场飞机滑行立交桥桩基施工技术

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一、工程概况 
    广州新白云机场位于广州花都区花东镇与白云区人和镇交界处，距广州中心约25km，西面有京广铁路、107国道和106国道，东侧有105国道，交通便利。 
    广州新白云机场桥梁工程一标段包含1＃和3＃两座滑行道桥、部分引桥和挡土墙。两座滑行道桥位于飞行区南端，是供各类飞机于东西飞行区滑行的，桥宽65m、长92m。 
    滑行道桥为5跨连续箱梁结构，冲孔灌注桩基础，W形薄壁造型墩，有4跨分别跨越上下行南主进场道路(主车道单向4车道；副车道单向2车道，预留1车道)，中跨跨越绿化带(绿化带下面是轻轨地铁线)。
    两座桥的桩基采用冲孔灌注桩，共有296根，其中桥台下有168根，直径为1200mm，桩间距为3.2m；桥墩下有128根，直径为1500mm，桩间距为4.0m。桩长视地质情况而定，有34.46m~11.21m不等。灌注C25水下混凝土共7828.4m3。 
    二、地理、地质概况 
    工程场区位于广花盆地西北部的盆地边缘，属珠江三角洲北部边缘；场区属亚热带季风气候区，年平均气温21.5℃，年降雨量1739mm；地震烈度为Ⅵ度。 
    根据最初详勘资料，1＃桥的30个钻孔位和3＃桥的51个钻孔位有土洞或溶洞分布。后经超前钻复查，又发现了很多新溶洞，因此，遇土洞、溶洞的桩基数量由1/5发展到1/3。 
    场区底层主要由沉积层和基岩组成。沉积层为第四系沉积，有表土、粘性土、砂性土等，其中粘性土为具弱胀缩性的膨胀土；各层土的埋深和厚度变化较大。在沉积层下部有土洞(分空土洞和有堆积物土洞2种)分布。
    场区地处珠江三角洲岩溶发育地段，有2/3为石灰岩，岩层分布相对较浅，但岩面起伏较大，有人形象的说整个场区下面就象“桂林山水”。石灰岩为岩溶含水层，有多层溶洞发育，溶洞也有空溶洞和有堆积物溶洞之分。 
    三、桩基施工 
    1、桩基设计 
    桩基由中国民航机场规划设计研究总院设计，桩均为端承嵌岩桩，即桩底嵌入微风化岩深度为1.5倍桩径，桩底持力层厚度不小于桩径的3倍；φ1200桩的设计承载力为3400kN，φ1500桩为5850kN。一桩一钻地质柱状图的岩面情况和土溶洞情况很不详细，于是业主对3＃桥7根桩进行超前钻详勘决定补充进行了大量的超前钻，要求采用预埋声测管检测桩基质量，并辅以少量高应变检测。声测管为φ50mm钢管，对φ1200桩，对称布置2根声测管、φ1500桩布置3根，120°分布。 
    2、施工方案 
    由于地质情况复杂，土、溶洞有4种情况：①覆盖层中的土洞内一般有充填物，但不密实，空洞范围一般也不大；②基岩中的小溶洞，且洞内无充填物，或有充填物，但不密实，即小空洞；③基岩中的大溶洞，且洞内无充填物，或有充填物，但不密实，即大空洞； 
    我们从实际情况考虑，制订了先易后难的总体施工原则，即把岩面情况较平、无溶洞或只有单只小溶洞的先施工成孔，等基本摸清溶洞情况并采取加固措施后，再解决那些大溶洞。 
    (1) 对①、②两种情况，采用常规的溶洞处理方法，即洞顶打穿后抛填粘土、碎石、整包水泥后冲挤压密实，凝固后复冲。
    (2) 对③、④两种情况，则先进行溶洞内的充填加固，把土、溶洞用水泥、粉煤灰浆填满，养护7天后再进行成孔。对少量上面覆盖层地质较差的、砂砾层很厚的、一旦漏浆会塌孔的第④种情况，则采用加打钢护筒护壁措施。 
    3、桩基成孔施工的注意事项 
    (1) 在成孔过程中，要特别注意快到土洞、溶洞的洞顶时，应低锤冲击，防止卡锤、掉锤现象。 
    (2) 遇较大的土洞、溶洞时，先在孔口附近准备好足够的块石、粘土、水泥。在洞顶打穿时，一旦发现漏浆，要迅速填堵，防止塌孔。一般土洞、溶洞洞顶击穿后，桩孔中泥浆会很快下降，此时要用铲车及时将准备好的块石、粘土、水泥按适当的比例抛入，直至孔中的泥浆停止下降，并慢慢上升，此时可用冲锤进行适当挤压，反复抛块石、粘土、水泥，直至把桩基两侧的溶洞都填满或堵死为止，最后补充满泥浆再重新成孔，溶洞较大的最好等1～2天后再重新冲孔成桩。 
    (3) 如果遇较大的土洞、空溶洞时，则先注浆，后成孔，这样可防止地面下陷和发生卡锤、掉锤现象，又能加固地基。 
    (4) 有土洞、溶洞的地段，特别是那些土、溶洞覆盖面较大的地方，包容数根桩基，施工时要先施工深的桩基，由深至浅，保证安全。 
    (5) 如果岩面是斜面，要多次抛块石纠斜，因为打斜岩比打全岩要多花3～5倍的时间。 
    (6) 终成孔后，一定要用5m以上的钢笼探孔器进行探孔，清孔换浆一定要彻底，特别是二次清孔后的沉渣一定要符合标准。 
    (7) 混凝土坍落度以18~22cm为宜；浇筑导管必须密闭良好，浇筑时先放置隔水塞，浇注混凝土必须连续、快速；浇筑混凝土备料应不少于10m.3。
    四、土洞和溶洞的注浆加固 
    1、工艺流程 
    超前钻孔完成后，立即在钻孔内下注浆塑料管至洞底；并用纯水泥浆封堵，待封闭浆凝固后，在塑料套管(1节长33cm)中插入双向密封注浆芯管，开启注浆泵进行注浆，控制注浆量；当注浆量达到设计量时，上拔注浆管，直至结束；注浆结束后，清洗注浆设备，防止残留浆液凝固，堵塞管路。 
    2、注浆主要技术参数 
    注浆压力：0.1～0.2MPa 
    注浆流量：8~10L/min 
    浆液配比(重量比)：水泥∶粉煤灰∶水=1∶0.6∶1 
    水泥∶膨润土∶水=1∶0.03∶0.6 
    封堵料配比(重量比)：水泥∶粘土∶水=1∶1.5∶1.88 
    3、注浆施工 
    对有充填物的土、溶洞进行高压劈裂注浆；无充填物的进行灌填注浆，并在洞顶布置透气管。 
    待塑料注浆管全部安放完毕后，开始注入高压水泥浆，压力为0.3~0.4MPa，利用浆液的流动性，在压力作用下，充满空洞及裂隙。 
    观察透气孔返浆情况，便可基本掌握洞内充填情况是否满足要求。若土溶洞体积较大，考虑到浆液固结密实，则可利用塑料管进行多次注浆，以保证洞内完全被水泥浆液所充填。 
    五、套管钢护筒 
    φ1200mm桩的套管钢护筒的内径为1350mm，φ1500mm桩的套管钢护筒内径为1650mm，分别采用10~12mm厚的钢板卷制而成。采用的钢护筒长度为24~32m，分节运到现场。 
    有大溶洞需要打钢护筒的桩基，先用φ1350mm或φ1650mm的桩机锤成孔至溶洞顶，并采用高密度护壁泥浆，然后移开桩机，采用60kW以上的振动锤和25t以上的吊机配合打设钢护筒。钢护筒采用分节吊装焊接，分节高度为8.0~10.0m，孔口对焊，振打入桩孔内，一般每节振打只需5~20分钟(不包括吊装焊接)。 
    六、实施情况 
    桩基工程由2001年10月底开工，到2002年2月底结束。施工过程中，曾发生过以下几方面的情况： 
    1、原设计桩底岩层不好。多次遇到冲孔快到终孔标高了，但岩样不是微风化岩，不能终孔，需超前钻取样重新确定桩底标高。 
    2、未探出的小溶洞。有几次快到终孔时，突然进尺很快(达50~60cm)，超过桩底标高，估计遇到了未探出的小溶洞，只能超前钻取样重新确定桩底标高。 
    3、意外跑浆。地质资料揭示无溶洞或只有很小的溶洞，但突然发生跑浆，估计是挤破了旁边大溶洞的洞壁，或小溶洞与旁边的大溶洞是相连的。 
    4、遇到地质勘查时的钻杆和套管。地质勘查时往往发生钻杆和套管掉到钻孔中取不上来的现象，成孔时发生了偏孔，还损坏了冲锤。 
    5、卡钻、掉钻现象。 
    七、结语 
    尽管地下情况千变万化，但通过我们的认真分析，采取有效的对策、措施和严格的现场质量管理，整个桩基的质量是符合设计要求的，达到优良级标准(超声波检测结果一类桩占98%以上，其余也均为合格桩)。通过本工程的实践，我们认为：采取注浆加固是对付土溶洞最有效、最经济、最合理的施工技术措施，而钢护筒由于费用较高，不宜多用。