寇江 周超
中交二公局第二工程有限公司
摘要：大连南部滨海大道工程主桥主塔基础为桩基础，所处场域岩溶地质较为发育，桩基施工过程中必须进行溶洞处理，溶洞处理涉及多种方案措施，综合施工成本、工效和效果，选择最适合工程施工的方案，为同类型桩基施工提供借鉴。
关键词：海中岩溶地质 桩基处理 成本分析
1 工程概况
大连南部滨海大道跨海大桥工程主桥820米，主桥的加劲梁为钢桁架结构，两端设混凝土重力式锚碇，桥塔采用混凝土结构，桥面板采用正交异性钢桥面板，车道双层布置。索塔承台为分离式承台，承台之间不设横系梁，单个承台由12根φ2.5m的钻孔灌注桩支撑，钻孔灌注桩按照短边3排，长边4排的矩形布置。承台尺寸为17.3m×23.6m×6.05m。
图1 索塔桩基承台布置图（单位：cm）
每个索塔下方24有根桩基，依照施工设计资料，其中每个索塔下方有8根桩存在岩溶地质，岩溶的高度相差较大，最高的岩溶洞高达7.3m，最低的岩溶洞高度也有0.7m；岩溶构造分为单层岩溶和多层岩溶；内部填充分别为粘性土、灰岩角砾和碎石，且有部分无充填物。桩基编号及岩溶洞分布图如图2所示。
图2 施工设计图纸提供的钻孔桩编号及岩溶洞分布图
2岩溶地质的形成及其对地质桩基施工的影响
2.1岩溶指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石(如石灰岩、石膏等)，受含有二氧化碳的流水溶蚀，往往会产生落水洞、溶洞、溶槽、塌陷以及暗河等典型的喀斯特现象，在岩溶区，由于桥址下伏岩溶发育，基岩形态复杂，溶洞众多且具有一定的连通性，因此其基础施工，特别是桩基础施工过程中常遇到上覆地层坍塌、岩面突变、溶洞漏水漏浆等复杂问题，给岩溶区桥梁桩基施工的安全性和稳定性带来了极大的风险。
2.2桩基工程属于隐蔽工程，并且作为支撑结构荷载的关键组成部分，桩基质量的好坏直接关系到桥梁的安全问题，并在极大程度上决定着地质桩基的整体工程效果。而不可预见的岩溶地质严重影响桩基础的选型和施工质量及安全。一方面，由于岩溶发育，基岩形态复杂，溶洞大小不一、分布不均、填充状态不同等都根据地段会有所不同，所以，必须对每个桩位进行实际勘测数据，同时，还需要制定针对性的措施，才能保证桩基能够顺利施工，这也是造成成本增大、设计施工难度增大的主要原因之一；另一方面，桩基施工过程中，极易出现掉钻、卡钻、沉渣过厚、偏孔、埋钻、漏浆、地陷等问题，严重影响施工的效率和进度，甚至危及施工人员的生命安全。因此，在岩溶地质区域的桩基施工方案必须认真考虑，应由设计施工人员对桩基施工范围探明地质情况，充分了解溶洞的大小及分布情况，以此为基础制定有效可靠的施工方案，来确保桩基础施工能够安全顺利的完成。
3施工方案
3.1 预处理工艺
溶洞预处理采用钻孔桩注浆方式来加强溶洞位置的孔壁强度。注浆孔以110～130mm作为钻孔的开孔直径，最外侧采用Φ127mm的套管由平台插设至海底淤泥内，深度以套管根部稳定为钻孔深度，外侧套管稳定后下入Φ110mm的套管钻入岩石层，入岩深度50cm，当钻至溶洞层时，最内层套管采用Φ91mm进行钻进，钻至溶洞底面1m后停止钻孔，用优质泥浆材料作为护壁。注浆过程中收集相关原始记录，依据具体情况对泥浆比和泥浆量进行适当调整。
注浆完成后，对设备、管道及时清理，拔出注浆管并用水泥纯浆封堵注浆孔。岩溶洞预处理能有效提高桩基周边土体强度，降低桩基钻进施工过程中孔壁坍塌的可能性。但由于工程所处地质复杂，如若预处理不能达到预期效果时，则需在钻进施工过程中处理岩溶地质对桩基施工带来的危害。
3.2 抛填片石、粘土处理方式
有填充物的岩溶洞、裂隙发育的岩溶洞以及斜面沿、半坡岩、石柱等岩溶地质采用抛填工艺处理比较合适。当钻至溶洞顶板1m时，减少冲击钻冲程，控制在1～1.5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，当钻穿岩溶洞时，投入粘土和片石，反复冲砸，填塞溶洞，挤密护臂，直至穿过溶洞，促使溶洞范围形成稳固护臂后采取正常冲程施工，片石与黏土按1：1的体积比进行掺配。
岩溶洞内无填充物或半填充时，还可掺入水泥、烧碱和锯末，增大孔壁的自稳能力施工。抛填水泥过程相似，待壁厚强度达到一定程度后再继续施工。
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3.3 灌注混凝土处理
对于岩溶洞边界明确，洞内填充为流塑状态或半填充状态的岩溶洞条件下的桩基施工可以考虑抛填混凝土处理。当钻至溶洞顶板1m时，减少冲击钻冲程，控制在1～1.5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，当钻穿岩溶洞时，开始灌注低标号的混凝土至溶洞顶1m以上，灌注完成后等待混凝土达到一定强度后再继续钻孔。
3.4 双护筒处理方式
预处理达不到预期效果的岩溶洞，且岩溶洞形式为洞内无填充或有流塑填充物，漏水严重或者连通暗河时，可采用钢护筒穿越处理。
可以使用边冲孔边接高护筒，将其震动下锤至岩溶洞底部。
4 岩溶洞处理费用统计分析
4.1 海洋环境钻孔过程天气情况统计及施工环境分析
在进行岩溶洞费用处理分析前，先对依托工程钻孔施工过程天气情况及施工环境进行统计分析，因为在海上钻孔施工，天气情况和施工环境对资源配置有很大影响。
4.2 钻孔工期分析
通过成孔周期分析，前期开钻且有岩溶洞桩基施工周期普遍偏长，后期开钻且有岩溶洞桩基成孔周期基本与计划工期一致，这说明在这种群桩钻孔施工过程，前面钻孔处理抛填的大量粘土和片石对岩溶洞起到封堵作用，到后面开孔的桩基虽然表现有岩溶洞，但产生的病害影响并不大，因此成孔周期接近正常。
通过工期分析，一些没有岩溶洞表现的桩基钻孔周期也普片偏长，这点与地址条件复杂有关，这些桩位虽然在钻探和实际钻孔没有表现出有岩溶洞，但施工过程并不顺利，因此岩溶地质群桩基础钻孔施工时，岩溶地质会带来综合性影响，并不单纯的有岩溶洞钻孔就慢，没岩溶洞的钻孔就快。
4.3 岩溶洞处理材料分析
材料分析主要考虑岩溶洞处理消耗的片石、粘土和钢护筒，对钻孔平台和原钢护筒投入情况不再分析，因为从施工区域地质分析，淤泥覆盖层下是卵石，卵石层下才是石灰岩，在搭设平台时，钢管桩和钢护筒无法穿越卵石层，这部分材料与没有岩溶洞桩基施工投入情况差别不大。
经统计有32根桩有岩溶洞，共消耗片石约3500m³，消耗粘土约13400m³，钢护筒跟进消耗钢材约33t。钢护筒跟进为在原钢护筒下沉到位后，在钻孔过程出现塌孔、护筒底口漏浆时对钢护筒进行跟进。经粗略统计32根桩岩溶洞处理总计消耗材料费约100多万元，采用抛填工艺处理岩溶洞消耗的材料费用并不是很高。
4.4 岩溶洞处理机械设备分析
通过对比分析，在纯海洋环境钻孔，所有材料要靠船舶运输，施工过程受风浪影响比较大，所使用的船机设备排水量都要比预期提高，以抵抗海洋环境大风大浪。
在岩溶地质钻孔施工过程，由于钻机长时间运转，钻机磨损严重，并且经常出现故障，施工工效不高，因此钻机数量也适当增加。
在岩溶地质钻孔过程，因为经常要吊转钻机和吊装回填材料，履带吊数量增加1倍。
在海上，空气潮湿，并且含有大量盐分，海上继续设备经常出现故障，尤其发电机和泥浆泵，故障率很高，因此这些设备配置数量会有所增加，以便应急。
4.5实际收支与预算收支对比分析
对依托工程实际收支情况与标后预算收支情况进行对比分析，不难发现，由于工期延长和施工环境影响，施工过程机械设备费用增加很多，由于工期延长，各种管理费等其他费用也有所增加，进而造成预期利润和实际利润有很大差别。
5 结语
通过对工期情况和设备、材料投入情况分析，由于首次在海中对岩溶地质钻孔施工，我们对海况情况和岩溶地质情况带来的影响估计不足，造成预期利润大于实际利润。通过工程的实际施工和后期成本分析总结，明确不同施工工艺之间的成本差异，在综合比较质量、进度、成本的前提下选择合适的施工工艺，达到提高项目经济性的目的。
参考文献:
[1] 《公路桥涵施工技术规范》（JTGT F50-2011）人民交通出版社，2011年；
[2] 《公路工程施工定额》人民交通出版社，2009年7月。
论文作者:寇江,周超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/21
标签：岩溶论文; 桩基论文; 钻孔论文; 溶洞论文; 地质论文; 情况论文; 过程论文; 《防护工程》2018年第10期论文;