大連星海灣跨海大橋的巖溶地質(zhì)特征

大連星海灣跨海大橋的巖溶地質(zhì)特征

1梁內(nèi)索塔施工區(qū)域大連星灣大橋主橋位于大連著名風(fēng)景名勝區(qū)星灣廣場對面的廣闊海域。這是一座雙軒橋，通過三個(gè)地面錨橋?qū)⑵湔{(diào)整為180米、460米和180米。橋塔采用“門”式框架混凝土結(jié)構(gòu),塔高112.31m。橋梁上部主體加勁梁為鋼桁架結(jié)構(gòu),鋼橋面板采用正交異性橋面板,車道雙層布置。索塔每根塔柱下設(shè)一個(gè)承臺,承臺之間不設(shè)橫系梁,單個(gè)承臺由12根ue7882.5m的鉆孔灌注樁支撐,鉆孔灌注樁3行4列矩形布置,索塔基礎(chǔ)為大直徑群樁基礎(chǔ),承臺尺寸為17.3m×23.6m×6.05m。主橋2個(gè)索塔共計(jì)48根樁基,在鉆孔過程有32根樁基發(fā)現(xiàn)巖溶洞或裂隙等巖溶地質(zhì),最高的巖溶洞高7.3m,最低的巖溶高度0.2m;施工區(qū)域巖溶構(gòu)造有多種形式,有單層巖溶洞亦有多層巖溶洞;內(nèi)部填充有粘性土、灰?guī)r角礫、碎石和部分無充填物。2施工區(qū)域巖溶1)工程位于黃海海域,受海洋環(huán)境影響比較大,橋址處水深10m~12m,沒有島嶼等遮擋物,每年4月份~10月份東南風(fēng)、南風(fēng)、西南風(fēng)比較頻繁,海上涌浪比較大。2)施工區(qū)域巖溶發(fā)育,類型復(fù)雜,有單層巖溶洞、多層巖溶洞、斜面巖、陡坡(或半邊巖溶洞)、石柱(中間凸起)、溶溝槽、裂隙等巖溶類型。3)索塔基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ),單個(gè)承臺下有12根直徑2.5m的大直徑鉆孔灌注樁。4)由于巖溶類型復(fù)雜,即便是同一根樁在鉆孔過程也會遇到不同的巖溶地質(zhì)類型,因此在鉆孔過程需要根據(jù)具體情況應(yīng)對各種巖溶地質(zhì)鉆孔施工病害。5)海上潮氣大,空氣鹽分含量高,施工設(shè)備容易損壞。3巖溶洞鉆孔過程地質(zhì)特征通過地勘報(bào)告和主橋樁基鉆進(jìn)情況分析,大連星海灣跨海大橋主橋區(qū)域海底至少存在如下七種巖溶地質(zhì)類型(見圖1):1)單層巖溶洞。巖溶洞有一層,高度在20cm~730cm不等,巖溶洞內(nèi)填充水、泥土或風(fēng)化巖等,鉆孔過程主要表現(xiàn)為有卡錘現(xiàn)象,鉆進(jìn)速度會突然變快,到一定深度后又開始變慢,渣樣變化明顯,有漏漿現(xiàn)象。2)多層巖溶洞。巖溶洞多層串聯(lián),每次高度在20cm~500cm不等,中間間隔距離也不等,巖溶洞內(nèi)填充水、泥土或風(fēng)化巖等,鉆孔過程主要表現(xiàn)頻繁卡錘,鉆進(jìn)速度時(shí)快時(shí)慢,渣樣有不太明顯的周期變化,有漏漿現(xiàn)象。3)斜面巖。由于地質(zhì)運(yùn)動,巖層相互擠壓形成扭曲,在外部環(huán)境作用下,部分巖層溶解,傾斜巖面外露,這些傾斜巖面有的直接與卵石覆蓋層相連,有的則在巖溶洞下面,這種地質(zhì)在鉆孔過程主要表現(xiàn)為錘頭向一邊倒,回填片石和粘土可以處理到位,渣樣里面含一部分強(qiáng)風(fēng)化巖。4)陡坡(或半邊巖溶洞)。一邊有泥土或強(qiáng)風(fēng)化巖填充物,一邊是堅(jiān)硬的巖石,這種地質(zhì)在鉆孔過程主要表現(xiàn)為錘頭向一邊倒,嚴(yán)重時(shí)錘頭出現(xiàn)側(cè)翻,多次回填片石和粘土也很難處理到位,渣樣里面含一部分強(qiáng)風(fēng)化巖。5)石柱(中間凸起)。周邊是泥土或強(qiáng)風(fēng)化巖,中間是堅(jiān)硬的巖石,這種地質(zhì)在鉆孔過程主要體現(xiàn)在錘頭傾倒方向不定,多次回填片石和粘土也很難處理到位,渣樣里面含一部分強(qiáng)風(fēng)化巖。6)溶溝槽。周邊是堅(jiān)硬巖石,中間是泥土或強(qiáng)風(fēng)化巖等,入巖后鉆孔過程錘頭正常,但鉆渣里面含有一部分強(qiáng)風(fēng)化巖,有漏漿現(xiàn)象。7)裂隙。這種裂隙分布廣泛,以上各種巖溶洞中都可能連接著裂隙,這種地質(zhì)鉆孔困難很大,經(jīng)常出現(xiàn)無征兆的漏漿。4錨點(diǎn)及巖溶洞鉆孔施工技術(shù)主橋樁基采用沖擊鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔,在鉆孔過程采用了拋填片石和粘土工藝、鋼護(hù)筒跟進(jìn)工藝、專用巖溶洞鉆孔錘頭工藝等施工工藝,在鉆孔過程因巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜,遇到了意想不到的困難。4.1大便泄漏4.1.1無填充物填充區(qū)1)由于許多大小裂隙,一串串巖溶洞通過發(fā)育的裂隙連通在一起,形成巖溶洞帶。同時(shí)這些巖溶洞有些被填充物填充,有些沒有填充物或填充不滿,形成低壓區(qū)。2)由于巖溶洞內(nèi)無填充物或填不滿,在鉆孔打開其頂板時(shí)也會導(dǎo)致突然大量失漿而塌孔。3)在處理卡錘或掉錘問題時(shí),由于處理時(shí)間過長,造成孔壁被泥漿浸泡松軟,原本結(jié)實(shí)的泥漿護(hù)壁開始脫落,進(jìn)而發(fā)展為塌孔。4.1.2鋼護(hù)筒底部鉆孔1)海中巖溶地質(zhì)鉆孔,鋼護(hù)筒要有一定強(qiáng)度,避免大量漏漿流失將鋼護(hù)筒擠癟,大連星海灣跨海大橋主橋索塔樁基鋼護(hù)筒壁厚采用12mm和14mm壁厚組合,在適當(dāng)位置設(shè)置環(huán)形鋼板箍以增加鋼護(hù)筒強(qiáng)度,實(shí)踐證明能夠抵抗10m水頭差。2)鉆孔時(shí),應(yīng)密切注意鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿面的變化,一旦泥漿面下降漏漿,應(yīng)立即提出鉆頭,向孔內(nèi)補(bǔ)充泥漿或注水,保持樁孔內(nèi)水頭壓力。3)保持樁孔內(nèi)水壓力后,向樁孔內(nèi)拋填粘土和片石混合物,經(jīng)小沖程反復(fù)沖砸后,形成新的護(hù)壁。4)當(dāng)鋼護(hù)筒底部漏漿后,可繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒,并用粘土封閉鋼護(hù)筒周圍縫隙,防止海水繼續(xù)滲入,然后向孔內(nèi)填擲粘土塊和片石(填筑高度以高出鋼護(hù)筒底1m為宜),再用小沖程反復(fù)沖砸,達(dá)到加固鋼護(hù)筒底部孔壁與堵漏的目的。5)若不能保持水壓力,表明空巖溶洞較大或其他巖溶洞連通,此時(shí)應(yīng)先停止鉆孔,然后采用加大拋填量或灌注混凝土等措施進(jìn)行封堵。6)漏漿補(bǔ)水后要用超聲波孔壁檢測儀對孔壁情況進(jìn)行檢測,如沒有出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象則可繼續(xù)回填粘土造漿鉆進(jìn),如出現(xiàn)塌孔,則需全部回填。4.2錘子、卡錘和壓錘處理4.2.1錘銷和錘頭接觸部位缺失震響應(yīng)分析1)鋼繩在與錘頭連接處磨損嚴(yán)重或繩卡擰的不緊,超出了自身承載能力,在沖擊過程極易造成掉錘。2)錘銷質(zhì)量不合格,采用劣質(zhì)錘銷;錘銷與錘頭接觸部位缺少減震彈簧;另外這種錘銷一般為特種鋼,工人用電焊焊接錘銷和防脫螺母,造成錘銷脆斷。3)在巖溶地帶,由于地下水非常豐富,基巖起伏相當(dāng)大,溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重且極不規(guī)則,地質(zhì)鉆探資料反映只代表該鉆探點(diǎn)處的地質(zhì)情況,離開鉆探孔位,則有很大的變化,在鉆孔中,鉆孔灌注樁徑范圍內(nèi)因?yàn)榛鶐r半邊露頭,容易導(dǎo)致斜樁和卡錘。4)卡錘或掉錘不能及時(shí)處理,沉渣過多或塌孔造成埋錘。4.2.2育段施工注意事項(xiàng)1)要經(jīng)常檢查鋼繩及繩卡情況,要使用質(zhì)量合格的錘銷,并且要增加減震彈簧,避免焊接錘銷。2)在巖溶發(fā)育段施工時(shí)要采用小沖程沖擊鉆進(jìn)以減少或消除“探頭石”影響。3)沖擊巖溶洞底板或基巖面時(shí)采用小沖程慢速沖擊鉆進(jìn),并向孔內(nèi)拋入片石等材料以減少錘頭歪斜量,防止鉆孔傾斜。4)保證泥漿質(zhì)量,保證孔壁穩(wěn)定,防止孔壁石塊掉入孔內(nèi)。6)必要時(shí)采用水下爆破或下潛水員撈錘,如下潛水員撈錘,要確保孔壁完整,泥漿比重符合重潛要求。4.3錘處理4.3.1兩種地質(zhì)的缺陷在鉆孔過程遇到斜面巖、陡坡巖、石柱、溶溝槽、裂隙等類型巖溶地質(zhì),錐形錘頭在重力下降過程沒有導(dǎo)向作用,遇到障礙發(fā)生傾倒。在鉆孔過程遇到軟硬巖地質(zhì)或者半邊巖溶洞地質(zhì),錘頭在下降過程受力不均勻造成偏錘。4.3.2片石或混凝土鉆孔出現(xiàn)偏錘現(xiàn)象時(shí),采取回填片石或回填混凝土方案進(jìn)行處理,片石或混凝土強(qiáng)度略大于巖石強(qiáng)度,鉆孔過程要緩慢鉆進(jìn),避免在鉆進(jìn)過程出現(xiàn)斜孔現(xiàn)象。采用專用巖溶洞鉆孔筒狀錘頭處理巖溶地質(zhì),這種錘頭側(cè)壁有導(dǎo)向作用,可避免偏錘現(xiàn)象發(fā)生。4.4沉淀4.4.1微加工過程,導(dǎo)致微水沉淀1)造漿材料配比不合理,泥漿質(zhì)量差。2)遇到巖溶洞后泥漿流失或清孔過程泥漿流失,補(bǔ)充大量的水,新補(bǔ)充進(jìn)去的水將原泥漿稀釋,造成泥漿沉淀。3)在巖溶地帶,穿巖溶洞或裂隙時(shí),巖溶洞水或裂隙水常帶有的弱酸性的碳酸根離子與樁內(nèi)泥漿膠體發(fā)生反應(yīng)使其沉淀分層,使得泥漿無法正常循環(huán),或?qū)е鲁猎^大。4.4.2造漿配比的確定1)選用好的粘土或膨潤土,通過試配,選擇合理的配比,造漿過程不宜過急,要充分造漿。2)盡量減少泥漿流失,如出現(xiàn)大量漏漿,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充泥漿或補(bǔ)充粘土造漿。4.5沉降鋼護(hù)罩處理4.5.1上跨層基巖溶洞沉降在鉆孔過程會出現(xiàn)鋼護(hù)筒沉降問題,主要原因是在鉆孔過程,鋼護(hù)筒底口或覆蓋層下有巖溶洞,當(dāng)鉆到巖溶洞位置后,鋼護(hù)筒底口的巖溶洞頂蓋或覆蓋層坍塌,造成鋼護(hù)筒沉降。4.5.2鋼護(hù)筒下沉無樁位鉆機(jī)開鉆1)遇到鋼護(hù)筒沉降要盡快提出鉆頭,避免出現(xiàn)埋鉆,并且根據(jù)情況將已經(jīng)鉆好的樁位用片石加粘土回填,待回填土體穩(wěn)定后重新接長鋼護(hù)筒,繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒至打不動為止。鋼護(hù)筒下沉到位后,重新定位鉆機(jī)開鉆。2)為避免鋼護(hù)筒再次沉降,最好將這根沉降的鋼護(hù)筒和相鄰鋼護(hù)筒進(jìn)行連接,同時(shí)相鄰的樁位停止鉆進(jìn),避免發(fā)生震動。3)海上巖溶洞鉆孔要注意,不能用鋼護(hù)筒承載做鉆孔平臺,鉆孔平臺基礎(chǔ)要用單獨(dú)的鋼管樁基礎(chǔ),否則一旦發(fā)生鋼護(hù)筒下沉現(xiàn)象,會造成很嚴(yán)重的后果。4.6與海水的連接4.6.1原因分析卵石覆蓋層下有溶溝槽巖溶地質(zhì)或裂隙巖溶地質(zhì),在鉆孔過程由于護(hù)壁質(zhì)量不好或因其他原因造成護(hù)壁破壞,海水通過溶溝槽或裂隙進(jìn)入孔內(nèi)。4.6.2片石增強(qiáng)處理1)若鋼護(hù)筒內(nèi)水頭降速較慢,則用大功率水泵補(bǔ)充泥漿(或水),保持鋼護(hù)筒內(nèi)水頭,同時(shí)回填粘土和片石處理。2)若鋼護(hù)筒內(nèi)水頭無法保持,該孔很可能會出現(xiàn)塌孔,需取回填片石和粘土工藝處理,或者在樁周邊鉆孔壓水泥漿處理。4.7孔道和相鄰孔道的處理4.7.1質(zhì)下的模型孔壁1)同時(shí)開鉆的兩個(gè)樁位太近,在遇到巖溶洞地質(zhì)時(shí),兩個(gè)樁之間的孔壁因巖溶洞發(fā)生坍塌,造成串孔現(xiàn)象。2)在鉆孔過程,同時(shí)開鉆的樁位因遇到貫通裂隙巖溶地質(zhì),造成兩個(gè)樁位的泥漿串通。4.7.2樁位串孔現(xiàn)象鉆孔時(shí)必須采取隔孔鉆進(jìn)原則,即便這樣也可能會出現(xiàn)與相隔較遠(yuǎn)的樁位串孔現(xiàn)象。若遇到此問題,需停止鉆孔,將其中一個(gè)孔回填或者將兩個(gè)孔都回填,但只能有一個(gè)孔繼續(xù)鉆進(jìn)直至灌注完混凝土,另一個(gè)孔要等到前一個(gè)孔混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)范要求后再開鉆。4.8混凝土注水過程中的混凝土丟失4.8.1原因分析在灌注混凝土過程如果出現(xiàn)無法封底或混凝土面不上升情況,這時(shí)要考慮是否有混凝土流失。4.8.2錨索混凝土封底1)在下放鋼筋籠前用超聲波孔壁檢測儀對孔壁進(jìn)行檢測,提前了解孔壁情況。2)清孔過程要隨時(shí)觀察是否有大塊風(fēng)化巖被清出,如有需停止清孔,檢查孔壁情況,如塌孔需回填重新鉆孔。3)如首盤混凝土不能封底,則應(yīng)盡快將鋼筋籠提出,對孔底進(jìn)行處理。4)在混凝土灌注過程出現(xiàn)混凝土面不上升,但前期超聲波孔壁檢測儀檢測又沒有擴(kuò)孔跡象,這時(shí)要考慮可能巖溶洞側(cè)壁被擊穿,要根據(jù)具體情況確定是否繼續(xù)灌注混凝土,如混凝土面只是不升高則可繼續(xù)澆筑,如混凝土面下降造成導(dǎo)管脫空則需停止灌注混凝土,進(jìn)行后續(xù)處理。5海洋環(huán)境巖溶地質(zhì)鉆孔施工技術(shù)大連星海灣跨海大橋索塔基礎(chǔ)施工沒有以往海洋環(huán)境巖溶洞地質(zhì)大直徑鉆孔灌注樁施工經(jīng)驗(yàn)可循,在施工過程憑借一般陸地或江河巖溶地質(zhì)鉆孔施工經(jīng)驗(yàn),不斷摸索,最終形成了一套海洋環(huán)境巖溶地質(zhì)鉆孔施工技術(shù),形成了海上深水巖溶地層大直徑群樁基礎(chǔ)鉆孔施工病害處理應(yīng)急預(yù)案,經(jīng)過全體職工及技術(shù)專家組全體成員共同努力,樁基成孔質(zhì)量及成樁質(zhì)量都很高,未出現(xiàn)一次斷樁事故,經(jīng)檢測48根樁全部為Ⅰ類樁。6地質(zhì)鉆孔施工注意事項(xiàng)1)海洋環(huán)境鉆孔施工,由于沒有道路和平臺相連,所有材料要通過船舶運(yùn)輸,因此在項(xiàng)目開工前要充分了解海洋自然環(huán)境,要對所處海域的水深、風(fēng)、浪以及大海朝向等進(jìn)行綜合分析,形成海洋環(huán)境對工程影響分析報(bào)告,根據(jù)分析報(bào)告合理配備船機(jī)設(shè)備。2)對于各種巖溶地質(zhì)類型混雜在一起的地質(zhì)情況,在鉆孔施工過程要根據(jù)實(shí)際施工情況采取不同的施工工藝,即便是一個(gè)樁位,也可以采取不同的措施。3)巖溶地質(zhì)鉆孔施工前要有詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案,并且按應(yīng)急預(yù)案準(zhǔn)備相應(yīng)材料和設(shè)備。在鉆孔施工過程如有異常情況發(fā)生,要能在短時(shí)間內(nèi)判斷原因,并根據(jù)分析的原因采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。應(yīng)急響應(yīng)要及時(shí),避免因處理緩慢造成次生病害。4)海