橋梁沖擊成孔灌注樁施工中的溶洞處理方法探究
——以海月橋項目為例

孫國培

（海寧市城鄉(xiāng)建設管理服務中心，浙江海寧 314400）

1 引言

橋梁沖擊成孔灌注樁是指用沖擊式的鉆機或者卷揚機懸吊沖錘（即沖擊鉆頭），在樁位上下進行多次往復沖擊，最終將堅硬的土或者巖層破碎成孔，并將部分碎渣和泥漿擠入孔壁，并使其大部分成為泥渣，之后，使用沖抓鉆抓出部分殘渣，然后清孔，清孔完成后，向孔內(nèi)澆筑混凝土，形成“樁”。在某些工程中，樁基施工區(qū)域可能存在溶洞，采用常規(guī)工藝進行施工時效果不佳，故需探討一種行之有效的新型施工方法。

2 海月橋工程項目簡介

海月橋工程項目位于海寧市，原名海青橋，是海寧市的重點基礎設施項目。具體位置在村審路延伸段（跨越洛塘河）,橋位地形復雜，處在洛塘河與曹家河“T”形交叉口，并跨越舊海青橋[1]。橋梁立面和平面圖如圖1 所示。

圖1 橋梁立面圖和平面圖

開展本工程的主要目的：河道已經(jīng)年久失修，需要拆除危險裝置、進行大弧度開挖后建設新的護岸，以拓寬河道通航拐彎處的橋梁；全部建成后，將大幅度改善城市交通狀況。

在施工期間，為了保證施工質(zhì)量，盡量避免發(fā)生安全事故，擬定的安全措施如下：

1）建立全套的安全生產(chǎn)管理制度，對施工期間內(nèi)部安全生產(chǎn)管理體系進行全面梳理，務必落實各項安全措施。如沖擊成孔灌注樁施工期間使用的各項原材料的質(zhì)量是否達標，設備、設施的運行能否達到技術指標，操作人員是否接受過專業(yè)培訓，在水下作業(yè)時是否具備應急處理能力等。

2）無論員工是否接受過培訓，是否有實際操作經(jīng)驗，在正式施工前，都需組織所有員工進行安全與教育培訓，從根本上提高工作人員的安全生產(chǎn)意識，保證施工效率。

3）施工現(xiàn)場應配備2 名安全員，對施工過程進行全面監(jiān)督，并定期進行安全宣傳。

4）進入施工場地的要求與常規(guī)施工現(xiàn)場類似，即統(tǒng)一佩戴安全帽，著工作裝，攜帶設備齊全等。

3 橋梁沖擊成孔灌注樁溶洞處理方法的優(yōu)勢分析

3.1 橋梁沖擊成孔灌注樁溶洞處理方法設計背景

海月橋工程所在河道水體之下有溶洞，經(jīng)考證，是由可溶性石灰?guī)r在自然環(huán)境的逐漸侵蝕下形成的地下空間[2]。受本地區(qū)地形環(huán)境的影響，溶洞中有一定的風化層，且隨著深度的增加，石灰?guī)r巖層的密度有不斷增加的趨勢。石灰?guī)r的巖層質(zhì)地較硬，水飽和狀態(tài)下的抗壓強度為80～120 MPa。在此種情況下，技術人員經(jīng)過前期勘察，建議采用常規(guī)的沖擊成孔灌注樁工藝進行橋梁樁基施工。如果遇到無填充溶洞的情況，需要在灌注樁上方施工區(qū)域設置鋼護筒圍護，完成沖擊成孔作業(yè)（需達到設計標高）。進行成樁作業(yè)時，直接澆筑混凝土，對整個溶洞進行填充。受作業(yè)環(huán)境的限制，如果選用該施工方案，會導致大量混凝土浪費，成本支出遠遠超過預算。不僅如此，在施工安全性方面也存在問題。例如，在沖孔灌注樁施工期間，一旦遇到無填充大溶洞，護壁泥漿會迅速滲進溶洞內(nèi)部，進而形成塌孔。當塌孔的數(shù)量累積到一定程度時，會導致樁孔周圍的地層塌陷。屆時，沖孔成樁作業(yè)也無法繼續(xù)開展。

除此之外，常規(guī)工藝施工期間還存在以下難點：（1）成孔過程中，由于溶洞的大小、分布、走向等地質(zhì)資料可能不全，故漏水、漏漿問題沒有統(tǒng)一的處理標準，容易發(fā)生意外情況。比如，鉆進過程中突然漏水，導致護筒受到擠壓而變形，甚至完全坍塌。（2）由于巖溶地區(qū)的地質(zhì)構造較為復雜，可能會遇到大溶洞、多層溶洞等較為復雜的情況，故在成孔過程中出現(xiàn)埋鉆、卡鉆、掉鉆、鉆孔偏移的概率較大。（3）如果巖面的傾斜角度較大，加之因溶蝕過程可能產(chǎn)生溶槽、溶溝、大塊孤懸石，可能導致鋼護筒無法完全著巖。因此，在進行成孔作業(yè)時，沖擊錘的上下起落過程可能造成孔內(nèi)的水位處于動態(tài)變化中，極有可能導致孔壁的砂礫流向孔內(nèi)。基于此，需結合工程實際情況探索新的工藝。

3.2 橋梁沖擊成孔灌注樁溶洞處理方法的具體技術應用流程

為了解決上述常規(guī)沖擊成孔灌注樁工藝施工期間可能出現(xiàn)的問題，本文提出一種沖孔灌注樁溶洞處理方式，即沖孔灌注樁施工期間遇到無填充溶洞地質(zhì)情況時的處理方法[3]。沖孔灌注樁溶洞處理方式示意圖如圖2 所示。

圖2 沖孔灌注樁溶洞處理方式示意圖具體流程如下：

1）采用旋挖機進行沖擊鉆成孔作業(yè)。使用旋挖機進行作業(yè)時，需使用泥漿保護巖土壁，只在特定區(qū)域鉆孔。沖孔的主要設備為沖錘，一旦遇到石灰?guī)r層，需要加大沖錘的沖程，使其產(chǎn)生更大的沖擊能量。當沖擊到溶洞層時，應停止沖孔。

2）攪拌片石水泥土作業(yè)。該環(huán)節(jié)使用的主要設備為挖掘機，需將片石、高黏性土、水泥按照1 m3：4 m3：200 kg 的基本比例進行混合（均勻），一邊沖孔一邊加入。該環(huán)節(jié)的注意事項為：進行高黏土與水泥拌制作業(yè)時，應適當灑水，目的在于使形成的水泥土保持干硬的特性。通過查閱相關規(guī)程獲悉：由于水泥的水硬性和終凝時間要求，黏土水泥混合料必須在制備完成2 h 內(nèi)使用，否則混合料的性能會發(fā)生變化，不適宜繼續(xù)使用。

3）溶洞筑壁作業(yè)。使用挖掘機將已經(jīng)拌制好的片石水泥土導入成樁孔內(nèi)，從而形成沖孔填充材料。之后，需繼續(xù)向其中加料（加料過程不能中斷），務必保證溶洞內(nèi)的部分被完整填充。待樁孔堆積物形成且達到預設目標之后，可保證回填物處于“擠壓密實”的狀態(tài)。

4）重新制備水泥漿作業(yè)。重新制備的水泥漿的比重應超過1.2，并將其注入樁孔中。該環(huán)節(jié)的注意事項包括：泥漿水頭至少高于地下水位1 m；注入后應靜置至少4 h；之后，還需檢驗片石水泥土的初凝效果、整體強度是否達到預期。

5）用旋挖機沖擊鉆成孔至設計標高作業(yè)。待重新制備的水泥漿初凝且強度達到預期之后，使用旋挖機，設置為1 m 小沖程，在一段時間內(nèi)連續(xù)對回填的片石水泥土進行沖擊，保證所有片石水泥土嵌入嚴實，使沖擊鉆成孔穿過溶洞層。之后，需對溶洞構造以下的巖層狀況進行檢測，若需要繼續(xù)進行巖層沖擊作業(yè)，可以提高沖程沖孔直至到達設計標高；當溶洞較大時，一次回填沖進無法完全形成筑壁的情況下，可反復多次回填片石水泥土，初凝后進行沖孔施工。

6）清理鉆孔作業(yè)。當沖擊鉆成孔符合終孔條件后，沖進作業(yè)便告一段落。此時，應使用比重超過1.25 的泥漿進行循環(huán)置換作業(yè)，目的在于對孔內(nèi)的殘渣進行徹底的清理。

7）下放鋼筋籠作業(yè)。用沖孔灌注樁的配套設備將制作好的鋼筋籠吊裝放入清理完成的樁孔內(nèi)，并固定好。

8）水下混凝土澆筑作業(yè)。需使用直徑250 mm 灌注導管將混凝土導入樁孔，導管距孔底不大于0.3 m，連續(xù)灌注混凝土，直到超出樁頂標高0.5 m，同時拔出鋼護筒。

3.3 橋梁沖擊成孔灌注樁溶洞處理方法優(yōu)勢分析

本文提出的橋梁沖擊成孔灌注樁溶洞處理方法是一種在常規(guī)沖孔灌注樁施工中遇到無填充溶洞地質(zhì)時的處理措施，按照上文所述的包含用旋挖機沖擊鉆成孔和攪拌片石水泥土在內(nèi)的8 個施工環(huán)節(jié)依次完成后，效果十分良好?？傮w而言，在以下方面具備明顯優(yōu)勢：

1）施工工藝簡便、工藝措施穩(wěn)妥、可操作性強；

2）工程質(zhì)量安全可靠，確保樁基順利實施，保證成樁質(zhì)量；

3）降低工程成本，獲得良好的經(jīng)濟效益；

4）成樁作業(yè)完成后，技術人員采用了低應變及高應變的兩種測試方法，低應變?nèi)繙y試其完整性，高應變隨機抽檢30%，經(jīng)過測試全部達到及超過設計特征值的2.0 倍以上，滿足工程設計要求。海月橋施工完成后的實景圖如圖3 所示。

圖3 海月橋施工完成后的實景圖

4 結語

在海月橋項目施工期間，特別是在樁基施工過程中發(fā)現(xiàn)，河道下方（距離河床約10～30 m）存在大量溶洞。為有效避免常規(guī)沖擊成孔灌注樁工藝造成的問題，本文提出了一種經(jīng)過改良的，以回填黏土、塊石等措施為主的沖孔灌注樁溶洞處理方法，最終順利完成了本工程。實踐證明，相關工藝流程具備較強的可行性。