桩基溶洞处理永久性内钢护筒法优点与成本分析

蓝奇

溶洞是我国南方岩溶地区修建桥梁工程时经常遇到的。文章结合崇左西互通左江大桥主桥墩桩基施工实例，分析桩基施工遇到溶洞时采用永久性内钢护筒法处理方案的优点和成本，探讨永久性内钢护筒法处理桩基溶洞的可行性和有效性。

桩基溶洞;永久性内钢护筒法;优点;成本分析

0 引言

对高速公路建设者而言，在桥梁桩基冲孔施工时遇到溶洞是比较麻烦的事，一方面是处理困难，需要花时间，进度慢;另一方面是投资成本增加。因为桥梁桩基溶洞隐蔽于地下，其分布和发展情况及性质很难充分地被了解和掌握，给施工和建设的正常推进带来极大不便，如处理方法不当，往往会造成掉钻、卡锤、埋锤、梅花孔、漏浆跑浆、塌孔等事故，甚至威胁桥梁运营安全。因此，充分了解桥区桩位所遇溶洞的发育规律、基本形态、规模大小、溶穴顶板岩层厚度、完整性、洞内充填物形状等情况，并采取稳妥的措施，保证施工的顺利进行十分重要。本文就崇水高速公路崇左西左江大桥水中桩基溶洞处理所采用的方法和措施进行介绍和分析。

1 桥梁概况及溶洞分布情况

崇左西互通左江大桥位于在建广西崇左至水口高速公路RK1+458处——广西崇左市宁明县亭亮乡那潭村附近的左江之上，大桥分左右两幅进行设计。大桥主桥桥跨布置为77 m+145 m+77 m，全长299 m，采用三跨预应力混凝土连续刚构桥。主梁为现浇变截面预应力混凝土连续刚构桥箱梁，主桥墩为双肢薄壁墩;崇左侧引桥为3×20 m先简支后连续应力小箱梁;水口侧引桥为1×20 m先简支后连续应力小箱梁。全桥总长为389.04 m。桥墩位于岩溶发育地区，桥位一带浅层岩溶发育，其形态主要以溶洞、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙等为主。根据设计地勘钻探资料显示，遇洞率>60%，有些溶洞向周边延伸距离较大，属于岩溶发育强烈地带。主桥两个桥墩即4#墩和5#墩位于左江深水区中，施工水位高程为108.185 m，4#墩桩顶设计高程为90.000 m，水深18 m;5#墩桩顶设计高程为91.000 m，水深17 m。主桥桥墩基础采用承台桩基础，每个承台下设置9根1.80 m的桩基，两个桥墩4个承台共36根桩，设计桩长最短为12.00 m，最长为37.00 m。

2 该桥梁桩基溶洞的特点和性质

崇左西互通左江大桥的4#、5#墩共36根桩基进行施工时，各根桩基都遇到大小不同的溶洞，甚至同一根桩基多次遇到溶洞，而且部分桩基出现冲孔泥浆跑漏现象，同时在桥位处江水的下游不远处发现有冲孔跑漏泥浆冒出水面的现象。经调查和分析，得出的结论是：桩基处溶洞较多，而且有部分溶洞相互串通，冲孔跑漏的泥浆就是通过串通的溶洞向远处扩散并在河底薄弱处冲破河床冒出水面的。此外，在冲孔过程中还经常遇到卡锤和外钢护筒倾斜变形等问题。

3 桥梁桩基溶洞常见处理方法的缺点与不足

针对桩基施工中遇到溶洞问题，比较常见的处理方法有三种：

（1）先填充碎石或干砂，然后把外钢护筒接长并打到溶洞底部，采用化學灌浆法或喷射灌浆法，固结充填物，最后按正常成孔方法进行施工。

（2）直接用片石和泥土进行充填，反复多次充填和冲孔直到溶洞被填塞密实，孔壁稳定不再坍塌为止。

（3）直接灌注混凝土或片石混凝土填塞溶洞或以水泥砂浆回填。

以上三种方法的缺点是填充材料用量的不确定性，而且随着遇到溶洞次数的增多，不确定性也随之加大，使用数量与溶洞大小和溶洞数量成正比。同时，因混凝土容重较大，容易挤破孔壁而产生较大流失，流失的浆液或混凝土会对河流造成污染。而且方案成功保证率不高，不能达到100%，一旦失败，就得改变方案，既浪费时间又增加费用。

4 针对崇左西崇江大桥桩基溶洞情况拟采用的处理方案

针对大桥4个水中桥墩桩基施工中遇到溶洞的情况和问题，经施工单位、监理单位、业主单位和设计单位代表共同进行分析和研究，为避免以上各种方法的缺点和不足，决定采用永久性内钢护筒法进行处理。即桩基施工除按常规设置外钢护筒外，在遇到溶洞时增设一个内钢护筒，内钢护筒的外直径与桩基直径相同，第一节长度需要根据溶洞所在的位置与桩顶的距离来确定，一般为溶洞所在的位置与桩顶的距离加2 m，然后边冲孔边沉入或打入内钢护筒，当第一节钢护筒下沉到其顶部与设计桩顶位置时，需接长钢护筒直到设计桩底。该方法的特点是：（1）材料用量明确，与溶洞大小和溶洞数量没有关系;（2）增加投资容易确定;（3）不需要制备专用护壁泥浆;（4）方案成功保证率为100%。

具体的施工方法是：（1）准备壁厚为14 mm的钢板，数量根据设计桩径和桩长进行确定。（2）对桩位处进行清理。（3）沉入并固定或埋设好外钢护筒。（4）冲孔机具架设与就位。（5）冲孔。当桩基施工遇到溶洞时，根据溶洞所处位置与桩顶的距离，用事先准备好的钢板加工成与设计桩径大小相同的内钢护筒，然后运到桩位处并用吊机把制作好的钢护筒吊起放到桩基溶洞处并临时固定，接着进行冲孔，内钢护筒随着冲孔的深入而下沉，每下沉2 m需要增加一节2 m长的内钢护筒并与之前已沉入桩基中的内钢护筒进行焊接连接，直到设计桩底冲孔结束为止。（6）对内钢护筒进行校正和固定。（7）拔出外钢护筒并对桩基底进行清孔。（8）下放钢筋笼并固定。（9）浇筑混凝土完成桩基施工。

5 处理方案的优点与作用分析

通过设置永久性内护筒的方法对桩基溶洞进行处理的优点和作用如下：

（1）克服和减少了冲孔过程中冲孔泥浆或混凝土跑浆漏浆问题，较好地解决了因泥浆或混凝土跑浆漏浆对河流和江水造成污染的问题。

（2）桩基冲孔工作受影响时间较短，进度有保证，为上部承台与桥墩及上构箱梁的施工赢得了宝贵的时间，更好地实现桥梁顺利建成通车的目的。

（3）内钢护筒直接保护桩基孔壁，可以避免塌孔或缩径问题，有利于水下混凝土灌注工作的连续进行，能快速成桩，同时桩基质量有保证。

（4）增强桩基强度和刚度，使桩基抵抗变形能力增强，保证桩基承载能力，确保后期运营安全。

（5）清孔工作进行容易，不必担心扰动到孔壁造成塌孔的问题和增加清孔难度与时间，有利于混凝土的快速浇筑。

（6）有利于钢筋笼沉放，由于有内钢护筒的保护，钢筋笼在沉放过程中不必担心触碰孔壁造成塌孔的问题，使钢筋笼能尽快地安装就位，有利于下道工序施工。

（7）永久性钢护筒对桩基混凝土能起到保护作用，使桩身混凝土免受外界软水等其它有侵蝕性或腐蚀性物质的直接腐蚀或侵害，从而削弱混凝土强度，降低承载能力，影响桥梁后期的运营安全和使用寿命。

（8）可以最大程度地减少混凝土的损失量。一般情况下，灌注水下混凝土的充盈系数是1.3至1.5，如果出现异常情况，充盈系数将会更大。而因有内钢护筒的限制作用则充盈系数不会超过1.0。由此可见，采用内钢护筒法，可以节约大概30%～50%的混凝土用量。

崇左西左江大桥两个主桥墩共四个承台底下的各桩基溶洞经过采用永久性内钢护筒法处理，没有出现断桩、夹泥、缩径、斜孔、塌孔等问题和现象，也没有出现因为溶洞处理不当而造成桩基质量差以及施工进度延缓或河流污染等不良后果和问题。各桩基处理完成并达到规范要求龄期后，经过具备合法资质的检测单位进行检测，桩检报告显示桩基质量均为优良。如今，墩柱和上部结构已全部施工完成，桥梁桩基表现稳定、良好，没有出现不均匀沉降、开裂、承载力降低等不良问题。经过实践证明，针对崇左西左江大桥两个主桥墩遇到的溶洞采用永久性内钢护筒法处理方案是有可行的和有效的。该方案对桩基溶洞的有效处理，使整座桥梁的建设提前了半年完工，为确保崇水路在2019-12-09建成通车奠定了坚实的基础和创造了有利的条件。

6 方案的投资成本分析

以长度20 m的钢护筒为例进行分析，壁厚14 mm，重量为12.333 t，钢护筒单价为6 120元/t，设置钢护筒增加费用为7.547 8万元。而如果采用片石+泥土进行反复填充和冲孔的做法，除片石+泥土本身需增加费用外，灌注混凝土用量按设计充盈系数1.4计算，一根20 m长桩基所用混凝土约为51 m3，一根桩混凝土的富余量为51×0.40=20.40 m3。桩径1.80 m桩基的单价为15 812.90元/m，换算成单价是6 213.32元/m3。以混凝土费用约占桩基2/3的费用进行计算得20 m长桩基所需混凝土富余量的费用约为6 213.32×2/3×20.4=8.450 1万元，其费用比采用永久性钢护筒的费用还多。再加上片石+泥土的费用和制备专用护壁泥浆的费用，多花的费用将不低于1万元，所以26根桩基可以节约的费用至少26万元。

对于前述三种常见的桥梁桩基溶洞处理方法，第一种方法中化学浆液或水泥浆液和第三种方法中混凝土单价比较高，且容易流失，使用量大，其费用比第二种方法的要高得多，而采用永久性内钢护筒法节约的费用就更多了。

7 结语

总之，通过对该方案的优点、作用、效果和投资成本与其他三种常用的桩基溶洞处理方法进行对比分析，可以得出结论：在我国南方岩溶地区建设的各种桥梁，当桩基施工遇到与广西崇左西互通左江大桥相类似情况的溶洞时，可采用永久性内钢护筒法进行处理。这是简单易行且可靠实用的桥梁桩基溶洞处理方法，可以加快桥梁桩基施工进度，有效缩短桥梁整体完工时间和工程建设工期，使工程能尽快投入运营，创造经济效益和社会效益。

[1]广西交通规划勘察设计研究院有限公司.崇左西左江大桥两阶段施工图设计[R].2017.