CN118461560A - 大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法 - Google Patents

大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法 Download PDF

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CN118461560A
CN118461560A CN202410924213.7A CN202410924213A CN118461560A CN 118461560 A CN118461560 A CN 118461560A CN 202410924213 A CN202410924213 A CN 202410924213A CN 118461560 A CN118461560 A CN 118461560A
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CN202410924213.7A
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杨勇
罗志球
徐耀
刘永华
郑忠良
吴明洋
江智玉
郝滨洲
卯光录
侯雯杰
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First Engineering Co Ltd of China Railway 23rd Bureau Group Co Ltd
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First Engineering Co Ltd of China Railway 23rd Bureau Group Co Ltd
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Abstract

本申请属于桥梁工程技术领域,公开大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,包括:地质勘察与方案规划,采用地质雷达进行全面扫描,制定地基加固处理和溶洞处理方案;地基处理,包括清除原状土、碎石垫层换填、浇筑混凝土垫层和场地预压;溶洞处理,根据溶洞类型、大小、填充情况及周边环境制定综合处理方案;支架搭设与预压,包括支架搭设和支架预压;施工监测,对地基沉降、支架变形和周边构筑物位移进行监测。本发明结合地质勘察与雷达数据分析结果,准确地评估溶洞对地基稳定性的影响,制定出合理的地基处理方案,通过对浅层溶洞和深层溶洞采取不同的处理措施,有效保护孔壁,防止坍塌,显著提高了地基的承载力和稳定性。

Description

大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法
技术领域
本申请涉及桥梁工程技术领域,具体是大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法。
背景技术
近年来,我国加大边远地区交通事业建设力度,西南各地方新建高速公路日益增多。与此同时,新建高速公路与以前高铁既有线交叉概率也越来越多,预制梁无法满足跨越,传统门式支架工艺存在诸多涉铁安全风险等问题,大吨位转体桥日益增多的出现在了跨线桥上,大吨位球铰安装精度难控制、大吨位转体梁稳定性难控制。西南地区地质地貌多为喀斯特地质地貌,地下岩溶发育丰富,桩基础成孔难度大,很容易出现卡钻、掉钻、无法清理溶腔填充物等问题,导致最终无法成孔的问题。溶洞、溶隙的存在易造成桥梁塌陷。岩溶地质成孔质量的好坏、浅层溶洞区现浇梁支架基础处理的好坏以及大吨位球铰安装精度控制的好坏很大程度上决定了工程的成败。
现有技术公开号为CN116219888A的文献提供一种现浇梁施工满堂支架基础处理的施工方法,包括如下步骤:步骤一、浇筑基础混凝土;步骤二、在基础混凝土表面拼装高密度聚乙烯PP板,其中,在高密度聚乙烯PP板与基础混凝土之间设有防滑层;步骤三、在高密度聚乙烯PP板上架设满堂支架。由于高密度聚乙烯PP板强度较高,通过满铺高密度聚乙烯PP板可以将现浇梁满堂支架基础换填处理深度减少,从而大大减少基础换填处理成本,节约基础处理时间,增加满堂支架基础整体强度,最终达到提高工程质量,节约工期,降低施工成本的目的。
上述中的现有技术方案虽然通过现有技术的结构可以实现有关的有益效果,但是仍存在以下缺陷:1、现有技术的施工方案无法适应大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理,溶洞、溶隙的存在易造成桥梁塌陷。2、传统的地质勘察方法,如钻探、坑探等,虽然能直观获取地下地质情况,但存在成本高、效率低、覆盖范围有限等问题,特别是对于大范围、复杂地形的溶洞分布,难以全面准确地进行探测。
鉴于此,我们提出大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法。
发明内容
1.要解决的技术问题。
本申请的目的在于提供一种大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,解决了上述背景技术中提出的技术问题,实现了结合地质勘察与雷达数据分析结果,更准确地评估溶洞对地基稳定性的影响,制定出更为科学合理的地基处理方案,通过对浅层溶洞和深层溶洞采取不同的处理措施,有效保护孔壁,防止坍塌,确保钻孔作业顺利进行,降低了施工风险,增强地基稳定性,显著提高了地基的承载力和稳定性;确保了周边重要构筑物的安全的技术效果。
2.技术方案。
本申请技术方案提供了一种大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,包括以下步骤。
S1、地质勘察与方案规划:采用地质雷达对大范围浅层溶洞区进行全面扫描,扫描范围应覆盖整个工程影响区域,精确识别浅层溶洞的分布、规模、深度及填充情况。根据地质勘察结果,结合施工要求,制定详细的地基加固处理方案和溶洞处理方案。
S2、地基处理:包括清除原状土、碎石垫层换填、浇筑混凝土垫层和场地预压。
清除原状土:在主桥支架现浇范围内,清除原状表面素填土,确保处理区域干净无杂质。
碎石垫层换填:采用50cm厚的碎石垫层进行换填,并用重型压路机进行压实,确保压实度大于90%,以提高地基承载力至fa≥130kPa(具体数值可根据实际情况进行调整)。
浇筑混凝土垫层:在碎石垫层上方浇筑20cm厚的C20混凝土垫层,确保表面平整,防止雨水浸泡、软化支架地基。
场地预压:选取代表性区域(如20x30m)进行预压试验,采用最不利荷载130kPa(具体数值可根据实际情况进行调整)进行分级加载,监测沉降情况,确保施工期沉降量不超过10mm。大面积预压时,设置固定观测点,定期观测对周边建筑的影响,确保安全。对预压试验数据进行详细分析,评估加固效果,调整大面积处理的相关参数。
S3、溶洞处理:根据溶洞的类型、大小、填充情况及周边环境等因素制定综合处理方案。包括浅层溶洞处理和深部溶洞处理;对浅层溶洞采用片石回填夯实、盖板跨越、注浆加固等方法进行处理;对深部溶洞采用钻孔注浆和钻孔爆破等方法进行加固处理。在处理过程中需加强安全监测和环境保护工作,确保工程的安全性和稳定性。
S4、支架搭设与预压:包括支架搭设和支架预压。
支架搭设:根据设计要求搭设满堂支架,支架范围需覆盖梁体水平投影范围并向外侧扩展一米。确保支架具有足够的刚度、强度和稳定性,满足施工需求。
支架预压:在浇筑混凝土前,对支架进行预压,预压重量不少于结构荷载及施工荷载的1.1倍。测量支架的弹性变形量和非弹性变形量,以便在箱梁立模时调整标高和预留变形值。确保支架在充分稳定后(连续三天累计沉降不超过2mm,且预压时间不少于七天)方可浇筑梁体。
S5、施工监测:在施工过程中,对地基沉降、支架变形、周边构筑物位移等进行持续监测,对异常情况进行监测;确保施工安全。一旦发现异常,立即启动应急预案,采取相应措施进行处理。
作为本发明一种可选方案,地质勘察与方案规划包括地质雷达扫描与数据分析。
地质雷达扫描:根据大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础的地形规划,获取地形图,对无人机雷达扫描的路线进行规划。使用地质雷达设备对浅层溶洞区进行全面扫描,获取地下结构的反射图像数据;包括以下步骤。
(1)、地形图获取:使用无人机航拍或卫星遥感技术获取大范围浅层溶洞区的高精度地形图。地形图包含详细的等高线、地貌特征、水系分布等信息,以便进行后续的地形分析和规划。
(2)、无人机雷达扫描路线规划:根据地形图,识别出潜在的溶洞发育区域和重点扫描区域。规划无人机雷达扫描的飞行路线,确保全面覆盖浅层溶洞区,并重点关注地形复杂、岩溶发育强烈的区域。设定合理的飞行高度、速度和扫描角度,以获取高质量的雷达反射图像数据。
(3)、地质雷达扫描实施:选择适合溶洞探测的地质雷达设备,如GPR(GroundPenetrating Radar)系统。确保设备处于良好工作状态,检查天线、电缆、电源等部件的连接和性能。在规划好的扫描路线上设置测线标志,确保无人机或地面探测车能够准确沿测线进行扫描。在关键位置布置地面控制点,以便后续的数据处理和校正。启动无人机,按照规划路线进行雷达扫描。实时监控扫描过程,确保数据采集的连续性和稳定性。
数据分析:通过GPRMax地质雷达数据处理和分析软件对雷达数据进行处理和分析,识别出溶洞的具体位置、形态、规模和填充情况。特别关注溶洞的深度、大小和边界,以及是否有填充物及其性质。包括以下步骤。
数据导入:将地质雷达设备采集到的原始数据导入到GPRMax或与之兼容的数据处理软件中。这些数据通常包括时间序列的回波信号,记录了雷达波在地下介质中的反射情况。
预处理:在数据分析之前,对数据进行预处理,包括去除噪声、滤波和增益调整等,以提高数据的质量和信噪比。
模型建立:在数据分析阶段,根据地质雷达数据反演地下介质的模型。通过GPRMax的模拟功能来辅助进行,通过不断调整模型参数来拟合实际数据。
数据处理与分析:将采集到的雷达数据导入到专业的数据处理软件中,如GPRMax等。进行数据预处理,包括去噪、滤波、增益调整等,以提高数据质量和信噪比。利用GPRMax或与之集成的数据分析工具,对预处理后的雷达数据进行深入分析。这包括使用特定的算法和工具来识别溶洞的位置、形态、规模和填充情况。特别关注溶洞的深度、大小和边界,以及是否有填充物及其性质。GPRMax提供了专门的工具或脚本来处理这些任务,或者用户可能需要编写自定义脚本来实现特定的分析功能。根据地质雷达扫描结果,绘制溶洞分布图,明确溶洞的空间分布和形态特征。结合地质勘察结果,评估溶洞对地基稳定性的影响,包括溶洞规模、填充情况、围岩稳定性等。
结果可视化:将分析结果以图形或图像的形式展示出来,以便直观地理解溶洞的特征。这包括生成二维的雷达图像或三维的地下结构模型等。根据分析结果,对溶洞的特征进行解释,并编写报告。这包括描述溶洞的位置、大小、形状、深度、填充情况等信息,并评估其对地基稳定性的影响。
在这个技术方案中,根据扫描结果和地形规划,对大体积现浇梁支架基础的设计和施工提出合理的建议。针对溶洞区的特殊情况,制定相应的地基处理方案和施工措施,确保工程的安全性和稳定性。
作为本发明一种可选方案,数据处理与分析包括以下内容。
数据整理:从地质雷达扫描获取的数据中提取关键信息,包括反射强度、信号传播时间等。使用专业软件处理雷达数据,识别溶洞的位置、形态、规模和填充情况。
绘制溶洞分布图:利用地理信息系统(GIS)或绘图软件,根据雷达数据在地形图上绘制溶洞分布图。使用不同的颜色或形状表示不同大小或类型的溶洞,确保图示清晰。
评估溶洞的空间分布特征:分析溶洞的空间分布模式,如集中、分散或成群出现。考虑溶洞与地形、水系等自然特征的关系。
评估溶洞的形态特征:描述溶洞的形态,如圆形、椭圆形或其他不规则形状。测量溶洞的尺寸,包括长度、宽度和高度。
评估溶洞填充情况:确定溶洞内是否有填充物,如泥土、碎石或其他物质。评估填充物的性质,如密度、湿度和力学性能。
评估围岩稳定性:检查溶洞周围的岩石类型和结构,评估其稳定性。考虑岩石的裂隙发育程度、节理和断层分布。
综合评估溶洞对地基稳定性的影响:结合溶洞的空间分布、形态特征、填充情况和围岩稳定性,评估其对地基稳定性的潜在影响。考虑溶洞可能导致的不均匀沉降、地基承载力降低等问题。
地基稳定性指数Sf结合溶洞的多个特征来评估。
Sf=w1*D+w2*Ac+w3*Vf+w4*Sc;其中,Sf为地基稳定性指数,是一个综合指标,用于量化地基的稳定性,考虑到溶洞的多个特征。w1为分配给溶洞空间分布特征的权重,反映了这一特征对地基稳定性影响的重要性。D为溶洞的空间分布指数,量化溶洞的空间分布模式,如集中、分散或成群出现的程度。w2为分配给溶洞形态特征的权重,反映了溶洞形态对地基稳定性的影响。Ac为溶洞的面积或尺寸,代表溶洞的大小,通常与溶洞的直径或尺寸相关。w3为分配给溶洞填充情况的权重,反映了填充物的性质和体积对地基稳定性的影响。Vf为填充物的体积,溶洞内填充物的体积,可能影响溶洞对地基稳定性的作用。w4为分配给围岩稳定性的权重,反映了围岩的稳定性对地基整体稳定性的影响。Sc为围岩稳定性系数,评估围岩的稳定性,可能基于围岩的抗剪强度和剪切应力的比值。这些权重w1、w2、w3和w4需要根据实际情况和专业知识来确定,它们反映了不同因素在综合评估中的重要性。
制定地基处理方案:根据评估结果,制定相应的地基处理方案,如灌浆加固、地基置换或桩基施工。考虑地基处理方案的可行性、成本和施工周期。
作为本发明一种可选方案,支架搭设包括以下内容。
支架搭设需严格依据施工图纸和技术要求进行,确保支架结构满足桥梁的承重要求。
选用合格的钢材、木材或组合材料作为支架的主要构件,确保材料质量符合国家标准和工程要求。
支架范围应覆盖梁体水平投影范围,并向外侧扩展至少一米,以增加支架的稳定性和安全性。通过合理的结构设计、材料选择和连接方式,确保支架具有足够的刚度、强度和稳定性,能够承受施工过程中的各种荷载,包括结构荷载、施工荷载以及可能的动荷载。注意支架的垂直度、水平度和连接部位的紧固程度,避免出现倾斜、扭曲或松动现象。同时,做好支架底部的地基处理工作,确保支架基础坚实可靠。
作为本发明一种可选方案,支架预压包括以下内容。
通过预压模拟梁体浇筑后的受力状态,检验支架的承载能力和稳定性,同时测量支架的弹性变形量和非弹性变形量,为箱梁立模时的标高调整和预留变形值提供依据。
预压重量应不少于结构荷载及施工荷载的1.1倍,以确保支架在极端情况下的安全性。
分级加载预压材料(如沙袋、水箱等),并监测支架的变形情况。每级加载后应暂停一段时间,待支架变形稳定后再进行下一级加载。
预压材料的分级加载可以通过设置多个加载阶段i来实现,每个阶段的加载重量Wi是总预压重量的一个比例:Wi=(i/n)×W;W=1.1×(Wstr+Wcon);其中,W为预压重量,模拟梁体浇筑后的总荷载,包括结构荷载和施工荷载的1.1倍。Wstr为结构荷载,指梁体自身重量及预期使用中将承受的荷载。Wcon为施工荷载,指施工过程中临时施加在支架上的荷载,如工人、设备等。Wi为每级加载重量,在分级加载预压材料时,每级加载的重量。n为加载阶段总数,预压过程中将预压材料分的阶段数量。
在预压过程中,定期测量支架的弹性变形量和非弹性变形量。弹性变形量会在卸载后恢复,而非弹性变形量则是永久性的。这些数据对于调整箱梁立模标高和预留变形值至关重要。
弹性变形量δe和非弹性变形量δp可以通过以下公式计算:δe加载−δ卸载;δp=δ加载−δe;其中,δe为弹性变形量,加载后支架发生的可逆变形,卸载后可以恢复的变形量。δp为非弹性变形量,加载后支架发生的不可逆变形,即永久性变形量。δ加载为加载后的变形量:支架在加载预压材料后测量的总变形量。δ卸载为卸载后的变形量:支架在卸载预压材料后测量的变形量。
连续监测支架的沉降情况,当连续三天累计沉降不超过2mm且预压时间不少于七天时,可认为支架已充分稳定,具备浇筑梁体的条件。
在确认支架稳定后,逐步卸载预压材料。根据预压过程中测量的变形数据,调整箱梁立模标高和预留变形值,确保梁体浇筑后的线形和标高符合设计要求。
根据预压过程中测量的变形数据,调整箱梁立模标高H调整和预留变形值ΔH:ΔH=H原始−δpΔH=δe+K×δp;其中,H调整为调整后的箱梁立模标高,根据非弹性变形量调整后的箱梁立模标高。H原始为原始立模标高,在预压前设定的箱梁立模标高。ΔH为预留变形值,根据弹性变形量和非弹性变形量计算的,用于确保梁体浇筑后线形和标高符合设计要求的预留量。K为安全系数,一个大于1的系数,用于在计算预留变形值时考虑额外的安全裕度。
在这个技术方案中,通过科学的设计、精心的施工和严格的监测,可以确保支架的安全性和稳定性,为梁体的高质量浇筑奠定坚实的基础。
作为本发明一种可选方案,在场地预压过程中,为了有效地控制加载速率、监测沉降情况,并据此评估加固效果及确定大面积处理的相关参数;包括以下内容。
1、加载方案:加载分五天进行,每天均匀加载。这样的加载速率旨在平稳地增加地基压力,避免过快加载导致的地基失稳。在加载过程中,严格控制加载量,确保每天加载量精确无误。若因特殊情况(如天气、设备故障等)无法按计划加载,应及时调整后续加载计划,确保总加载量和加载时间满足设计要求。
2、沉降观测:在试验区域中心设置固定观测点,该点应选在具有代表性的位置,能够准确反映整个区域的沉降情况。观测点应稳固可靠,确保在观测过程中不会发生位移或损坏。
每天进行两次沉降观测,分别在早晨和傍晚进行,以获取更为全面的沉降数据。每次观测后,应及时记录观测数据,包括观测时间、观测值、天气情况等,以便后续数据分析。
如当天沉降量超过2cm,则应立即停止加载一天。避免地基因过度沉降而破坏。待沉降趋于稳定后(通常指连续两天的沉降量均小于某一设定值,如0.5cm),方可继续加载。
3、数据分析:连续观测一个月,收集并整理所有沉降观测数据。
对数据进行初步处理,如计算平均沉降量、最大沉降量、沉降速率等指标。通过分析沉降数据,评估地基的加固效果。重点关注沉降趋势是否稳定、沉降量是否在允许范围内等。
若发现地基加固效果不佳或存在安全隐患,应及时调整加固方案或采取补救措施。
根据试验区域的沉降数据和加固效果评估结果,确定大面积处理的相关参数。参数包括加载速率、加载总量、预压时间、地基处理深度等。参数的确定应充分考虑地质条件、工程要求、经济效益等多方面因素,确保大面积处理方案的科学性和可行性。
4、调整和优化:在整个预压过程中,及时总结经验教训,为类似工程提供参考和借鉴。将试验结果和数据分析结果反馈给设计单位和施工单位,根据反馈意见对设计方案和施工方案进行必要的调整和优化。
确保场地预压过程的顺利进行和加固效果的有效评估,为后续的大面积处理提供有力支持。
5、大面积预压时,特别是在铁路附近进行此类作业时,确保铁路的安全稳定至关重要。必须在铁路附近设置固定观测点,定期观测对铁路的影响。检测方案应报铁路相关部门批准。监测报警值:横向位移>3mm/d,累计>30mm;地面沉降25mm,变化速率在3mm/d 之上。当监测值达到上述界限或监测值的变化速率突然增加或连续三天保持高速率时,应及时报警,提请各方重视,分析原因,及时处理。
作为本发明一种可选方案,大面积预压具体包括以下内容。
1、观测点设置:在铁路沿线,特别是与预压区域相邻或可能受影响的区段,设置固定观测点。观测点应选在具有代表性的位置,如桥梁墩台、路基边坡、轨道几何尺寸变化敏感区等。根据铁路的重要性和预压区域的范围,合理确定观测点的数量和分布。确保能够全面反映预压活动对铁路的影响。观测点应安装稳固的观测装置,如位移计、沉降观测桩等,以便准确测量横向位移和地面沉降。
2、定期观测:根据预压活动的进展和铁路管理部门的要求,制定合理的观测频率。每天观测两次(早晚各一次),在预压初期或铁路受影响较大的阶段,可适当增加观测次数。主要观测横向位移和地面沉降两个指标。横向位移反映铁路结构的侧向稳定性,地面沉降则反映地基的压缩变形情况。每次观测后,应及时记录观测数据,包括观测时间、观测值、天气情况等,并绘制相应的变化曲线图,以便后续分析。
3、检测方案报批:根据预压活动的具体情况和铁路管理部门的要求,编制详细的检测方案。方案应包括观测点的设置、观测方法、观测频率、数据记录与处理方法、报警机制等内容。将检测方案报送给铁路相关部门进行审批。在审批过程中,需与铁路管理部门充分沟通,确保检测方案的合理性和可行性。
4、报警机制:根据铁路管理部门的要求和工程实际情况,设定合理的报警值。如横向位移大于3mm/d或累计大于30mm,地面沉降达到25mm且变化速率在3mm/d以上等。当监测值达到上述报警界限或监测值的变化速率突然增加或连续三天保持高速率时,应立即启动报警流程。首先,通知现场负责人和铁路管理部门;其次,组织相关人员对监测数据进行复核和分析;最后,根据分析结果采取相应的应急处理措施。在报警后,应立即停止或调整预压活动,防止对铁路造成进一步影响。同时,组织专家对铁路结构进行安全评估,并根据评估结果制定相应的加固或修复方案。
5、总结与反馈:在整个预压过程中,应定期总结观测数据和监测结果,评估预压活动对铁路的影响。同时,将监测结果和评估报告及时反馈给铁路管理部门和相关单位,以便及时调整施工方案和采取必要的防护措施。
作为本发明一种可选方案,施工监测确保工程在施工过程中安全、顺利进行,包括以下内容。
1. 地基沉降监测:评估地基在施工荷载作用下的稳定性,及时发现并处理地基沉降异常,防止对上部结构造成不利影响。在地基上设置沉降观测点,定期测量并记录沉降数据,分析沉降趋势。如发现沉降速率异常加快或沉降量超出设计允许值,应立即停止施工,查找原因并采取加固措施。
2. 支架变形监测:确保支架系统在施工过程中的稳定性和安全性,防止因支架变形导致安全事故。在支架关键部位安装变形监测设备,如应力传感器、位移计等,实时监测支架变形情况。一旦发现支架变形超出允许范围,应立即采取措施加固支架,必要时重新设计支架方案。
3. 地质条件变化监测:了解施工区域地质条件的变化情况,预防因地质条件变化导致的施工安全问题。通过地质勘探、原位试验等手段,结合施工过程中的地质观察,监测地质条件的变化。如发现溶洞、土洞等地质异常现象,应立即停止施工,制定专项处理方案,确保施工安全。
4. 地下水变化监测:防止地下水变化对地基、基坑等造成不利影响,确保施工安全。设置地下水位观测井,定期测量地下水位,分析地下水变化趋势。如发现地下水位异常上升或下降,应立即查明原因,采取排水、降水或回灌等措施,保持地下水位稳定。
5. 周边构筑物位移监测:评估施工对周边构筑物的影响,防止因施工导致周边构筑物损坏或倒塌。在周边构筑物上设置位移观测点,定期测量并记录位移数据。如发现周边构筑物位移异常,应立即停止施工,分析原因并采取加固或防护措施。
6. 气象环境因素监测:了解施工区域的气象环境状况,预防因恶劣天气导致的施工安全事故。通过气象站或气象预报等途径获取施工区域的气象信息,包括降雨、风速、温度、湿度等。在恶劣天气来临前,应提前做好防护措施,如加固临时设施等,确保施工安全。
3.有益效果。
本申请技术方案中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点。
1、本发明通过结合地质勘察与雷达数据分析结果,可以更准确地评估溶洞对地基稳定性的影响,包括溶洞的规模、填充物性质以及围岩的稳定性等,从而制定出更为科学合理的地基处理方案。
2、根据溶洞分布情况,可以优化大体积现浇梁支架基础的布局和施工方案,避免在溶洞区域进行不适当的施工操作,减少施工难度和成本,提高施工效率和安全性。
3、通过无人机和地质雷达的联合应用,可以高效覆盖大范围区域,减少人力物力投入,同时快速获取高精度地形图和地下结构信息,提高资源利用效率。数据分析结果以图形或图像的形式直观展示,便于决策者快速理解溶洞特征和地基稳定性状况,为项目决策提供强有力的数据支持。
4、可以及时发现潜在问题,通过对地基沉降、支架变形、周边构筑物位移等关键参数的持续监测,能够及时发现施工过程中的潜在问题或异常情况,为及时采取应对措施提供了可能。可以提高工程质量,施工监测有助于控制施工过程中的变形和位移,确保结构物的几何尺寸和线形满足设计要求。
5、通过严格按照设计要求搭设满堂支架,并扩展至梁体水平投影范围外侧一米,有效防止了施工过程中的坍塌风险,保障了施工人员和现场设备的安全。通过支架预压,可以模拟实际施工荷载,使支架产生相应的变形,其中非弹性变形部分在预压过程中被消除,从而避免了在后续混凝土浇筑时发生不可预测的沉降,提高了结构的稳定性。
6、通过对浅层溶洞和深层溶洞采取不同的处理措施,有效保护孔壁,防止坍塌,确保钻孔作业顺利进行,降低了施工风险,增强地基稳定性,显著提高了地基的承载力和稳定性。确保了周边重要构筑物的安全。
附图说明
图1为本申请大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法的流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本申请作进一步详细说明。
在广西岩溶地区,场地岩溶发育等级根据地表岩溶发育密度、线岩溶率、遇洞率和单位涌水量等进行综合判别,桥位区钻孔遇洞率54.2%,钻孔线岩溶率1%~49.1%,钻孔岩溶发育为弱发育~强烈发育,工点场地岩溶发育为中等发育。溶洞、溶隙的存在易造成桥梁塌陷,因此,桥梁桩基端承桩不得落在溶洞、溶隙中,施工过程中洞高较大的溶洞应预注浆(或灌砂(碎石)后再注浆)或预先灌注混凝土处理或钢管下至岩面成孔至溶洞时回填粘性土、膨胀土、水泥、片石处理,并做好防施工诱发岩溶塌陷施工预案,洞高较小的溶洞冲至溶洞时,抛片石、碎块、粘土块、袋装水泥砼等方法回填溶洞。在岩溶发育强烈的路段,采取措施,防止砼灌注过程中水泥浆流失的质量事故。大范围浅层溶洞区大体积现浇梁施工的重点是对支架基础进行有效处理。地基处理前进行地质雷达扫描,弄清浅层溶洞分布情况,精准换填、注浆,满足支架施工需求。
参照图1,本申请实施例提供了一种大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,包括以下步骤。
S1、地质勘察与方案规划:采用地质雷达对大范围浅层溶洞区进行全面扫描,扫描范围应覆盖整个工程影响区域,精确识别浅层溶洞的分布、规模、深度及填充情况。根据地质勘察结果,结合施工要求,制定详细的地基加固处理方案和溶洞处理方案。全面扫描有助于更准确地识别溶洞分布情况,为方案规划提供全面、详实的数据支持。同时,在制定方案时,应充分考虑地质条件、施工要求及工期限制等因素,确保方案的合理性和可行性。
S2、地基处理:包括清除原状土、碎石垫层换填、浇筑混凝土垫层和场地预压。
清除原状土:在主桥支架现浇范围内,清除原状表面素填土,确保处理区域干净无杂质。
碎石垫层换填:采用50cm厚的碎石垫层进行换填,并用重型压路机进行压实,确保压实度大于90%,以提高地基承载力至fa≥130kPa(具体数值可根据实际情况进行调整)。
浇筑混凝土垫层:在碎石垫层上方浇筑20cm厚的C20混凝土垫层,确保表面平整,防止雨水浸泡、软化支架地基。
场地预压:选取代表性区域(如20x30m)进行预压试验,采用最不利荷载130kPa(具体数值可根据实际情况进行调整)进行分级加载,监测沉降情况,确保施工期沉降量不超过10mm。大面积预压时,设置固定观测点,定期观测对周边建筑的影响,确保安全。对预压试验数据进行详细分析,评估加固效果,调整大面积处理的相关参数。
S3、溶洞处理:根据溶洞的类型、大小、填充情况及周边环境等因素制定综合处理方案。包括浅层溶洞处理和深部溶洞处理;对浅层溶洞采用片石回填夯实、盖板跨越、注浆加固等方法进行处理;对深部溶洞采用钻孔注浆和钻孔爆破等方法进行加固处理。在处理过程中需加强安全监测和环境保护工作,确保工程的安全性和稳定性。
S4、支架搭设与预压:包括支架搭设和支架预压。
支架搭设:根据设计要求搭设满堂支架,支架范围需覆盖梁体水平投影范围并向外侧扩展一米。确保支架具有足够的刚度、强度和稳定性,满足施工需求。
支架预压:在浇筑混凝土前,对支架进行预压,预压重量不少于结构荷载及施工荷载的1.1倍。测量支架的弹性变形量和非弹性变形量,以便在箱梁立模时调整标高和预留变形值。确保支架在充分稳定后(连续三天累计沉降不超过2mm,且预压时间不少于七天)方可浇筑梁体。
S5、施工监测:在施工过程中,对地基沉降、支架变形、周边构筑物位移等进行持续监测,对异常情况进行监测;确保施工安全。一旦发现异常,立即启动应急预案,采取相应措施进行处理。
进一步的,地质勘察与方案规划,包括地质雷达扫描与数据分析。
地质雷达扫描:根据大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础的地形规划,获取地形图,对无人机雷达扫描的路线进行规划。使用地质雷达设备对浅层溶洞区进行全面扫描,获取地下结构的反射图像数据;包括以下步骤。
(1)、地形图获取:使用无人机航拍或卫星遥感技术获取大范围浅层溶洞区的高精度地形图。地形图包含详细的等高线、地貌特征、水系分布等信息,以便进行后续的地形分析和规划。
(2)、无人机雷达扫描路线规划:根据地形图,识别出潜在的溶洞发育区域和重点扫描区域。规划无人机雷达扫描的飞行路线,确保全面覆盖浅层溶洞区,并重点关注地形复杂、岩溶发育强烈的区域。设定合理的飞行高度、速度和扫描角度,以获取高质量的雷达反射图像数据。
(3)、地质雷达扫描实施:选择适合溶洞探测的地质雷达设备,如GPR(GroundPenetrating Radar)系统。确保设备处于良好工作状态,检查天线、电缆、电源等部件的连接和性能。在规划好的扫描路线上设置测线标志,确保无人机或地面探测车能够准确沿测线进行扫描。在关键位置布置地面控制点,以便后续的数据处理和校正。启动无人机,按照规划路线进行雷达扫描。实时监控扫描过程,确保数据采集的连续性和稳定性。
数据分析:通过GPRMax地质雷达数据处理和分析软件对雷达数据进行处理和分析,识别出溶洞的具体位置、形态、规模和填充情况。特别关注溶洞的深度、大小和边界,以及是否有填充物及其性质。包括以下步骤。
数据导入:将地质雷达设备采集到的原始数据导入到GPRMax或与之兼容的数据处理软件中。这些数据通常包括时间序列的回波信号,记录了雷达波在地下介质中的反射情况。
预处理:在数据分析之前,对数据进行预处理,包括去除噪声、滤波和增益调整等,以提高数据的质量和信噪比。
模型建立:在数据分析阶段,根据地质雷达数据反演地下介质的模型。通过GPRMax的模拟功能来辅助进行,通过不断调整模型参数来拟合实际数据。
数据处理与分析:将采集到的雷达数据导入到专业的数据处理软件中,如GPRMax等。进行数据预处理,包括去噪、滤波、增益调整等,以提高数据质量和信噪比。利用GPRMax或与之集成的数据分析工具,对预处理后的雷达数据进行深入分析。这包括使用特定的算法和工具来识别溶洞的位置、形态、规模和填充情况。特别关注溶洞的深度、大小和边界,以及是否有填充物及其性质。GPRMax提供了专门的工具或脚本来处理这些任务,或者用户可能需要编写自定义脚本来实现特定的分析功能。根据地质雷达扫描结果,绘制溶洞分布图,明确溶洞的空间分布和形态特征。结合地质勘察结果,评估溶洞对地基稳定性的影响,包括溶洞规模、填充情况、围岩稳定性等。
结果可视化:将分析结果以图形或图像的形式展示出来,以便直观地理解溶洞的特征。这包括生成二维的雷达图像或三维的地下结构模型等。根据分析结果,对溶洞的特征进行解释,并编写报告。这包括描述溶洞的位置、大小、形状、深度、填充情况等信息,并评估其对地基稳定性的影响。
在这个技术方案中,根据扫描结果和地形规划,对大体积现浇梁支架基础的设计和施工提出合理的建议。针对溶洞区的特殊情况,制定相应的地基处理方案和施工措施,确保工程的安全性和稳定性。
进一步的,数据处理与分析包括以下内容。
数据整理:从地质雷达扫描获取的数据中提取关键信息,包括反射强度、信号传播时间等。使用专业软件处理雷达数据,识别溶洞的位置、形态、规模和填充情况。
绘制溶洞分布图:利用地理信息系统(GIS)或绘图软件,根据雷达数据在地形图上绘制溶洞分布图。使用不同的颜色或形状表示不同大小或类型的溶洞,确保图示清晰。
评估溶洞的空间分布特征:分析溶洞的空间分布模式,如集中、分散或成群出现。考虑溶洞与地形、水系等自然特征的关系。
评估溶洞的形态特征:描述溶洞的形态,如圆形、椭圆形或其他不规则形状。测量溶洞的尺寸,包括长度、宽度和高度。
评估溶洞填充情况:确定溶洞内是否有填充物,如泥土、碎石或其他物质。评估填充物的性质,如密度、湿度和力学性能。
评估围岩稳定性:检查溶洞周围的岩石类型和结构,评估其稳定性。考虑岩石的裂隙发育程度、节理和断层分布。
综合评估溶洞对地基稳定性的影响:结合溶洞的空间分布、形态特征、填充情况和围岩稳定性,评估其对地基稳定性的潜在影响。考虑溶洞可能导致的不均匀沉降、地基承载力降低等问题。
地基稳定性指数Sf结合溶洞的多个特征来评估。
Sf=w1*D+w2*Ac+w3*Vf+w4*Sc;其中,Sf为地基稳定性指数,是一个综合指标,用于量化地基的稳定性,考虑到溶洞的多个特征。w1为分配给溶洞空间分布特征的权重,反映了这一特征对地基稳定性影响的重要性。D为溶洞的空间分布指数,量化溶洞的空间分布模式,如集中、分散或成群出现的程度。w2为分配给溶洞形态特征的权重,反映了溶洞形态对地基稳定性的影响。Ac为溶洞的面积或尺寸,代表溶洞的大小,通常与溶洞的直径或尺寸相关。w3为分配给溶洞填充情况的权重,反映了填充物的性质和体积对地基稳定性的影响。Vf为填充物的体积,溶洞内填充物的体积,可能影响溶洞对地基稳定性的作用。w4为分配给围岩稳定性的权重,反映了围岩的稳定性对地基整体稳定性的影响。Sc为围岩稳定性系数,评估围岩的稳定性,可能基于围岩的抗剪强度和剪切应力的比值。这些权重w1、w2、w3和w4需要根据实际情况和专业知识来确定,它们反映了不同因素在综合评估中的重要性。公式中的每个组成部分都应该基于详细的地质勘察数据和专业分析来量化。能够提供一个综合的视图,帮助工程师和决策者理解溶洞对地基稳定性的潜在影响,并据此制定相应的地基处理方案。
制定地基处理方案:根据评估结果,制定相应的地基处理方案,如灌浆加固、地基置换或桩基施工。考虑地基处理方案的可行性、成本和施工周期。
进一步的,支架搭设包括以下内容。
支架搭设需严格依据施工图纸和技术要求进行,确保支架结构满足桥梁的承重要求。
选用合格的钢材、木材或组合材料作为支架的主要构件,确保材料质量符合国家标准和工程要求。
支架范围应覆盖梁体水平投影范围,并向外侧扩展至少一米,以增加支架的稳定性和安全性。通过合理的结构设计、材料选择和连接方式,确保支架具有足够的刚度、强度和稳定性,能够承受施工过程中的各种荷载,包括结构荷载、施工荷载以及可能的动荷载。注意支架的垂直度、水平度和连接部位的紧固程度,避免出现倾斜、扭曲或松动现象。同时,做好支架底部的地基处理工作,确保支架基础坚实可靠。
进一步的,支架预压包括以下内容。
通过预压模拟梁体浇筑后的受力状态,检验支架的承载能力和稳定性,同时测量支架的弹性变形量和非弹性变形量,为箱梁立模时的标高调整和预留变形值提供依据。
预压重量应不少于结构荷载及施工荷载的1.1倍,以确保支架在极端情况下的安全性。
分级加载预压材料(如沙袋、水箱等),并监测支架的变形情况。每级加载后应暂停一段时间,待支架变形稳定后再进行下一级加载。
预压材料的分级加载可以通过设置多个加载阶段i来实现,每个阶段的加载重量Wi是总预压重量的一个比例:Wi=(i/n)×W;W=1.1×(Wstr+Wcon);其中,W为预压重量,模拟梁体浇筑后的总荷载,包括结构荷载和施工荷载的1.1倍。Wstr为结构荷载,指梁体自身重量及预期使用中将承受的荷载。Wcon为施工荷载,指施工过程中临时施加在支架上的荷载,如工人、设备等。Wi为每级加载重量,在分级加载预压材料时,每级加载的重量。n为加载阶段总数,预压过程中将预压材料分的阶段数量。
在预压过程中,定期测量支架的弹性变形量和非弹性变形量。弹性变形量会在卸载后恢复,而非弹性变形量则是永久性的。这些数据对于调整箱梁立模标高和预留变形值至关重要。
弹性变形量δe和非弹性变形量δp可以通过以下公式计算:δe加载−δ卸载;δp=δ加载−δe;其中,δe为弹性变形量,加载后支架发生的可逆变形,卸载后可以恢复的变形量。δp为非弹性变形量,加载后支架发生的不可逆变形,即永久性变形量。δ加载为加载后的变形量:支架在加载预压材料后测量的总变形量。δ卸载为卸载后的变形量:支架在卸载预压材料后测量的变形量。
连续监测支架的沉降情况,当连续三天累计沉降不超过2mm且预压时间不少于七天时,可认为支架已充分稳定,具备浇筑梁体的条件。
在确认支架稳定后,逐步卸载预压材料。根据预压过程中测量的变形数据,调整箱梁立模标高和预留变形值,确保梁体浇筑后的线形和标高符合设计要求。
根据预压过程中测量的变形数据,调整箱梁立模标高H调整和预留变形值ΔH:ΔH=H原始−δpΔH=δe+K×δp;其中,H调整为调整后的箱梁立模标高,根据非弹性变形量调整后的箱梁立模标高。H原始为原始立模标高,在预压前设定的箱梁立模标高。ΔH为预留变形值,根据弹性变形量和非弹性变形量计算的,用于确保梁体浇筑后线形和标高符合设计要求的预留量。K为安全系数,一个大于1的系数,用于在计算预留变形值时考虑额外的安全裕度。
在这个技术方案中,通过科学的设计、精心的施工和严格的监测,可以确保支架的安全性和稳定性,为梁体的高质量浇筑奠定坚实的基础。
进一步的,在场地预压过程中,为了有效地控制加载速率、监测沉降情况,并据此评估加固效果及确定大面积处理的相关参数;包括以下内容。
1、加载方案:加载分五天进行,每天均匀加载。这样的加载速率旨在平稳地增加地基压力,避免过快加载导致的地基失稳。在加载过程中,严格控制加载量,确保每天加载量精确无误。若因特殊情况(如天气、设备故障等)无法按计划加载,应及时调整后续加载计划,确保总加载量和加载时间满足设计要求。
2、沉降观测:在试验区域中心设置固定观测点,该点应选在具有代表性的位置,能够准确反映整个区域的沉降情况。观测点应稳固可靠,确保在观测过程中不会发生位移或损坏。
每天进行两次沉降观测,分别在早晨和傍晚进行,以获取更为全面的沉降数据。每次观测后,应及时记录观测数据,包括观测时间、观测值、天气情况等,以便后续数据分析。
如当天沉降量超过2cm,则应立即停止加载一天。避免地基因过度沉降而破坏。待沉降趋于稳定后(通常指连续两天的沉降量均小于某一设定值,如0.5cm),方可继续加载。
3、数据分析:连续观测一个月,收集并整理所有沉降观测数据。
对数据进行初步处理,如计算平均沉降量、最大沉降量、沉降速率等指标。通过分析沉降数据,评估地基的加固效果。重点关注沉降趋势是否稳定、沉降量是否在允许范围内等。若发现地基加固效果不佳或存在安全隐患,应及时调整加固方案或采取补救措施。
根据试验区域的沉降数据和加固效果评估结果,确定大面积处理的相关参数。参数包括加载速率、加载总量、预压时间、地基处理深度等。参数的确定应充分考虑地质条件、工程要求、经济效益等多方面因素,确保大面积处理方案的科学性和可行性。
4、调整和优化:在整个预压过程中,及时总结经验教训,为类似工程提供参考和借鉴。将试验结果和数据分析结果反馈给设计单位和施工单位,根据反馈意见对设计方案和施工方案进行必要的调整和优化。确保场地预压过程的顺利进行和加固效果的有效评估,为后续的大面积处理提供有力支持。
5、大面积预压时,特别是在铁路附近进行此类作业时,确保铁路的安全稳定至关重要。必须在铁路附近设置固定观测点,定期观测对铁路的影响。检测方案应报铁路相关部门批准。监测报警值:横向位移>3mm/d,累计>30mm;地面沉降25mm,变化速率在3mm/d 之上。当监测值达到上述界限或监测值的变化速率突然增加或连续三天保持高速率时,应及时报警,提请各方重视,分析原因,及时处理。
进一步的,大面积预压具体包括以下内容。
1、观测点设置:在铁路沿线,特别是与预压区域相邻或可能受影响的区段,设置固定观测点。观测点应选在具有代表性的位置,如桥梁墩台、路基边坡、轨道几何尺寸变化敏感区等。根据铁路的重要性和预压区域的范围,合理确定观测点的数量和分布。确保能够全面反映预压活动对铁路的影响。观测点应安装稳固的观测装置,如位移计、沉降观测桩等,以便准确测量横向位移和地面沉降。
2、定期观测:根据预压活动的进展和铁路管理部门的要求,制定合理的观测频率。每天观测两次(早晚各一次),在预压初期或铁路受影响较大的阶段,可适当增加观测次数。主要观测横向位移和地面沉降两个指标。横向位移反映铁路结构的侧向稳定性,地面沉降则反映地基的压缩变形情况。每次观测后,应及时记录观测数据,包括观测时间、观测值、天气情况等,并绘制相应的变化曲线图,以便后续分析。
3、检测方案报批:根据预压活动的具体情况和铁路管理部门的要求,编制详细的检测方案。方案应包括观测点的设置、观测方法、观测频率、数据记录与处理方法、报警机制等内容。将检测方案报送给铁路相关部门进行审批。在审批过程中,需与铁路管理部门充分沟通,确保检测方案的合理性和可行性。
4、报警机制:根据铁路管理部门的要求和工程实际情况,设定合理的报警值。如横向位移大于3mm/d或累计大于30mm,地面沉降达到25mm且变化速率在3mm/d以上等。当监测值达到上述报警界限或监测值的变化速率突然增加或连续三天保持高速率时,应立即启动报警流程。首先,通知现场负责人和铁路管理部门;其次,组织相关人员对监测数据进行复核和分析;最后,根据分析结果采取相应的应急处理措施。在报警后,应立即停止或调整预压活动,防止对铁路造成进一步影响。同时,组织专家对铁路结构进行安全评估,并根据评估结果制定相应的加固或修复方案。
5、总结与反馈:在整个预压过程中,应定期总结观测数据和监测结果,评估预压活动对铁路的影响。同时,将监测结果和评估报告及时反馈给铁路管理部门和相关单位,以便及时调整施工方案和采取必要的防护措施。
进一步的,浅层溶洞处理包括以下内容。
(1)、处治浅层溶洞,特别是土洞,采用钢护筒跟进法。钢护筒能够有效地保护孔壁,防止坍塌,同时确保钻孔的顺利进行。
(2)、对基桩处于单层或层数不多浅层溶洞区且洞高小于3m的浅层溶洞,当钻孔至距溶洞顶lm左右时,应减小冲程,通过短冲程快速冲击方式逐渐将洞顶击穿,防止因冲程过大导致卡钻或孔壁坍塌。
(3)、在钻至浅层溶洞顶前,应预先准备充足的小片石和粘土混合物。通过反复冲砸补漏,可以有效地填充溶洞空间,提高地基的稳定性。在钻至地表以下、地下水位以上范围内的浅层溶洞顶前,预先准备充足的小片石(片石直径10-20cm)、粘土(粘土做成球状或饼状,直径15-20cm)和水泥。根据溶洞的大小,回填片石和粘土的混合物,进行反复冲砸补漏,片石和粘土混合物的比例为4:1。
(4)、土洞以外10m范围以内有重要构筑物时,土洞体积较大,且具有一定的连通性,为保证周围构筑物的安全性,对土洞进行预处理,包括截流、防渗和堵漏,做好地表水的截流工作,防止地表水渗入土洞区域。对地下水进行防渗处理,减少地下水对土洞的影响。采取堵漏措施,确保土洞区域无渗漏现象,防止土洞进一步扩大或新土洞的产生。对于地表水形成的浅层土洞和塌陷,先挖除软土,然后用块石或片石混凝土回填并夯实。
(5)、对浅埋的岩溶土洞,可将其挖开或爆破揭顶,如洞内有塌陷松软土体,应将其挖除,再用块石、片石、砂等填入,然后覆盖粘性土并夯实。
(6)、埋深在10米以内、洞体较小、空洞或半充填溶洞,可采用挖孔桩施工工艺成孔。能够直接观察地质情况,并根据实际情况进行灵活处理。
(7)、当使用冲击钻机钻孔时,钢护筒内径应比钻头直径大20~40cm;护筒厚度保证1/130d~1/150d,且不少于10mm;护筒顶面宜高出施工水位或地下水位2m,还应满足孔内泥浆面的高度要求,在旱地或筑岛时还应高出施工地面0.5m。以确保护筒能够顺利下入并起到保护作用。
(8)、钢护筒入土深度控制在15m内以保护软弱覆盖层。当表层土层较软弱时且溶洞发育强烈,钢护筒应全面入岩,且不允许落在倾斜岩面上;若下层土层较坚硬密实,且无溶洞发育,钢护筒应进入该密实土层至少0.5m。
(9)、 钢护筒跟进方法采用分段驳接振入法,通过边成孔边用振动锤振入驳接加长钢护筒,或在确定进入岩面时,直接从孔顶驳入护筒。同时节段间的焊接应密实,不漏水。确保护筒的顺利跟进和孔壁的稳定性。
(10)、钢护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5cm,倾斜度不得大于1%。确保成桩质量和施工安全。
进一步的,深部溶洞处理包括以下内容。
(1)、对于埋深大于10m且洞高小于5m的溶洞。
(1.1)、单个溶洞且无充填或半充填的情况下,采用片石加黏土的反复冲孔方法。通过不断地投入片石和黏土,利用冲孔机的冲击力将材料挤入溶洞内部,填充溶洞空间,同时增强地基的稳定性。另外,也可以考虑灌注一定的低标号混凝土来加固溶洞。灌注混凝土后,再进行冲孔作业,以确保溶洞得到充分的填充和加固。
(1.2)、串珠状溶洞情况下,由于其形态复杂、连通性强,可提前在桩基中心周边0.5-1.0m的范围内采用溶洞压浆技术。通过压注水泥浆或其他合适的注浆材料,填充溶洞之间的空隙,形成一道坚实的帷幕,防止溶洞对桩基施工造成不利影响。
(2)对于埋深大于10m 且洞高大于5m 的溶洞。
(2.1)、在有充填物情况下,需要根据充填物的性质来选择合适的回填材料。如果充填物为石质且较为坚硬,那么回填材料应以填土为主,以充分利用其承载能力。如果充填物为土且较为松软,那么回填材料应以片石为主,以增强地基的稳定性。如果在回填过程中出现漏浆情况严重,说明溶洞内部可能存在较大的空洞或裂缝。此时需要抛填片石、黏土和水泥至孔底,并灌注C20水下混凝土来加固孔壁和溶洞底部。
(2.2)、在单个溶洞无填充物情况下,采用回填片石和黏土的方法来处理。由于溶洞内部无支撑结构,因此需要以片石为主来回填溶洞空间,以形成坚实的支撑体。同时,也可以考虑填充混凝土或采用压浆技术来进一步加固溶洞。
(2.3)、 串珠状溶洞或空洞洞高超过8m的情况下,由于溶洞规模较大、连通性强且对桩基施工的影响更为显著,因此需要采取更为严格和有效的处理措施。除了采用溶洞压浆技术外,还可以考虑使用旋喷帷幕技术来处理。旋喷帷幕技术通过高压喷射水泥浆或其他注浆材料在溶洞周围形成一道坚实的帷幕墙,有效地隔离溶洞与桩基施工区域之间的联系,确保施工安全和工程质量。可提前在桩基中心周边0.5-1.0m 的范围内采用溶洞压浆技术或旋喷帷幕技术进行处理。
在这个技术方案中,深部溶洞处理需要根据溶洞的具体情况和施工条件来选择合适的处理方法和措施。通过科学合理地设计和施工,可以确保溶洞得到充分的填充和加固,从而保障桩基施工的安全性和稳定性。
进一步的,施工监测确保工程在施工过程中安全、顺利进行,通过地基沉降监测结果、 支架变形监测结果、地质条件变化监测结果、地下水变化监测结果、周边构筑物位移监测结果和气象环境因素监测结果,对异常情况进行监测,及时识别施工过程中的异常情况。包括以下内容。
1. 地基沉降监测:评估地基在施工荷载作用下的稳定性,及时发现并处理地基沉降异常,防止对上部结构造成不利影响。在地基上设置沉降观测点,定期测量并记录沉降数据,分析沉降趋势。如发现沉降速率异常加快或沉降量超出设计允许值,应立即停止施工,查找原因并采取加固措施。
2. 支架变形监测:确保支架系统在施工过程中的稳定性和安全性,防止因支架变形导致安全事故。在支架关键部位安装变形监测设备,如应力传感器、位移计等,实时监测支架变形情况。一旦发现支架变形超出允许范围,应立即采取措施加固支架,必要时重新设计支架方案。
3. 地质条件变化监测:了解施工区域地质条件的变化情况,预防因地质条件变化导致的施工安全问题。通过地质勘探、原位试验等手段,结合施工过程中的地质观察,监测地质条件的变化。如发现溶洞、土洞等地质异常现象,应立即停止施工,制定专项处理方案,确保施工安全。
4. 地下水变化监测:防止地下水变化对地基、基坑等造成不利影响,确保施工安全。设置地下水位观测井,定期测量地下水位,分析地下水变化趋势。如发现地下水位异常上升或下降,应立即查明原因,采取排水、降水或回灌等措施,保持地下水位稳定。
5. 周边构筑物位移监测:评估施工对周边构筑物的影响,防止因施工导致周边构筑物损坏或倒塌。在周边构筑物上设置位移观测点,定期测量并记录位移数据。如发现周边构筑物位移异常,应立即停止施工,分析原因并采取加固或防护措施。
6. 气象环境因素监测:了解施工区域的气象环境状况,预防因恶劣天气导致的施工安全事故。通过气象站或气象预报等途径获取施工区域的气象信息,包括降雨、风速、温度、湿度等。在恶劣天气来临前,应提前做好防护措施,如加固临时设施等,确保施工安全。
针对可能出现的异常情况,提前制定详细的应急预案,明确应急响应流程、责任人和应对措施。一旦发现异常情况,应立即启动应急预案,迅速组织力量进行处置,防止事态扩大。
在这个技术方案中,施工监测是确保施工安全和质量的重要手段。通过全面、持续的监测和及时的异常处理措施,可以有效预防施工安全事故的发生。
本发明通过地质雷达扫描,结合地质勘察与雷达数据分析结果,可以更准确地评估溶洞对地基稳定性的影响,制定出更为科学合理的地基处理方案。通过无人机和地质雷达的联合应用,可以高效覆盖大范围区域,减少人力物力投入,同时快速获取高精度地形图和地下结构信息,提高资源利用效率。数据分析结果以图形或图像的形式直观展示,便于决策者快速理解溶洞特征和地基稳定性状况,为项目决策提供强有力的数据支持。可以及时发现潜在问题,通过对地基沉降、支架变形、周边构筑物位移等关键参数的持续监测,能够及时发现施工过程中的潜在问题或异常情况,为及时采取应对措施提供了可能。通过及时发现并处理异常情况,可以避免因施工不当导致的质量问题,提高工程整体质量。通过严格按照设计要求搭设满堂支架,并扩展至梁体水平投影范围外侧一米,有效防止了施工过程中的坍塌风险,保障了施工人员和现场设备的安全。通过支架预压,可以模拟实际施工荷载,使支架产生相应的变形,其中非弹性变形部分在预压过程中被消除,从而避免了在后续混凝土浇筑时发生不可预测的沉降,提高了结构的稳定性。通过对浅层溶洞和深层溶洞采取不同的处理措施,有效保护孔壁,防止坍塌,确保钻孔作业顺利进行,降低了施工风险,增强地基稳定性,显著提高了地基的承载力和稳定性。确保了周边重要构筑物的安全。
以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、地质勘察与方案规划:采用地质雷达对整个工程影响区域进行全面扫描,精确识别浅层溶洞的分布、规模、深度及填充情况;根据地质勘察结果,结合施工要求,制定地基加固处理方案和溶洞处理方案;
S2、地基处理:包括清除原状土、碎石垫层换填、浇筑混凝土垫层和场地预压;
S3、溶洞处理:根据溶洞的类型、大小、填充情况及周边环境因素制定综合处理方案;具体包括:
S31、浅层溶洞处理;
S32、深部溶洞处理;
S4、支架搭设与预压:包括支架搭设和支架预压;
支架搭设:根据设计要求搭设满堂支架,支架范围覆盖梁体水平投影范围并向外侧扩展一米;
支架预压:在浇筑混凝土前,对支架进行预压;测量支架的弹性变形量和非弹性变形量,以便在箱梁立模时调整标高和预留变形值;确保支架在充分稳定后方可浇筑梁体;
S5、施工监测:在施工过程中,对地基沉降、支架变形和周边构筑物位移进行持续监测,对异常情况进行监测。
2.根据权利要求1所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S2包括以下步骤:
S21、清除原状土:在主桥支架现浇范围内,清除原状表面素填土,确保处理区域干净无杂质;
S22、碎石垫层换填:采用50cm厚的碎石垫层进行换填,并用重型压路机进行压实,确保压实度大于90%,以提高地基承载力;
S23、浇筑混凝土垫层:在碎石垫层上方浇筑20cm厚的C20混凝土垫层,确保表面平整;
S24、场地预压:选取代表性区域进行预压试验,采用最不利荷载进行分级加载,监测沉降情况,确保施工期沉降量不超过10mm;大面积预压时,设置固定观测点,定期观测对周边建筑的影响,对预压试验数据进行详细分析。
3.根据权利要求1所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S1包括以下步骤:
S11、地质雷达扫描:根据现浇梁支架基础的地形规划,获取地形图,对无人机雷达扫描的路线进行规划,使用地质雷达设备进行全面扫描,获取地下结构的反射图像数据;
S12、数据分析:对雷达数据进行处理和分析,识别出溶洞的具体位置、形态、规模和填充情况。
4.根据权利要求3所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S11包括以下步骤:
S111、地形图获取:使用卫星遥感技术获取高精度地形图;地形图包含详细的等高线、地貌特征和水系分布信息;
S112、无人机雷达扫描路线规划:根据地形图,识别出潜在的溶洞发育区域和重点扫描区域;规划无人机雷达扫描的飞行路线;设定飞行高度、速度和扫描角度,以获取高质量的雷达反射图像数据;
S113、地质雷达扫描实施:选择适合溶洞探测的地质雷达设备,启动无人机,按照规划路线进行雷达扫描。
5.根据权利要求3所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S12包括以下步骤:
S121、数据导入:将地质雷达设备采集到的原始数据导入到GPRMax数据处理软件中;
S122、预处理:对数据进行预处理,包括去除噪声、滤波和增益调整,以提高数据的质量和信噪比;
S123、模型建立:根据地质雷达数据反演地下介质的模型,通过GPRMax的模拟功能来辅助进行,通过不断调整模型参数来拟合实际数据;
S124、数据处理与分析:将采集到的雷达数据导入到专业的数据处理软件中,进行数据预处理;利用GPRMax对预处理后的雷达数据进行深入分析;识别溶洞的位置、形态、规模和填充情况;
S125、结果可视化:将分析结果以图形或图像的形式展示出来。
6.根据权利要求5所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S124数据处理与分析,包括以下内容:
数据整理:从地质雷达扫描获取的数据中提取关键信息;使用专业软件处理雷达数据,识别溶洞的位置、形态、规模和填充情况;
绘制溶洞分布图:利用地理信息系统GIS,根据雷达数据在地形图上绘制溶洞分布图;
评估溶洞的空间分布特征:分析溶洞的空间分布模式,包括集中、分散或成群出现;
评估溶洞的形态特征:描述溶洞的形态,测量溶洞的尺寸;
评估溶洞填充情况:确定溶洞内是否有填充物;评估填充物的性质;
评估围岩稳定性:检查溶洞周围的岩石类型和结构,评估其稳定性,考虑岩石的裂隙发育程度、节理和断层分布;
综合评估溶洞对地基稳定性的影响:结合溶洞的空间分布、形态特征、填充情况和围岩稳定性,评估其对地基稳定性的潜在影响;
制定地基处理方案:根据评估结果,制定相应的地基处理方案,包括灌浆加固、地基置换或桩基施工。
7.根据权利要求6所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:综合评估溶洞对地基稳定性的影响的过程中,地基稳定性指数Sf结合溶洞的多个特征来评估:
Sf=w1*D+w2*Ac+w3*Vf+w4*Sc;其中,Sf为地基稳定性指数,用于量化地基的稳定性;w1为溶洞空间分布特征的权重;D为溶洞的空间分布指数,量化溶洞的空间分布模式;w2为溶洞形态特征的权重;Ac为溶洞的面积或尺寸;w3为溶洞填充情况的权重;Vf为填充物的体积;w4为围岩稳定性的权重;Sc为围岩稳定性系数。
8.根据权利要求1所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:所述支架预压通过分级加载预压材料,并监测支架的变形情况;预压材料的分级加载通过设置多个加载阶段i来实现,每个阶段的加载重量Wi为:Wi=(i/n)×W;W=1.1×(Wstr+Wcon);其中,W为预压重量,模拟梁体浇筑后的总荷载;Wstr为结构荷载,指梁体自身重量及预期使用中将承受的荷载;Wcon为施工荷载,指施工过程中临时施加在支架上的荷载;Wi为每级加载重量;n为加载阶段总数;
在预压过程中,定期测量支架的弹性变形量和非弹性变形量;
弹性变形量δe和非弹性变形量δp通过以下公式计算:δe加载−δ卸载;δp=δ加载−δe;其中,δe为弹性变形量,加载后支架发生的可逆变形;δp为非弹性变形量;δ加载为加载后的变形量;δ卸载为卸载后的变形量;
连续监测支架的沉降情况,当连续三天累计沉降不超过2mm且预压时间不少于七天时,认为支架已充分稳定,具备浇筑梁体的条件。
9.根据权利要求8所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:在确认支架稳定后,逐步卸载预压材料,根据预压过程中测量的变形数据,调整箱梁立模标高和预留变形值,确保梁体浇筑后的线形和标高符合设计要求;根据预压过程中测量的变形数据,调整箱梁立模标高H调整和预留变形值ΔH:ΔH=H原始−δpΔH=δe+K×δp;其中,H调整为调整后的箱梁立模标高;H原始为原始立模标高,在预压前设定的箱梁立模标高;ΔH为预留变形值;K为安全系数。
10.根据权利要求1所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S31包括以下步骤:
S311、处治浅层溶洞,包括土洞,采用钢护筒跟进法;
S312、对基桩处于单层或层数不多浅层溶洞区且洞高小于3m的浅层溶洞,当钻孔至距溶洞顶lm左右时,通过短冲程快速冲击方式逐渐将洞顶击穿,防止因冲程过大导致卡钻或孔壁坍塌;
S313、在钻至浅层溶洞顶前,根据溶洞的大小,回填片石和粘土的混合物,进行反复冲砸补漏,片石和粘土混合物的比例为4:1;
S314、当土洞以外10m范围以内有重要构筑物时,土洞体积较大,且具有一定的连通性,对土洞进行预处理,包括截流、防渗和堵漏,做好地表水的截流工作,防止地表水渗入土洞区域;
S315、对于浅埋的岩溶土洞,将其挖开或爆破揭顶,再用块石、片石和砂填入,然后覆盖粘性土并夯实;
S316、对于埋深在10米以内、洞体较小、空洞或半充填溶洞,采用挖孔桩施工工艺成孔。
11.根据权利要求1所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S32包括以下步骤:
S321、埋深大于10m且洞高小于5m的溶洞,根据具体情况采用不同的处理方式:
S3211、单个溶洞且无充填或半充填的情况下,采用片石加黏土的反复冲孔方法;通过不断地投入片石和黏土,利用冲孔机的冲击力将材料挤入溶洞内部,填充溶洞空间,同时增强地基的稳定性;
S3212、串珠状溶洞情况下,提前在桩基中心周边0.5-1.0m的范围内采用溶洞压浆技术,通过压注水泥浆填充溶洞之间的空隙,形成一道坚实的帷幕,防止溶洞对桩基施工造成不利影响;
S322、埋深大于10m且洞高大于5m的溶洞,根据具体情况采用不同的处理方式:
S3221、在有充填物情况下,根据充填物的性质来选择合适的回填材料;
S3222、在单个溶洞无填充物情况下,采用回填片石和黏土的方法来处理;
S3223、串珠状溶洞或空洞洞高超过8m的情况下,使用旋喷帷幕技术来处理。
12.根据权利要求10所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:钢护筒跟进方法采用分段驳接振入法,通过边成孔边用振动锤振入驳接加长钢护筒。
13.根据权利要求1所述的大范围浅层溶洞区大体积现浇梁支架基础处理施工方法,其特征在于:步骤S5包括以下内容:
地基沉降监测:在地基上设置沉降观测点,定期测量并记录沉降数据,分析沉降趋势,及时发现并处理地基沉降异常;
支架变形监测:在支架关键部位安装变形监测设备,实时监测支架变形情况;
地质条件变化监测:通过地质勘探和原位试验手段,结合施工过程中的地质观察,监测地质条件的变化;
地下水变化监测:设置地下水位观测井,定期测量地下水位,分析地下水变化趋势;
周边构筑物位移监测:在周边构筑物上设置位移观测点,定期测量并记录位移数据,及时发现周边构筑物位移异常;
气象环境因素监测:通过气象站获取施工区域的气象信息。
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