桥梁桩基施工中几种常见溶洞处理方法
经济性比选
摘要：现代桥梁建设工程中桩基施工是尤为关键一环，特别是岩溶地区，桩基施工过程中溶洞处理方法直接关系着工程中质量、进度以及成本，同时也是施工的重难点。常见的溶洞处理方法主要有回填法、注浆固结法、钢护筒跟进法，本文旨在以武汉市江汉七桥工程实例为基础对以上几种桩基溶洞处理方法进行经济性分析，从而为类似工程提供参考。
关键词：回填法、注浆固结法、钢护筒跟进法、经济比选 1、工程概况 1.1线路概况
武汉江汉七桥位于江汉六桥（古田桥）和江汉二桥（知音桥）之间，汉口岸与古田四路相接，汉阳岸与玉龙路相接，是武汉市城市规划的第七座跨汉江通道，路线全长约为2754m。本合同段为江汉七桥南引桥，自汉江南岸滩地，穿越紫霞观垃圾填埋场，横跨知音大道、琴台大道、银杏街，与玉龙路相接。
1.2地质概况
江汉七桥工程南引线工程S9#-S14#墩以及S18-S31#墩范围内的桩基基岩为灰岩，根据初勘、详勘资料，可溶岩分布地段共完成44个钻孔，其中17个钻孔发现有溶洞，见洞率为38.6%，岩溶中等发育。
为进一步确定岩溶区逐桩地质情况，项目部组织有关单位对全线所有灰岩区进行超前钻逐桩勘察，探孔大部分分布为每桩2孔或3孔，钻心深度标准为：芯样呈连续灰岩11m或溶洞底板以下6m双控指标作为为终孔深度。
2、桩基溶洞处理方法 2.1回填造壁法
对于溶洞溶洞高小于或等于3m的桩位主要采用回填造壁法：向溶洞内投入比例为 10∶ 10∶ 1 的片石、粘土、水泥混合物。其中片石单轴抗压强度不应小于 15MPa，石块粒径 20 ～ 30 cm。可适当加入烧碱、锯末增加其自稳性。投入混合物后，反复冲钻，形成稳定的溶洞护壁后，按正常工序进行桩基钻进。
2.2钢护筒跟进法
对于溶洞高为3-6m的未连通型单个溶洞可采用钢护筒跟进法：需边冲击边跟进钢护筒，将钢护筒下沉至溶洞内，为钻孔桩成孔创造条件
2.3预注浆法
为了加固6m以上半填充、无填充溶洞空间或者连通型溶洞，防止钻孔桩施工时泥浆流失、流砂及坍孔等情况的发生，宜采用灌注水泥浆、水泥砂浆的方法，该方法直接对溶洞进行填充。
3、不同溶洞处理方案的经济性比选
本文主要以江汉七桥南引线上匝道S2-3号墩、下匝道X2-4号墩6根主要典型桩基为分析基础，通过现场实际数据及建立模型来比较回填造壁、钢护筒跟进及预注浆固结3种方法经济性。
3.1回填片石、粘土、水泥成本核算
根据超前钻勘探及项目现场实际施工记录数据，S2-3、X2-4墩台桩基总共8根，其中6根存在溶洞，溶洞高度及回填数据如表1所示：
表1溶洞回填信息统计表
桩号 桩径（m) 溶洞高度(m) 回填片石（m3） 回填粘土(m3) 回填水泥(t) 回填总深度(m) S2-3-2 .5 15.4 191 180 10 35.5 S2-3-3 .5 13.9 154 150 12 50.5 S2-3-4 .5 15.4 205 200 12 77.2 X2-4-1 .5 13.6 247 240 10 96.7 X2-4-2 .5 11.5 140 140 6 17.6 X2-4-3 .5 14.6 300 300 15 161.7 合计 24.4 1237 1210 65 439.2 经过成本核算，S2-3、X2-4两个墩台6根桩基溶洞处理额外增加的费用为：50.87万元，回填造壁法详细成本核算总费用为：1237*50+1210*50+65*500+778.74*220+120*490=50.87万元。
3.2钢护筒跟进法成本核算
对于相同S2-3、X2-4两个墩台桩基若采用全护筒跟进法辅以回填，每次回填至溶洞顶板以上 3 m 后反复钻孔，跟进钢护筒按溶洞底标高至原地面标高计算，每根按平均30m考虑，6 根桩钢护筒共180m, 钢护筒直径略大于桩径，采用直径1.7米，壁厚14毫米，钢护筒重量：180*0.592=106.56t，反复钻孔长度：24.4+3*6=42.4m,回填量按锥形模型计算：
回填量按溶洞高度范围内圆台体积加上溶洞顶板以上3米内桩径体积计算：溶洞平均高度H=4.07，圆台底半径
R=0.75+1.5+4.07*cot45°=6.32m, 圆台顶半径r=0.75+1.5=2.25m,则回填总量为：
6*3.14*4.07*（6.32*6.32+2.25*2.25+6.32*2.25）
/3+3.14*0.75*0.75*3=1545m3,按片石、粘土水泥10:10:1考虑，则回填片石、粘土、水泥回填量分别为：662m3、662m3、96t，经过核
算刚护筒跟进法总成本为：
662*150+662*50+96*500+74.*220+106.56*6000=83.63万元。
3.3预注浆固结法成本核算
对于S2-3、X2-4两个墩台桩基若采用预注浆固结法，先采用干啥回填，回填工程量同钢护筒跟进法工程量1545m3,再进行灌注水泥浆固结，注浆深度同样为溶洞底板以上3m，回填沙孔隙比为0.75，则灌注水泥量为：1545*0.75=1158.75m3,固结后反复钻孔长度同钢护筒跟进法：42.4m，经过计算，该处理方法总费用为：
1545*140+1158.75*380+1158.75*110+74.*220=80.06万元。
经过上述分析，对于单一中小型溶洞处理，回填造壁法经济性优于预注浆固结法，但在技术上存在回填次数多，多次漏浆、塌孔、施工周期加长等风险，钢护筒跟进法成本最高，但处理效果最佳，回填次数少，可以明显缩短工期。
4、结束语
以上是本文对武汉地区岩溶区域溶洞处理的几种方法的经济性分析，因地区差异，岩层分布、溶洞高度、各地区材料价格差异等因素，都可能对分析结果造成差异，故本文分析结果对类似工程存在参考作用。但是，岩溶地区岩层分布复杂，对于不同工程还需要提前做好地质勘探、水文气象资料、超前钻等准备工作，认真分析资料之后方可对不同类型溶洞选取不同的处理方法，大体原则为：对于溶洞高度小于4米的半填充、未连通溶洞，选用回填片石、粘土及水泥混合物是比较经济的，也是可行的，对于4米以上连通型溶洞，为了避免出现反复漏浆、塌孔现象，选择压力注浆或者钢护筒跟进是比较合理的，
对于6米以上连通型或糖葫芦型溶洞，需采用单层或者多层钢护筒跟进方法更为经济、安全。
本文所有数据均参考武汉市江汉七桥施工中实际数据或施工经验，目前江汉七桥南引线所有已完成的桩基经过超声波透射法检测均为Ⅰ类桩，证明处理方法是比较可行的，在此，特别对项目全体人员表示感谢。同时希望本文对今后类似工程起到参考作用。
参考文献
【1】马跃龙. 桥梁桩基连通型大溶洞施工技术经济比选 . 铁路工程技术.2018年11月
【2】张献宏. 岩溶地区桥梁桩基钻孔施工溶洞处理 . 建筑.2014 年第 10 期
