旋喷桩水泥土墙为多排格构式高压旋喷桩。

在一些可能的实施方式中，在所述旋喷桩水泥土墙施工完成后，进行钢板桩施工，具体包括以下步骤：

施工测量；

钢板桩检验、吊运；

钢板桩打设；

钢板桩的转角封闭合拢。

在一些可能的实施方式中，所述钢板桩打设具体是指：

设置导向架；

将钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，然后再分批施打；

施打时先将屏风墙两端的钢板桩打至设计标高，成为定位板桩，然后在中间按顺序分l/3、1/2板桩高度呈阶梯状打入。

在一些可能的实施方式中，所述钢板桩的转角封闭合拢，具体包括以下步骤：

沿长边方向打至离转角桩有八块钢板桩时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；在短边方向也照上述办法进行；

根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩尺寸，将短边方向的围檩与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将围檩和围檩桩重新焊接固定；

在长边方向的围檩内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩；

根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。

在一些可能的实施方式中，所述承台基坑开挖，具体是指采用放坡或垂直方式分层开挖，开挖方向为承台对角方向开挖。

在一些可能的实施方式中，所述基坑排水采用井点降水和/或明沟排水的方式。

在一些可能的实施方式中，所述承台施工,具体包括以下步骤：

测量放样；

钢筋模板、钢筋安装；

混凝土浇筑、养护；

基坑回填。

在一些可能的实施方式中，所述混凝土浇筑采用分层浇筑。

在一些可能的实施方式中，基坑回填采用分层施工，每层回填土厚度压实后不得大于30cm，基底采用外购石渣分层回填，回填至地面以下1.2m采用回填C15素混凝土至地面标高。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明将有效的防止复杂地质情况对于桥梁基础施工的影响；有效的提高了施工质量，加快了施工进度；

本发明将有效的避免在施工过程中，由于复杂的地质情况，造成基坑的大面积坍塌；避免由于坍塌造成安全事故的发生；

本发明通过旋喷桩水泥土墙和钢板桩两者的组合实现良好的土层加固与止水功能，在复杂地质地区具有良好的适用性。

附图说明

图1为采用本发明施工的平面图；

图2为采用本发明施工的剖面结构示意图；

图3为本发明中钢板桩的结构示意图；

其中：1、旋喷桩水泥土墙；2、钢板桩；21、导向架；22、钢板桩本体；3、截水沟；4、排水沟。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。"连接"或者"相连"等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明通过下述技术方案实现，如图1、图2所示，

一种适用于复杂地质条件下的桥梁基础施工方法，具体包括以下步骤：

基坑开挖；

基坑排水、临时支护施工；

承台深基坑支护施工；具体是指：采用旋喷桩水泥土墙1结合钢板桩2进行基坑支护施工；

承台基坑施工；

承台施工。

在一些可能的实施方式中，所述承台深基坑支护施工中所描述的旋喷桩水泥土墙1，具体是指：

利用钻机将注浆管钻进至地层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化；

具体包括以下步骤：

施工准备：

场地平整、桩位放样、修建排污和灰浆拌制系统；

旋喷桩施工过程中将会产生10～20％的返浆量，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。沉淀的泥土则在开挖基坑时一并运走。沉淀和排污统一纳入全场污水处理系统；灰浆拌制系统主要设置在水泥附近，便于作业，主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备、灰浆输送设备组成。

试桩施工：

为了使高压旋喷桩施工规范、有序、高质量的展开全面施工，将先进行试桩施工。通过试桩将进-步探明地质情况，确定合理的灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间，确定搅拌下沉、提升速度和重复搅拌下沉、提升速度，确定水泥掺量、灰浆稠度(水灰比)、工作压力，检验施工设备及选定的施工工艺。通过试桩熟练掌握高压旋喷桩施工方法、工艺流程、技术参数、质量检测等作业要求，并为全标段高压旋喷桩施工提供指导。旋喷桩正式施工前进行试桩4根。施工前的工艺试验主要是验证以下几个方面：

1)试喷结果能否达到设计所提要求；

2)旋喷桩施工工艺参数；

3)根据地质情况和设计桩径选择的施工机具、设备、施工工艺是否满足设计要求；

浆量计算以单位时间喷射的浆量及喷射持续时间，计算出浆量，计算公式为：Q＝Hq(1+β)/υ；

式中：Q—浆量(m

H—喷射长度(m)；

q—单位时间喷浆量(m

β—损失系数，通常0.1～0.2；

v—提升速度(m/min)；

钻机就位：

采用2台MGJ-80钻机引孔造孔，钻机就位后，对桩机进行调平、对中，调整桩机的垂直度，保证钻杆应与桩位一致，偏差应在10mm以内，钻孔垂直度误差小于1.5％；钻孔前应调试空压机、泥浆泵，使设备运转正常；校验钻杆长度，并用红油漆在钻塔旁标注深度线，保证孔底标高满足设计深度。

引孔钻进：

把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精度要求，经技术人员验测合格后方可开钻。如发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进过程中，遇到异常情况及时查明原因，采取相应措施，对地层变化、颗粒大小、硬度等要详细记录，钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。引孔孔径110mm，引孔的对中位置与设计位置的偏差不得大于30mm，垂直偏差小于1％，采用双管施工。

旋喷作业：

1)采用2台XPB-900喷射台车，将喷射台车移至成孔处，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺参数符合设计要求后将喷射管下至设计深度，经现场质检人员检查认可后方可进行高喷灌浆施工，喷射过程中如遇特殊情况，如浆压过高或喷嘴堵塞等，应将喷射管提出地面进行处理，处理好后再进行施工。

2)旋喷机架就位，喷管位于自然悬吊状态时喷管中心对准孔心，偏差不大于二分之一孔径(成孔孔径)，保证下管、提升及旋喷注浆的顺利进行。

3)下喷管前先检查喷嘴及喷浆口是否完好畅通，再作喷浆试验，当浆压符合设计要求时方可下喷管。

4)喷管下至超设计深度10cm时，开始拌送水泥浆，然后开启高压泥浆，待达到设计参数，孔口冒浆正常后，再开始旋喷提升。

5)喷注中若遇故障等特殊情况时，喷管须下降10cm才能开始继续喷注，以保证旋喷加固体的垂向连续性。

6)喷注作业时，做好已喷邻桩的补浆回灌工作，保证加固后的桩顶标高，同时施工中必须及时做好废浆处理工作。

7)压力控制：水泥浆液流压力不小于20MPa。

当注浆管置入钻孔，喷嘴达到设计标高即可喷射注浆。喷射注浆参数达到规定值后，按旋喷桩的工艺要求，提升注浆管，由下而上喷射注浆。钻孔提升速度不大于0.15m/min。在高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆等异常情况时，查明产生的原因并及时采取措施。当高压喷射注浆完毕，迅速拔出注浆管。

喷浆材料及制浆：

采用42.5R普通硅酸盐水泥搅制浆，水泥应为新鲜无结块，通过0.08mm方孔筛的筛余量为≤5％，每批次进场水泥必须有生产厂家产品合格证，并根据有关规定进行抽查检验。旋喷桩制浆采用PO.42.5水泥，旋喷桩每延米水泥用量约265kg，具体用量根据现场试验确定。旋喷桩必须满足《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，旋喷桩用水满足《混凝土搅拌用水》(JGJ63-06)要求，水灰比为1.1～1.3。

按设计配比进行浆液搅制，在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于30s，一次搅拌使用时间亦控制在4h以内。

喷射提升：

当喷射管下至设计深度，开始送入符合要求的浆、气，待注入浆液冒出孔口时，按设计的提升方式及速度自下而上提升，直至提升到设计的终喷高程。喷射过程中，值班技术人员应随时检查各环节的运行情况，并根据具体情况采取下列措施：

1)接、卸换管要快，防止塌孔和堵嘴；

2)喷射因故障中断，应酌情处理：

(1)因机械故障，要尽力缩短中断时间，及早恢复灌浆；

(2)如中断时间超过1小时，要采取补救措施；

(3)恢复喷射时，喷射管要多下至少0.3m，保证凝结体的连续性。

回灌：

喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直到浆面不再下沉为止，保证高喷防渗墙固结后墙顶标高，回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆静压充填。

记录：

施工中钻孔、高喷灌浆的各道工序应详细、及时、准确记录，所有记录需按要求使用统一表格。

根据试桩参数计算所需的喷浆量，以确定水泥使用数量。

所述旋喷桩水泥土墙1的底部位于风化岩层上；

所述旋喷桩水泥土墙1为多排格构式高压旋喷桩。

在一些可能的实施方式中，由于旋喷桩桩底与灰岩层相接，承台位置岩层参差不齐，部分部位桩底高于开挖面；为加强水泥土墙支护结构整体稳定性，防止在开挖过程中及后期承台施工基坑四周重型机械(如吊车、汽车吊、装载机等)的负载或突然冲击力等对基坑的平衡稳定状态造成失衡，导致基坑大范围垮塌，因此在所述旋喷桩水泥土墙1施工完成后，沿旋喷桩水泥墙内壁四进行钢板桩2施工，具体包括以下步骤：

施工测量：

1)仔细对施工图纸进行复查，领会设计意图。

2)根据图纸确定各箱涵的构造物的位置和标高，准确计算涵洞物中桩坐标和轴线方向，然后根据计算的具体位置进行施工放样，为便于开挖后的检查校核，基础轴线控制桩应延长至基坑外加以固定。

3)如发现与现场不符时，应及时上报，经监理人员确定、业主同意后，方可作相应的调整，放样完成后，根据基础的结构尺寸放出结构基础的边线，申请驻地监理工程师复查，得到确认之后，方可进行基坑开挖。

钢板桩2打设：

采用导向架21屏风式打入法；

(1)为保证钢板桩2打设精度采用屏风式打入法：钢板桩2采用用DZ60型振动打拔桩锤打插。插打钢板桩2过程中，每排桩要严格控制其垂直度，清除钢板桩2锁扣处铁锈，保证相邻两根桩之间锁口联系牢固、紧密贴合。

(2)为保证钢板桩2平面位置和竖直度，设置导向架21，导向架21采用45b工字钢制作。如图3所示，钢板桩2包括导向架21和钢板桩本体22；导向架21为两组且平行设置，两者之间形成用于安装多个钢板桩本体22的安装腔，多个钢板桩本体22安装在安装腔内且依次连接；导向架21与旋喷桩水泥土墙1的内侧面平行设置；

将10根左右钢板桩2成排插入导架内，呈屏风状，然后再分批施打。

施打时先将屏风墙两端的钢板桩2打至设计标高或一定深度，成为定位板桩，然后在中间按顺序分l/3、1/2板桩高度呈阶梯状打入。

采用此方法可以减少倾斜误差积累，防止过大的倾斜，而且易于实现封闭合拢，能保证板桩墙的施工质量。

(3)为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩2锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板桩的位置，以便随时检查校正；

(4)开始打设的一、二块钢板桩2的位置和方向应确保精度，以便起到样板导向作用，故每打入1m应测量一次，控制钢板桩2轴线偏差在±10cm、桩顶标高±10cm、桩垂直度1％以内。打至预定深度后应立即用钢板与围檩支架焊接固定。

钢板桩2的转角和封闭合拢：

(1)由于钢板桩2墙的长度不是钢板桩2标准宽度的整数倍，会给板桩墙的最终封闭合拢带来困难，采用轴线修整法解决。

(2)轴线修整法通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整，实现封闭合拢，封闭合拢处最好选在短边的角部；具体作法如下：

A.沿长边方向打至离转角桩约沿有8块钢板桩2时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；在短边方向也照上述办法进行；

B.根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩尺寸，将短边方向的围檩与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将围檩和围檩桩重新焊接固定；

C.在长边方向的围檩内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩2；

D.根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩2，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。

在一些可能的实施方式中，所述钢板桩2的转角封闭合拢，具体包括以下步骤：

沿长边方向打至离转角桩有八块钢板桩2时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；在短边方向也照上述办法进行；

根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩尺寸，将短边方向的围檩与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将围檩和围檩桩重新焊接固定；

在长边方向的围檩内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩2；

根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩2，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。

在一些可能的实施方式中，所述承台基坑开挖，具体是指采用放坡或垂直方式分层开挖，开挖方向为承台对角方向开挖。

优选的，采用采用放坡开挖，放坡比率1:1.5；分层开挖，层高为1米；

在基坑开挖至相应围檩设计标高处，立刻添设围檁、栓接牢固，做好支护，在保证开挖工作面需求的情况下，应先进行围檩施工；

对于超挖部分采用C20片石混凝土垫层封底措施，开挖至基坑设计标高以上30cm时候，采用人工开挖。

在一些可能的实施方式中，为避免在开挖过程中极大可能遇见流沙层，流沙层受扰动必然导致基坑大面积坍塌，带来不可预量的后果，在开挖前进行基坑降水和排水；然后进行开挖；所述基坑排水采用井点降水和/或明沟排水的方式。

优选的，施工中采用四点井点降水和排水明沟相结合的施工措施；基坑内表面水采用排水明沟、集水井抽水，并在基坑承台系梁两侧处设井点进行降水。

对于井点降水，降水井采用旋挖钻机械成孔，孔径为Φ1500mm，孔底标高应低于基底标高5m，不足5m的需穿过流沙层，孔底与灰岩层接壤。降水井内下放Φ600mm钢筋笼，钢筋笼外包双层滤网，采用网眼30—50孔/cm的黄铜丝布，外层为粗滤网，采用网眼3～10孔/cm的铁丝布或尼龙丝布或棕皮，滤网外面用8#铁丝进行绑扎保护层。孔底50cm及钢筋笼四周空隙采用级配碎石回填。

井点抽水采用潜水泵，每个降水井配备WQ50-10-4型潜污泵1台。在孔口搭钢管架，吊潜水泵至基底以下3m处位置，采用电源浮球自动抽水开关，低水位用常闭触点，串联在接触器线圈电路上；高水位用常开触点，并联在启动按钮上，自动控制降水位标高。

对于明排降水，所有基坑外侧周围以外地面设置采用梯形截水沟3，用以拦截排除基坑周围地表水；

在所有承台基坑内四角设置集水井，集水井采用Φ500mm塑料管埋入基坑以下1.5m深，采用土工布包裹，每个集水井配备WQ50-10-4潜污泵1台，将基坑内部积水统一抽出，经过有效沉淀后进行排放。同时配备多台潜水泵备用，防止暴雨冷冻天气，基坑积水严重时用以快速排出基坑积水，防止基坑坍塌及其他安全事故发生，确保正常施工。

在一些可能的实施方式中，所述承台施工,具体包括以下步骤：

承台基坑排水施工；在基坑底四周即水泥土墙底设置排水沟4，并分别在基坑四个角点设置集水井，每个集水井安装一个WQ50-10-4型污水泵。基坑外侧(墙体顶端)设置梯形截水沟3，并引流至沉淀池澄清后排放。

测量放样；

钢筋模板、钢筋安装；

混凝土浇筑、养护；

基坑回填。

优选的，为了对于桥梁承台进行降温，在进行钢筋安装完成后，还要进行冷却水管的安装，采用预埋冷却水管降温措施，确保大体积混凝土施工质量；

冷却水管采用φ50×3mm的钢管，层间距50cm。根据承台的尺寸可设置多层冷却水管，冷却水管布设完毕后进行试运行，检验是否渗漏及水流能否满足要求，同时调试测温系统。同时外部接进出水总管、水泵。砼养护期间，冷却水管应连续通水14天并根据水温调整输水量，控制水温在40℃以内。同时砼内表温差控制在25℃。

在一些可能的实施方式中，所述混凝土浇筑采用分层浇筑，每层厚度不得大于30cm，每层布料间隔时间不得大于混凝土的初凝时间。

在一些可能的实施方式中，基坑回填采用分层施工，每层回填土厚度压实后不得大于30cm，基底采用外购石渣分层回填，回填至地面以下1.2m采用回填C15素混凝土至地面标高。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。