岩溶区人工挖孔桩施工坍塌事故分析和控制

李爱军++张亮

摘 要：结合岩溶地区桩基施工特点，对引发人工挖孔桩坍塌事故的五项要素进行分析，总结坍塌事故发生前的常见征兆现象和内在规律，提出预防和控制坍塌事故的安全对策。

关键词：岩溶区；人工挖孔桩；坍塌；事故分析；控制

1 概述

中国鄂西南地区岩溶地貌发育，湖北恩来恩黔高速公路项目穿越这一地带。在这一岩溶发育的地区进行桥梁桩基施工，由于基岩岩溶发育，形态复杂，如若处理不当，极易导致坍塌事故发生，如何安全地穿过溶洞顺利成孔是施工的重点和难点。因此，施工前结合地质环境条件和施工工艺特点，全面分析各类危险危害因素，采取针对性的安全技术和管理措施，才能保证施工安全。

2 工程概况

本项目所在地是我国南方岩溶区之一，岩溶地貌发育。本区域内存在岩溶、滑坡、崩塌、落石等不良地质现象，局部地段存在软土、红黏土等特殊性岩土。区内广布可溶性碳酸盐岩，由于岩溶发育，地表径流匮乏，地下径流通道畅通，排泄条件较好。

湖北恩来恩黔高速公路项目2标段共有5座桥梁，即雷家坳大桥、忠建河大桥、康家河大桥、匠科大桥及大堰沟大桥，项目所在地地形陡峭，桥位基桩多位于陡坡上，大型桩基施工设备搬迁和就位困难。经方案比选，选用人工挖孔灌注桩施工方式，其施工作业面小，且成孔直观，易于观察地质变化情况，清底除渣彻底，易保证混凝土浇筑质量，安全和质量有一定保障。桥梁桩基总计挖孔桩413根，其中长度超过15米的桩基共有335根，其余均在10米到15米之间。

《恩来恩黔高速公路二标施工安全风险评估报告》中人工挖孔桩施工主要基于坍塌事故，采用作业事故可能性评估指标体系评分和项目安全管理评估指标体系评分的分析方法，估测结果为雷家坳大桥等5座桥梁的413根人工挖孔桩施工过程中发生事故的风险等级均为 Ⅲ 级（高度）。

3 坍塌事故分析

3.1 坍塌事故定义

坍塌事故指物体在外力和重力的作用下，超过自身极限强度的破坏成因，结构稳定失衡塌落而造成物高处坠落、物体打击、挤压伤害及窒息的事故。

3.2 坍塌事故的五要素分析

不安全状态、不安全行为、起因物、致害物和伤害方式是引发生产安全事故的五个基本因素，简称“事故五要素”。对引发坍塌事故的五个基本因素进行分析如下：

3.2.1 不安全状态

（1）按引发事故的类型（事故属性）：引发坍塌事故的不安全状态。

（2）按设置和工作状态（状态属性）：a.支撑护壁模板承受荷载的不安全状态；b.处理溶洞跟进钢护筒的刚度和设置中的不安全状态；c.护壁砼强度不够的不安全状态；d.上下段护壁的钩拉钢筋绑扎不牢固的不安全状态；e.桩孔孔口边堆载的不安全状态；f.安全防护措施设置的不安全状态；g.作业场所安全保障和监控措施设置的不安全状态；h.施工措施执行中出现问题和障碍时所形成的不安全状态。

（3）按施工场所的安全条件（场所属性）：a.人工挖孔桩开挖场所的不安全状态；b.现场周边围挡防护的不安全状态；c.现场警戒区和警示牌设置的不安全状态；d.孔桩下照明设置的不安全状态；e.排水设施设置的不安全状态；f.爆破作业安全警戒区域的不安全状态；g.其他的场所不安全状态。

（4）按施工作业（作业属性）：a.立体交叉作业的不安全状态；b.夜间作业的不安全状态；c.雨期作业的不安全状态；d.爆破、土石方挖掘作业的不安全状态；e.降水、排水、堵漏、止流砂、加固溶洞作业的不安全状态；f.孔桩支护作业的不安全状态；g.下放钢筋笼作业的不安全状态；h.混凝土浇筑作业的不安全状态；i.模板装拆作业的不安全状态；j.其他作业的不安全状态。

3.2.2 不安全行为

（1）违反上岗身体条件规定：未经过严格的身体检查，有职业禁忌的疾病；超龄作业；疲劳或带病作业。

（2）违反上岗规定：a.无证人员从事需证岗位作业；b.非定机、定岗人员擅自操作；c.单人在无人轮换和监护情况下进行挖孔桩等不安全作业。

（3）不按规定使用安全防护品：a.不戴安全帽；b.孔桩临边不佩挂安全带或挂置不可靠；c.桩孔下作业不系安全绳；d.处理含水溶洞不穿救生衣。

（4）违章指挥：a.在护壁砼强度未达10MPa以上的情况下指挥拆模施工；b.特殊天气、特殊时段不按上级下的停工要求继续组织施工；c.对查出的安全隐患未整改落实或发现坍塌事故征兆的情况下，强令作业人员继续作业；d.在施工设备、安全防护设施检查不合格、作业人员安全防护不到位的情况下，强行组织和指挥施工；e.私自改变安全施工工艺和作业程序、违反施工方案和技术措施的指挥；f.对施工异常情况处置不当，可能使事态扩大或导致出现事故；g.在作业人员发现不安全因素时，未予处置，强令冒险作业的指挥施工。

（5）违章作业：a.进入施工现场不戴安全帽、高空作业不系安全带和不正确使用个人防护用品；b.违反人工挖孔桩工序规定的作业；c.违反支护、排水、堵漏等操作规程的作业；d.违反安全监护规定的作业；e.违反防爆规定的作业；f.违反溶洞处理方案的作业；g.擅自动用施工设备或拆改挪动安全设施进行作业；h.在发现有坍塌事故征兆或隐患未排除的情况下，抢进度、盲目蛮干、冒险作业。

（6）缺乏自保、互保、联保安全意识的行为：误入存在坍塌危险的孔洞口的行为；在作业区嬉笑打闹、侥幸逞强、乱摸乱碰的行为；在出现异常和险情时不及时上报和通知他人的行为。

3.2.3 坍塌事故的起因物、致害物和伤害方式

3.3 坍塌事故的征兆

事故的征兆是指生产安全事故发生前所显示出的即将或可能要出事故的跡象，通常出现在事故的起因物开始起动到事故发生的这段孕育和发展的时段内。

坍塌事故一般都或长或短地存在着相应的孕育和发展过程，显现出事故征兆。虽然，由于水文地质条件、溶洞分布大小及填充情况和施工质量控制等情况的千差万别，使其事故征兆及其显示程度有所不同，但对事故征兆的认识和研究，有利于及早发现异常并采取应对措施，减少人员伤亡和事故损失。人工挖孔桩坍塌事故发生前的常见征兆见表2。

3.4 坍塌事故发生的内在规律（如图1）

4 预防和控制坍塌事故的安全对策

4.1 坍塌事故前中晚期预防和控制过程（如图2）

图注：“四消除一保护”——消除不安全状态、消除不安全行为、消除起因物、消除致害物和针对伤害方式进行保护；“两消除一制止”——消除存在的不安全状态、消除存在的起因物和制止存在的不安全行为；“两阻止一撤离”——阻止起因物继续作用，阻止事态继续发展和及时撤离人员。

4.2预防和控制岩溶区坍塌事故起因物的安全技术措施

在预防和控制岩溶区坍塌事故安全措施中，消除起因物和阻止起因物继续作用贯穿整个预防和控制过程。对于岩溶地区人工挖孔桩施工，溶洞是桩孔产生坍塌的起因物。根据勘察和施工中揭示的溶洞大小及充填情况等地质条件，采取对溶洞进行预处理、在施工中利用护筒跟进等施工技术措施，是防范坍塌事故的重要控制环节。

4.2.1 灌砂压浆法

一般适用于6～10m无填充溶洞的处理，主要通过灌砂、压浆处理在溶洞中形成砂浆固结体，堵塞溶洞，以防桩孔塌孔。处理前应根据超前钻等地质勘察资料探明的溶洞位置、大小等，确定灌砂压浆部位。施工的灌浆孔，孔深要进入灌填段最深处溶洞底部。灌砂应分多次灌填，每次高度不宜过高，要保证注浆管能够插入所灌入的砂中一定深度，待压入的浆液初凝后再进行下一次灌砂、压浆。反复进行灌砂、压浆工序，直至灌至最上部的溶洞顶板以上1m左右。灌填结束后若发现漏失还应及时补灌，将溶洞灌实。

4.2.2 压注双液浆法

一般适用于10m以下半充填或全充填溶洞的处理，通过压浆加固溶洞充填物和充填岩溶洞隙，以达到阻断岩溶通道、稳固桩孔孔壁的目的。应根据桥墩台桩基布置和溶洞分布情况布置压浆孔，孔深需达到处理段的最深溶洞底部，采用双液压浆系统自下而上分段压浆。注浆过程中若出现大量跑浆时，应采用间歇式注浆措施，少量多次、反复进行。注浆前宜进行注浆试验，以确定适宜的注浆材料、浆液配比、注浆压力，掌握注浆的凝固时间。

4.2.3 灌低标号混凝土法

适用于较大的半充填或无充填的溶洞处理。既可在桩基施工前进行预处理，也可在桩孔开挖过程中进行实时处理。当揭穿溶洞顶板时，可先填片块石将溶洞填至基本饱满，再灌填低标号混凝土，待混凝土达到一定强度、桩孔孔壁稳固后再继续施工。

4.2.4 钢护筒跟进法

钢护筒跟进法是桩基施工过程中一种常用的护壁方法，对处理多层溶洞、高大溶洞效果良好，可有效保护桩孔孔壁稳定。钢护筒厚度、长度可根据地质超前钻孔探明的溶洞高度确定，一般采用厚度不薄于10mm 钢板卷制，溶洞高度大则钢护筒厚度也应相应增大，施工过程中应对揭露溶洞高度进行复核，钢护筒长度在所需支护溶洞高度的基础上进行适当加长，加长一般不小于3m。施工时将其振动下沉至发育溶洞段，以隔断溶洞内流塑充填物或水的流动。护筒级数根据溶洞层数和顶底板厚度确定。多级护筒跟进法施工顺序见图3。

在岩溶地区进行桩基施工，施工前应对地质环境条件进行分析，结合成桩工艺，制定专项安全施工方案，向现场管理和作业人员进行详细的安全技术交底。作业现场要加强应急管理措施，桩孔附近要配备有关应急设备，备足应急材料，现场管理和作业人员应熟悉应急处置程序；施工中要加强钻孔地质检查、复核，并密切注意观察周围地表沉降、渗水、水位变化、落渣和护壁砼等情况，防止异常情况发生。发现有坍塌事故发生前的早期征兆，要引起警觉和重视，及时采取安全措施。钻穿或揭穿溶洞顶板时，宜根据溶洞情况采用上述几种方法及时进行处理，预防和控制岩溶区桩基施工过程中的坍塌事故。

4.3 预防和控制坍塌事故的安全管理措施

4.3.1 消除不安全状态的安全管理措施

根据3.2.1对坍塌事故不安全状态的类型分为四个属性进行的分析，四种划分方法从四个不同的侧面反映出坍塌事故不安全状态的存在和表现形式。而针对施工项目管理，应建立项目负责人、技术和安全管理部门、现场和管理指挥人员三级排查管理组织体系，各级以主管工作的范围为重点，协同配合、相互补充，全方位实施消除不安全状态的安全管理工作。

4.3.2 消除不安全行为的安全管理措施

在施工过程中，不安全行为与项目安全工作环境氛围有关，安全管理混乱或监管缺失，会导致不安全行为大量存在和不断滋长。可从以下几个方面着手减少和消除不安全行为：（1）领导重视，兑现安全承诺，落实领导带班作业制；（2）建立健全管理制度，落实“一岗双责”，签订安全责任状，或实行风险抵押金；（3）选择合格分包商和正规的施工队伍，并考核其风险承担能力和工程经验；（4）杜绝违法转包，对人员建立职业健康档案，实行登记和动态管理；（5）设置专门安全管理机构，足额配备持证的安全管理人员，加强对作业人员的实时监管；（6）特种作业人员和特种设备操作人员必须持证上岗并经过实际操作考核，实行动态管理，并定机定岗；（7）按规定开展安全教育培训和安全宣传活动，确保学时和效果；（8）开展应急演练，提高各级人员应急处置能力等。

4.4 针对坍塌事故伤害方式的安全防护措施

根据（表1：坍塌事故的起因物、致害物和伤害方式）可知，人工挖孔桩施工中坍塌事故的伤害作用发生的方式有：碰撞、击打、砸压、掩埋、坠落、爆炸、窒息等。针对坍塌事故的伤害方式，从以下两个方面落实安全防护措施：一方面使用安全可靠的劳动保护用品（安全帽、安全带、保险绳、防护服、防滑鞋等），并监督作用人员正确佩带；一方面对于那些没有适用安全防护品的伤害方式，要加强安全预防和保护措施的落实，包括：樁孔设置围挡、防坠落设施、安全警戒线、高出孔口地面0.3米的孔圈、上下桩孔专用爬梯、孔壁支护、半圆形防护板、圆形盖板、桩孔内外通讯工具、潜水泵等。

5 结束语

本文对岩溶区人工挖孔桩施工过程中存在高度风险的坍塌事故，进行了细致而深入的分析，分析了其坍塌事故发生的内在规律，以及以各种形式存在不安全状态、不安全行为和引发事故的起因物。结合分析结果，分前中晚三期制定了坍塌事故预防和控制过程图，对岩溶区引发坍塌事故的起因物溶洞处理的安全技术措施进行了阐明，制定了有针对性、有逻辑层次性的消除和减少不安全状态和不安全行为的安全管理措施，并且针对坍塌事故的伤害方式制定了有效的安全防护措施，以达到预防和控制坍塌事故以及降低人员伤害的目的。

参考文献

[1]中华人民共和国地质矿产行业标准.JTS 205-1-2008.水运工程施工安全防护技术规范[S].

[2]交通运输部基本建设质量监督总站.公路水运工程安全生产管理人员继续教育教材[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]中交二航局恩来恩黔高速公路第二合同段项目经理部.湖北恩来恩黔高速公路第二合同段施工安全风险评估报告[R].2011.

[4]方小睿，沈典栋，徐畅.溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J].公路，2003（12）：23-25.

作者简介：李爱军（1974，08-），男，高级工程师，水工环专业，工作单位：湖北省地质局武汉水文地质工程地质大队，从事岩土工程勘察、安全管理工作。

张亮（1986，04-），男，注册安全工程师，安全工程专业，工作单位：中交第二航务工程局有限公司第五工程分公司，从事项目安全管理工作。