桥梁冲击成孔灌注桩施工中的溶洞处理方法探究——以海月桥项目为例

孙国培

（海宁市城乡建设管理服务中心，浙江海宁 314400）

1 引言

桥梁冲击成孔灌注桩是指用冲击式的钻机或者卷扬机悬吊冲锤（即冲击钻头），在桩位上下进行多次往复冲击，最终将坚硬的土或者岩层破碎成孔，并将部分碎渣和泥浆挤入孔壁，并使其大部分成为泥渣，之后，使用冲抓钻抓出部分残渣，然后清孔，清孔完成后，向孔内浇筑混凝土，形成“桩”。在某些工程中，桩基施工区域可能存在溶洞，采用常规工艺进行施工时效果不佳，故需探讨一种行之有效的新型施工方法。

2 海月桥工程项目简介

海月桥工程项目位于海宁市，原名海青桥，是海宁市的重点基础设施项目。具体位置在村审路延伸段（跨越洛塘河）,桥位地形复杂，处在洛塘河与曹家河“T”形交叉口，并跨越旧海青桥[1]。桥梁立面和平面图如图1 所示。

图1 桥梁立面图和平面图

开展本工程的主要目的：河道已经年久失修，需要拆除危险装置、进行大弧度开挖后建设新的护岸，以拓宽河道通航拐弯处的桥梁；全部建成后，将大幅度改善城市交通状况。

在施工期间，为了保证施工质量，尽量避免发生安全事故，拟定的安全措施如下：

1）建立全套的安全生产管理制度，对施工期间内部安全生产管理体系进行全面梳理，务必落实各项安全措施。如冲击成孔灌注桩施工期间使用的各项原材料的质量是否达标，设备、设施的运行能否达到技术指标，操作人员是否接受过专业培训，在水下作业时是否具备应急处理能力等。

2）无论员工是否接受过培训，是否有实际操作经验，在正式施工前，都需组织所有员工进行安全与教育培训，从根本上提高工作人员的安全生产意识，保证施工效率。

3）施工现场应配备2 名安全员，对施工过程进行全面监督，并定期进行安全宣传。

4）进入施工场地的要求与常规施工现场类似，即统一佩戴安全帽，着工作装，携带设备齐全等。

3 桥梁冲击成孔灌注桩溶洞处理方法的优势分析

3.1 桥梁冲击成孔灌注桩溶洞处理方法设计背景

海月桥工程所在河道水体之下有溶洞，经考证，是由可溶性石灰岩在自然环境的逐渐侵蚀下形成的地下空间[2]。受本地区地形环境的影响，溶洞中有一定的风化层，且随着深度的增加，石灰岩岩层的密度有不断增加的趋势。石灰岩的岩层质地较硬，水饱和状态下的抗压强度为80～120 MPa。在此种情况下，技术人员经过前期勘察，建议采用常规的冲击成孔灌注桩工艺进行桥梁桩基施工。如果遇到无填充溶洞的情况，需要在灌注桩上方施工区域设置钢护筒围护，完成冲击成孔作业（需达到设计标高）。进行成桩作业时，直接浇筑混凝土，对整个溶洞进行填充。受作业环境的限制，如果选用该施工方案，会导致大量混凝土浪费，成本支出远远超过预算。不仅如此，在施工安全性方面也存在问题。例如，在冲孔灌注桩施工期间，一旦遇到无填充大溶洞，护壁泥浆会迅速渗进溶洞内部，进而形成塌孔。当塌孔的数量累积到一定程度时，会导致桩孔周围的地层塌陷。届时，冲孔成桩作业也无法继续开展。

除此之外，常规工艺施工期间还存在以下难点：（1）成孔过程中，由于溶洞的大小、分布、走向等地质资料可能不全，故漏水、漏浆问题没有统一的处理标准，容易发生意外情况。比如，钻进过程中突然漏水，导致护筒受到挤压而变形，甚至完全坍塌。（2）由于岩溶地区的地质构造较为复杂，可能会遇到大溶洞、多层溶洞等较为复杂的情况，故在成孔过程中出现埋钻、卡钻、掉钻、钻孔偏移的概率较大。（3）如果岩面的倾斜角度较大，加之因溶蚀过程可能产生溶槽、溶沟、大块孤悬石，可能导致钢护筒无法完全着岩。因此，在进行成孔作业时，冲击锤的上下起落过程可能造成孔内的水位处于动态变化中，极有可能导致孔壁的砂砾流向孔内。基于此，需结合工程实际情况探索新的工艺。

3.2 桥梁冲击成孔灌注桩溶洞处理方法的具体技术应用流程

为了解决上述常规冲击成孔灌注桩工艺施工期间可能出现的问题，本文提出一种冲孔灌注桩溶洞处理方式，即冲孔灌注桩施工期间遇到无填充溶洞地质情况时的处理方法[3]。冲孔灌注桩溶洞处理方式示意图如图2 所示。

图2 冲孔灌注桩溶洞处理方式示意图具体流程如下：

1）采用旋挖机进行冲击钻成孔作业。使用旋挖机进行作业时，需使用泥浆保护岩土壁，只在特定区域钻孔。冲孔的主要设备为冲锤，一旦遇到石灰岩层，需要加大冲锤的冲程，使其产生更大的冲击能量。当冲击到溶洞层时，应停止冲孔。

2）搅拌片石水泥土作业。该环节使用的主要设备为挖掘机，需将片石、高黏性土、水泥按照1 m3：4 m3：200 kg 的基本比例进行混合（均匀），一边冲孔一边加入。该环节的注意事项为：进行高黏土与水泥拌制作业时，应适当洒水，目的在于使形成的水泥土保持干硬的特性。通过查阅相关规程获悉：由于水泥的水硬性和终凝时间要求，黏土水泥混合料必须在制备完成2 h 内使用，否则混合料的性能会发生变化，不适宜继续使用。

3）溶洞筑壁作业。使用挖掘机将已经拌制好的片石水泥土导入成桩孔内，从而形成冲孔填充材料。之后，需继续向其中加料（加料过程不能中断），务必保证溶洞内的部分被完整填充。待桩孔堆积物形成且达到预设目标之后，可保证回填物处于“挤压密实”的状态。

4）重新制备水泥浆作业。重新制备的水泥浆的比重应超过1.2，并将其注入桩孔中。该环节的注意事项包括：泥浆水头至少高于地下水位1 m；注入后应静置至少4 h；之后，还需检验片石水泥土的初凝效果、整体强度是否达到预期。

5）用旋挖机冲击钻成孔至设计标高作业。待重新制备的水泥浆初凝且强度达到预期之后，使用旋挖机，设置为1 m 小冲程，在一段时间内连续对回填的片石水泥土进行冲击，保证所有片石水泥土嵌入严实，使冲击钻成孔穿过溶洞层。之后，需对溶洞构造以下的岩层状况进行检测，若需要继续进行岩层冲击作业，可以提高冲程冲孔直至到达设计标高；当溶洞较大时，一次回填冲进无法完全形成筑壁的情况下，可反复多次回填片石水泥土，初凝后进行冲孔施工。

6）清理钻孔作业。当冲击钻成孔符合终孔条件后，冲进作业便告一段落。此时，应使用比重超过1.25 的泥浆进行循环置换作业，目的在于对孔内的残渣进行彻底的清理。

7）下放钢筋笼作业。用冲孔灌注桩的配套设备将制作好的钢筋笼吊装放入清理完成的桩孔内，并固定好。

8）水下混凝土浇筑作业。需使用直径250 mm 灌注导管将混凝土导入桩孔，导管距孔底不大于0.3 m，连续灌注混凝土，直到超出桩顶标高0.5 m，同时拔出钢护筒。

3.3 桥梁冲击成孔灌注桩溶洞处理方法优势分析

本文提出的桥梁冲击成孔灌注桩溶洞处理方法是一种在常规冲孔灌注桩施工中遇到无填充溶洞地质时的处理措施，按照上文所述的包含用旋挖机冲击钻成孔和搅拌片石水泥土在内的8 个施工环节依次完成后，效果十分良好。总体而言，在以下方面具备明显优势：

1）施工工艺简便、工艺措施稳妥、可操作性强；

2）工程质量安全可靠，确保桩基顺利实施，保证成桩质量；

3）降低工程成本，获得良好的经济效益；

4）成桩作业完成后，技术人员采用了低应变及高应变的两种测试方法，低应变全部测试其完整性，高应变随机抽检30%，经过测试全部达到及超过设计特征值的2.0 倍以上，满足工程设计要求。海月桥施工完成后的实景图如图3 所示。

图3 海月桥施工完成后的实景图

4 结语

在海月桥项目施工期间，特别是在桩基施工过程中发现，河道下方（距离河床约10～30 m）存在大量溶洞。为有效避免常规冲击成孔灌注桩工艺造成的问题，本文提出了一种经过改良的，以回填黏土、块石等措施为主的冲孔灌注桩溶洞处理方法，最终顺利完成了本工程。实践证明，相关工艺流程具备较强的可行性。