串珠式溶洞地质条件下的拼宽桥桩基施工技术

洪汉江

广州市市政集团有限公司，广东 广州 510060

我国高速公路建设行业经过快速发展的阶段，如今已发展到了一个比较成熟的阶段。根据国内高速公路建设目前的发展状况，与北美、西欧的一些发达国家对比，我国高速公路发展趋势主要有两个特点：一是网络化，即高速公路网络建设；二是智能化，主要为高速公路软硬件系统的改造升级。因此，新旧高速公路拼接及旧路改造升级将成为行业发展重点。高速公路拼宽桥梁的施工是公路网络建设的一个重要内容，也是旧路硬件升级的一个标志。施工期间旧桥结构的安全问题事关人民生命健康和社会财产保护，越来越受到工程建设各方及社会各界的关注，确保拼宽桥梁的施工安全是工程建设管理的一项重要工作。

1 工程概况

广乐高速公路位于广东省北部地区，起点位于湘粤省界的小塘接京港澳高速湖南段，终点位于广州市接广州机场高速北延线，呈南北走向。该工程为广乐高速T30合同段，工程位于花都区花山镇，工程内容主要为广乐高速与肇花高速、机场高速北延线相互连接的大型枢纽互通（花山北互通立交），共14座桥梁，其中6座拼宽桥。该工程桥梁桩基础共992根，其中6座拼宽桥桩基233根，数量众多，工程量较大。拼宽桥桩基础都位于陆地上，有少量桩位于大沙河、流溪河的堤岸边，也属陆上桩，无须修建桩基施工钢平台。

该工程大部分桥址所处地区地质较差，分布有溶洞、土洞，局部有溶蚀沟槽，对桥梁施工有较大影响。根据进场后的地质勘察图揭示，拼宽桥梁位置桩基溶洞特大溶洞、串洞较多，洞内以全充填软塑状黏性土及砂为主。根据该工程地质情况，主要选用冲孔桩机进行桩基础施工，项目将面临以下安全问题。（1）不均匀沉降引起的结构安全问题。既有桥梁拼宽施工时，由于新老桩基础相距较近，在新建拼宽桥梁桩基础施工时，既有桥梁桩端基础持力层、桩侧原状土层将被扰动破坏，容易产生不均匀沉降，导致既有桥梁结构附加应力增大，随着沉降的加深，附加应力值将沿着开口向上的抛物线增加，其结构安全不容忽视。（2）岩溶区桩基事故引起的结构安全问题。岩溶地区不管是外在动力因素或者人为因素的影响下均容易出现各种不可预见隐患；同时，若新建桥梁结构采用摩擦桩时，按设计规范新建桥梁桩长应比旧桥桩长长，容易触及更深层的溶洞。一旦打穿溶洞顶层硬壳，瞬间破坏旧桥桩基侧边土层、持力层的完整结构，极易造成旧桥原有桩基的侧移或坍塌，危害性较大。

根据项目特点，拼宽桥位置地质条件较复杂，存在较多特大型、串珠式桩基溶洞，而目前国内对此领域的研究还比较零散，不足以指导现场施工。桩基施工溶洞处理的成功与否关系到整个工程能否按期完成、工程质量能否得到保证，在施工前须做好安全防患措施，溶洞地区尤其拼宽桥梁钻孔灌注桩施工是该项目的重点和难点工程。

2 串珠式溶洞地质条件下拼宽桥桩基施工措施

2.1 单层钢护筒跟进法与高压旋喷桩帷幕法相结合

特大、串珠式桩基溶洞处理常规技术包括泥浆护壁、片石黏土回填、回填素混凝土、压力注浆、水泥搅拌桩帷幕、高压旋喷桩帷幕、钢护筒保护（跟进法）。这些技术单独使用时均具有很大的局限性，故采用单层钢护筒跟进施工与高压旋喷桩帷幕相结合的方法，处理拼宽桥特大型、串珠式桩基溶洞。

考虑到特大型、串珠式多层溶洞的复杂性，一般常规性的方法没有考虑施工时间过长引起地基沉降及坍孔等事故对周边建筑物的影响；采用多层钢护筒的方法处理多层溶洞，桩基施工工期、安全、质量等较有保障，但多层钢护筒对浪费较大，施工工艺烦琐，不利于大规模推广使用。在该项目新桥桩基施工前，在新旧桥之间打入一排高压旋喷桩帷幕，将旧桥桩基及周边土层、桩端持力层独立隔离；在钢护筒安装过程中，充分发挥高压旋喷桩作为预防性措施的特有优势，弥补单层钢护筒施工时间过长、施工中存在安全隐患的不足，两者结合使用可满足拼宽桥特大型、串珠式桩基溶洞处理的安全、质量要求。

在溶洞区域的拼宽桥施工前，逐桩超前地质钻探，针对地下溶洞情况，在新旧桥桩基之间合适位置设置一道高压旋喷桩帷幕，然后采用钻孔灌注桩的方式进行新桥桩基施工，单层钢护筒处理特大、串珠式桩基溶洞，使用垂直控制架严格控制桩孔垂直度，尤其注意刃脚部位的处理，施工全程对周边建筑物进行沉降监控。

2.2 单层钢护筒跟进施工

多层钢护筒在处理串珠式溶洞时较为常见，而采用单层钢护筒（除开孔护筒外）处理特大型、串珠式多层溶洞，钢护筒尺寸统一，更利于标准化制作及安装，效率较高；避免造成多级钢护筒产生的钢材浪费，也不需要频繁更换钻（冲）头。采用单层钢护筒跟进施工具有以下优势：（1）钢护筒跟进法能提高桩基溶洞处理的安全系数，护筒一旦正常打入溶洞底板，可确保不坍孔，是处理（特）大型、串珠式桩基溶洞的有效方法；（2）钢护筒能明显提高新桥桩基钻孔及成桩质量，精确控制成桩桩径，缩颈现象基本消失，成孔后灌注混凝土，可避免浇筑混凝土时的夹渣情况；（3）遇到多层串珠式溶洞，采用单层钢护筒（除开孔护筒外）与多级钢护筒相比，经济效益更高。

使用钻（冲）孔桩机时，传统多层钢护筒每层直径的计算公式如下：

式中：Di为第i层护筒直径；D0为桩基直径；n为护筒总层数；i为层数。

根据工艺要求，钢护筒直径总会比桩基直径要大，护筒层级越多，则使用的钢材越多；而采用单层钢护筒，直径为D=D0+15cm，直径小且仅有一层，尺寸统一，更利于标准化制作及安装，效率较高。多层及单层钢护筒顶部标高均在地面标高以上，多层钢护筒底部标高在每一层溶洞底的持力层内，而单层护筒直达最下层溶洞底持力层。多层钢护筒长度的计算公式如下：

式中：Li为第i层护筒长度；H为顶部标高；Hj为第j层溶洞底标高。

多层钢护筒理论上除最后一层外均能回收，但为了稳定内护筒以防偏位及加强护筒刚度，需要将内外护筒之间空隙固结填充，外护筒难以拔出回收，造成钢材的浪费。由于内外护筒的尺寸不一，使用的钻（冲）头直径也随之改变，施工中需要频繁更换钻（冲）头，且内外护筒固结填充等工艺必不可少，既增加了成本，也延长了工期。

2.3 垂直度控制架

钢护筒分节定做，直径为D0+0.15m，每节长度为8m。施工时，前节钢护筒振入地层，吊机吊起下一节钢护筒与前节焊接接上，使得单层钢护筒成为一个整体。采用垂直度控制架配合控制钢护筒垂直度偏差，有效提高其控制精度，避免斜孔现象。

由于溶洞区域地质复杂，尤其顶（底）岩面不平整，冲孔钻机施工难以保证桩孔垂直度及孔壁线形纵向顺直、横向圆滑；钢护筒打设相当于二次成孔，且钢材不是松散材料，桩孔上部垂直度没有控制好，将一直影响最底部，无法纠正，因此钢护筒施工对垂直度要求较高。配合自制的垂直控制架，能及时发现及采取措施纠正斜孔现象，确保终孔时的垂直度满足规范要求。

3 注意事项

3.1 逐桩钻探（超前地质钻探）

由于设计阶段地质钻探资料不可能太齐全，进场后需要补充逐桩钻探，一旦发现桩基下存在溶洞，需把每个地质图详细记录后归类，以便于有针对性地采取不同的施工方案。

3.2 及时采取高压旋喷桩保护

钢护筒接长时间长，在桩锤进入溶洞后，可能发生因钢护筒接长跟进不及时导致塌孔，需采取高压旋喷桩对旧桥桩基进行保护。该项目采用MGJ-50型旋喷桩机施工，高压旋喷桩桩径为500mm，桩长根据旧桥桩长、入岩深度、持力层厚度等选取。

3.3 单层钢护筒跟进处理溶洞

除开孔护筒外，采用单层钢护筒处理溶洞，采用厚度为1.2cm的钢板卷制加工；护筒总长度为Hi+0.5m，Hi为设计桩长范围内最底层溶洞底板岩层（钢护筒可入岩层区域）至地面高度；护筒内径为D0+15cm，D0为桩径，单节护筒长度为8m，接长时需满焊，并注意确保垂直度符合要求。

4 结束语

桩基溶洞处理期间，项目部针对岩溶桩基施工难点，从施工班组优选开始，组织技术力量及资源调查分析溶洞情况，拟订方案，在施工过程中严控溶洞处理关键工艺，桩基钻孔、终孔等确立桩基标准施工流程，使得整体桩基质量较好。其中使用高压旋喷桩帷幕+单层钢护筒跟进施工处理的桩基均为一类桩。在拼宽桥溶洞处理期间，未发生影响旧桥通车的桩基施工事故；旧桥桥墩未现肉眼可见裂缝；根据桩基施工沉降观测数据，旧桥相邻两根立柱的沉降差最大不超过10mm。该项目经过精心组织部署，精细化施工管理，成功处理了拼宽桥特大型、串珠式桩基溶洞，有效解决了拼宽桥梁桩基溶洞处理的施工难题，可为今后同类型工程提供参考。