Карст образуется в результате длительного химического растворения водорастворимых пород, таких как известняк, под действием воды. Карстовые слои имеют карстовые каналы, карстовые желоба и карстовые полости; особенно переплетены верхние (нижние) плиты полостей со значительными перепадами высот. Горные слои имеют неровную твёрдость или состоят из наполовину скальных, наполовину грунтовых, наполовину скальных, наполовину растворённых и склоновых пород. Сложность бурения свай мостов в сложных карстовых пластах из-за сложных геологических факторов представляет собой техническую задачу. В данной статье на инженерных примерах представлена строительная технология бурения свай в сложных пластах с сильным развитием карста, а также указаны соответствующие методы строительной обработки и меры предосторожности при строительстве.
Обзор проекта:
Сверхбольшой мост через реку Цзинхэ на третьем участке высокоскоростной железной дороги Пекин — Шанхай расположен в городе Тэнчжоу провинции Шаньдун. Общая длина моста составляет 11,445 км, пролётное строение включает 20 × 24 двупутные балки коробчатого сечения на шарнирных опорах, 328 × 32 двупутные балки коробчатого сечения на шарнирных опорах и 2-(32+48+32) двупутные неразрезные балки коробчатого сечения. Проектирование фундамента всех опор и устоев моста основано на буронабивных свайных фундаментах диаметром 1,0 м — 1422 сваи, общей длиной 44272,77 м; диаметром 1,25 м — 1538 свай, общей длиной 83527,39 м; диаметром 1,50 м — 108 свай, общей длиной 14325,16 м. Опора 203 имеет диаметр 1,50 м и максимальную длину сваи 85,5 м.
Инженерно-геологические особенности:
Большой мост через реку Цзинхэ сложен в основном известняком, с моноклинальной структурой горных пластов. Горные пласты имеют залегание 30°∠12°, а трещины и разломы горных пород в районе площадки моста развиты. На участке Dk580+229~Dk582+100 частота встречи карстовых полостей при бурении достигает 76,9%, а в районах с сильным развитием карста — 90–100%. На участках от Dk582+100 до Dk583+100 частота встречи карстовых полостей при бурении составляет 60,8–73,7%, причём полости распределены цепочкой. В частности, на опоре 203 насчитывается целых 13 цепочковых карстовых полостей, высота полостей обычно составляет от 2 до 8 метров. Высота полости на опоре 286 равна 25,5 м, а на участке от Dk583+100 до Dk586+100 частота встречи карстовых полостей при бурении составляет 66,1–71,9%. На участке Dk586+100~Dk587+100 бурение встречало карстовые полости, что составляет 42,5%, развитые цепочкой. Грунтовые полости в районе площадки моста в основном образованы в результате сочетания подповерхностной эрозии и присасывания под отрицательным давлением, вызванного инфильтрацией поверхностных и подземных вод в перекрывающий грунтовый слой карстовых пластов.
Строительная технология буронабивных свай:
1. Выбор типа буровой установки
Буронабивные сваи большого моста через реку Цзинхэ проходят через глину, супесь, средне-крупный песчаный грунт, аргиллит и известняк. В соответствии с геологическими условиями выбирается мачтовая ударная буровая установка, которая может в любой момент регулировать высоту подъёма (ход) долота в зависимости от твёрдости горного слоя и характеризуется высокой энергией удара.
2. Очередность бурения
Строительство буронабивных свай моста ведётся в сильно развитых и сложных карстовых пластах, а сложная геологическая структура затрудняет бурение и формирование свай. До начала строительства буронабивных свай необходимо точно уяснить геологические условия. Мы применяем принцип сочетания бурения и геофизической разведки. На основе геологического бурения каждой опоры и сваи мы также провели детальную геофизическую разведку всего моста поопорно, чтобы уточнить мощность покрывающего слоя, расположение, количество и состояние заполнения каждой опоры и сваи. Особенно важно выбрать очередность бурения для свайных позиций на основе геологической структуры по данным бурения и геофизической разведки в ходе буровых работ. Основной принцип выбора очередности бурения свайных позиций при строительстве сверхбольшого моста через реку Цзинхэ состоит в том, что для опор с неравной длиной свай буровые работы ведутся в последовательности: сначала длинные сваи, затем короткие. Очередность бурения для одной и той же опоры — от глубоких к мелким и от большего числа (цепочковых) к меньшему, причём сначала строятся крайние и угловые сваи. Такой порядок строительства способствует своевременной закупорке полости, перекрытию хода полости и облегчает строительство следующей сваи.
3. Защита стенок глинистым раствором
Защита стенок глинистым раствором — самая базовая техническая мера при строительстве буронабивных свай. Для усиления защиты стенок глинистым раствором необходимо использовать глину с хорошей вязкостью для приготовления раствора. При ударном бурении глина подаётся напрямую в скважину, а раствор приготавливается продавливанием долотом. При строительстве буронабивных свай сверхбольшого моста через реку Цзинхэ для ключевых и сложных свай со сложной геологией и частыми потерями и обрушениями раствора, чтобы улучшить эффект защиты стенок раствором, также использовался специальный бентонит для геологического бурения для приготовления раствора, что дало значительный эффект защиты стенок. Когда заполняющий материал в полости представляет собой мелкий песок или текучий пластический материал, добавление в раствор соответствующего количества цемента может повысить водонепроницаемость раствора, усилить эффект защиты стенок и эффективно предотвратить обрушение и потери скважины. Расход цемента обычно составляет 10–20% от расхода глины.
4. Искусственные стенки скважины
Защита стенок глинистым раствором — самая базовая техническая мера при строительстве буронабивных свай. Для усиления защиты стенок глинистым раствором необходимо использовать глину с хорошей вязкостью для приготовления раствора. При ударном бурении глина подаётся напрямую в скважину, а раствор приготавливается продавливанием долотом. При строительстве буронабивных свай сверхбольшого моста через реку Цзинхэ для ключевых и сложных свай со сложной геологией и частыми потерями и обрушениями раствора, чтобы улучшить эффект защиты стенок раствором, также использовался специальный бентонит для геологического бурения для приготовления раствора, что дало значительный эффект защиты стенок. Когда заполняющий материал в полости представляет собой мелкий песок или текучий пластический материал, добавление в раствор соответствующего количества цемента может повысить водонепроницаемость раствора, усилить эффект защиты стенок и эффективно предотвратить обрушение и потери скважины. Расход цемента обычно составляет 10–20% от расхода глины.
5. Карстовые полости с утечкой раствора
Большой мост через реку Цзинхэ имеет пласты с сильным развитием карста, причём карстовые полости распределены цепочкой. В частности, на опоре 203 насчитывается целых 13 цепочковых карстовых полостей, высота полостей обычно составляет от 2 до 8 метров. Высота полости на опоре 286 равна 25,5 м, частота встречи полостей при бурении составляет 66,1–71,9%. Район с сильным развитием карста достигает 90–100%, а связанность полузаполненных и незаполненных пустых полостей хорошая. Чтобы ускорить ход строительства и обеспечить сроки, на одной и той же позиции опоры одновременно работают 2–3 буровые установки, что часто приводит к частым утечкам раствора в карстовых полостях скважин. Использование обратной засыпки щебёночно-глиняной смесью для обработки утечек раствора в карстовых полостях скважин неэффективно. Метод обработки утечки раствора в карстовых полостях может заключаться в подаче подводного бетона для закупорки полостей и перекрытия их ходов; поднимите долото из скважины и подайте подводный бетон в скважину. Поверхность заливки должна быть на 2–3 м выше верхней части полости. Подождите 0,5–1,0 часа, чтобы поверхность заливки подводного бетона стабилизировалась, прежде чем извлекать бетонолого, чтобы обеспечить полную закупорку полости подводным бетоном. Подождите, пока подводный бетон наберёт определённую прочность (1–2 дня), прежде чем продолжать бурение. Частые утечки раствора в карстовых полостях опор 289 # и 290 # сверхбольшого моста через реку Цзинхэ были устранены путём заливки подводного бетона для закупорки полостей и перекрытия хода полости, что дало значительные результаты.
>>ещё новости
