北江特大橋4#主塔樁基施工風(fēng)險評估與關(guān)鍵技術(shù)

摘" 要：該文以清花高速項目中，北江特大橋工程樁基施工為背景，利用LEC評價方法，針對工程存在的重大安全隱患進行風(fēng)險因素的評估，劃分施工作業(yè)條件危險性的大小與危險等級，以風(fēng)險評估得出的導(dǎo)致顯著危險等級的關(guān)鍵因素為基礎(chǔ)，提出4#主塔樁基施工中針對斜巖與大范圍溶洞的關(guān)鍵處理技術(shù)。研究表明，LEC方法評估得出5種導(dǎo)致危險級別為顯著危險的潛在危害因素，可能導(dǎo)致坍塌、設(shè)備損壞、人員傷害等重大事故;針對溶洞可采取鋼護筒跟進法、回填片石黏土（混凝土）、注漿預(yù)處理法，采取“一樁一方案”制定有針對性的溶洞處理方法，斜巖則采用回填混凝土法進行處理。

關(guān)鍵詞：LEC評價法;風(fēng)險評估;溶洞樁基施工;橋梁工程;危害級別

中圖分類號：U44" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）11-0132-04

Abstract： Based on the foundation construction of the Beijiang Bridge project in the Qinghua Expressway project， this paper uses the LEC evaluation method to evaluate the risk factors based on the major safety hazards existing in the project， divides the risk size and risk level of the construction operating conditions， and based on the key factors resulting in significant risk levels obtained from the risk assessment， key treatment technologies for oblique rocks and large-scale karst caves in the pile foundation construction of the 4# main tower are proposed. The research shows that： The LEC method assessed five potential hazard factors that lead to significant hazard levels， which may lead to major accidents such as collapse， equipment damage， and personal injury; for the karst cave， the steel casing follow-up method， backfilling of rubble clay （concrete）， and grouting can be adopted. As regards pretreatment method， this study adopts a \"one-piece plan\" to formulate targeted karst cave treatment methods， and the anticlotic rock can be treated with backfilling concrete.

Keywords： LEC evaluation method; risk assessment; cave pile foundation construction; bridge engineering; hazard level

隨著國家高速道路建設(shè)的飛速發(fā)展，越來越多的公路跨河、湖、海的斜拉式大型橋梁工程出現(xiàn)，橋梁的施工往往伴隨著較大的安全隱患，例如：高空墜落風(fēng)險、吊裝作業(yè)風(fēng)險、基坑坍塌、橋梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、交通安全風(fēng)險、火災(zāi)和爆炸風(fēng)險、水下作業(yè)安全、氣候和環(huán)境因素等。

大型橋梁樁基礎(chǔ)施工作為橋梁施工的重要組成部分舉足輕重。因此，對大型橋梁樁基礎(chǔ)施工工程存在的重大安全隱患進行風(fēng)險因素的評估是十分必要的。此外，樁基礎(chǔ)施工過程中經(jīng)常會遇到惡劣的地質(zhì)情況，例如大范圍的地下溶洞、受復(fù)雜地質(zhì)條件與巖溶發(fā)育影響產(chǎn)生的傾斜度大于45°的斜巖等，針對此類情況也應(yīng)當在實際施工時做出有針對性的措施。

1" 工程概況

北江特大橋為四塔雙索面半漂浮體系混凝土梁斜拉橋，跨徑總體布置為33+147+3×360+147+33=1 440 m。主梁采用PK箱混凝土梁，全寬37.6 m。斜拉索采用扇形布置，空間雙索面，每一扇面由28對斜拉索組成，標準索距6 m，在主梁兩側(cè)錨固。索塔呈鉆石型，塔柱斷面形狀考慮了結(jié)構(gòu)受力需要和建筑景觀效果的要求。4#～6#索塔塔柱總高度分別為147.98、144.784、140.464 m。

北江特大橋4#主塔采用外輪廓尺寸為34.8 m×22.8 m的矩形承臺，承臺厚6.5 m，封底混凝土的厚度為5 m。承臺下設(shè)24根直徑3.0 m的鉆孔灌注樁，按照嵌巖樁設(shè)計。

2" 不良地質(zhì)情況

根據(jù)鉆孔資料，場地地層由上至下依次為：細沙、中砂、粗砂、卵石、粉質(zhì)黏土、砂巖和中風(fēng)化灰?guī)r，巖溶發(fā)育。

2.1" 巖面

4號墩分2個區(qū)域，北部區(qū)域受溶蝕作用劇烈，溶洞發(fā)育，溶腔很大，巖面起伏很大，巖面分上下兩部分。上部巖面標高范圍為-47.1～-17.5 m。下部巖面標高范圍為-62.5～-31.7 m。南部區(qū)域受溶蝕作用相對較小，但巖面起伏較大，巖面標高范圍為-43.4～-16.8 m。

2.2" 巖溶發(fā)育區(qū)

根據(jù)彈性波CT資料，4號墩的北側(cè)區(qū)域受溶蝕作用劇烈，溶洞發(fā)育，溶腔很大。其中RD51號溶洞發(fā)育規(guī)模很大，成開口狀。根據(jù)鉆探資料揭露，溶洞半填充和全填充，填充物為粉質(zhì)黏土、砂卵石等。南側(cè)區(qū)域受溶蝕作用相對較小，僅局部巖面附近存在溶蝕凹槽和溶洞。

2.3" 節(jié)理裂隙發(fā)育區(qū)

結(jié)合彈性波CT和管波資料，4號墩的節(jié)理裂隙發(fā)育，發(fā)育在巖面附近，規(guī)模較大的區(qū)域為標高-30 m以淺。

2.4" 樁底地質(zhì)情況

結(jié)合彈性波CT和管波資料，ZJ4#-1設(shè)計樁位的樁底地層為巖溶，ZJ4#-7設(shè)計樁位的樁底完整基巖厚度僅1.5 m，下部為洞高3 m的巖溶。其余各設(shè)計樁位的樁底地層均為中風(fēng)化基巖，且?guī)r溶不發(fā)育，但局部節(jié)理裂隙發(fā)育。

3" 風(fēng)險評估

由于大直徑（3.0 m）樁在鉆穿頂板后，會導(dǎo)致應(yīng)（壓）力失衡，上部鉆孔內(nèi)泥漿和第四系覆蓋層砂、軟（流）塑土以飽和地下水等均會大量倒吸入溶洞，引起覆蓋層鉆孔坍塌，并可能引發(fā)河床底部大面積塌陷，存在重大安全隱患。

采用LEC評價法針對此種工程重大安全隱患進行風(fēng)險因素的評估，該方法用與風(fēng)險有關(guān)的3種因素指標值的乘積來評價操作人員傷亡風(fēng)險大小，這3種因素分別是：L（事故發(fā)生的可能性）、E（人員暴露于危險環(huán)境中的頻繁程度）和C（一旦發(fā)生事故可能造成的后果）。給3種因素的不同等級分別確定不同的分值，具體的分值詳情見表1—表4，再以3個分值的乘積D來評價作業(yè)條件危險性的大小，即D=L×E×C，最后利用D值的大小劃分風(fēng)險等級。

基于4#主塔樁基施工時存在的安全隱患進行風(fēng)險評估，結(jié)果見表5。經(jīng)過LEC方法評估后，表5中的危害因素導(dǎo)致的危險級別均為顯著危險，可能導(dǎo)致坍塌、設(shè)備損壞、人員傷害等重大事故。樁基施工時應(yīng)當嚴格實行相關(guān)操作技術(shù)規(guī)定，針對預(yù)防雷雨、大風(fēng)等惡劣天氣的影響，現(xiàn)場加強天氣預(yù)報的收集，合理安排工序，嚴禁在惡劣天氣中從事吊裝等危險作業(yè)。

4#主塔樁基北側(cè)區(qū)域存在超大范圍溶洞，溶洞的存在對鉆孔樁施工帶了巨大的挑戰(zhàn)，鋼護筒運輸、埋設(shè)、吊掛系統(tǒng)設(shè)計作為重要的危害因素，并結(jié)合作業(yè)條件風(fēng)險性評價法的結(jié)果，應(yīng)當對其做出有針對性的控制措施，施工時應(yīng)當使用倒鏈葫蘆與抄墊進行鋼護筒運輸時的固定，加強對吊機操作人員的安全技術(shù)交底及現(xiàn)場監(jiān)督檢查，選擇合適鋼絲繩、卡環(huán)，嚴禁以小代大，每次吊裝前檢查吊具、索具、吊點完好情況，此外，對于大范圍的溶洞進行鉆孔樁基施工的同時需要對溶腔內(nèi)部進行注漿填充。

4" 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)地勘以及物探資料的初步判定，施工區(qū)域內(nèi)存在超大范圍溶洞，溶洞內(nèi)有部分充填物，4#主塔樁基溶洞分布圖如圖1所示。

4.1" 樁基溶洞處理技術(shù)

根據(jù)北江特大橋一樁一勘鉆孔地質(zhì)柱狀圖、CT掃描成像分析，4#主塔樁基共9根存在溶洞，溶洞高度最大為21.2 m，為半填充溶洞，溶洞最小高度為0.4 m，采用壓漿處理或壓漿+回填混凝土處理方案，具體統(tǒng)計見表6。

北江特大橋4#墩樁基溶洞采用回填灌注混凝土充填+可控雙液注漿處理和護筒跟進的處理方案：

1）所有溶洞樁基鋼護筒跟進至中風(fēng)化灰?guī)r頂部。

2）對于半充填溶腔以及全填充溶腔的部位，在樁的周圍預(yù)先鉆?273 mm孔和?150 mm孔，分別灌注混凝土、雙重液漿?；炷梁蜐{液灌注孔布置如圖2所示。

3）樁的周圍預(yù)鉆孔先施工?273 mm的混凝土孔，通過?273 mm小孔采用泵吸法對樁位溶洞進行清孔，將溶洞內(nèi)的軟塑狀流體清理出孔外，對樁位溶腔進行灌注混凝土充填。然后施工?150 mm的注漿孔，灌注漿液對樁位周圍土體預(yù)固化處理，復(fù)合漿液擠入后在水里具有不分散、膠凝時間短、凝固體強度在0.5～3.0 MPa，可以加固固化樁孔周圍孔壁，避免在灌注混凝土?xí)r因壓力過大而塌孔。

4）混凝土回填根據(jù)不同位置選擇不同時間，其中4#-01和4#-07施工前先進行混凝土回填，其余樁基則在鉆孔施工過程中采用導(dǎo)管法進行混凝土回填。

5）僅采用注漿預(yù)處理完成后，溶洞的樁基在鉆孔施工過程中如仍存在漏漿嚴重等現(xiàn)象，則采用導(dǎo)管法直接在樁孔內(nèi)回填混凝土的方法對溶洞進行充填處理。

6）斜巖處理技術(shù)：北江特大橋4#墩地質(zhì)條件復(fù)雜，位于北江次級斷裂帶上且?guī)r溶發(fā)育，受地質(zhì)構(gòu)造影響巖體破碎，根據(jù)地質(zhì)CT掃描資料，定義巖面傾斜度大于45°的巖層為斜巖。一般來說鉆機在施工過程中遇斜巖后，無法平穩(wěn)進行鉆進，導(dǎo)致孔位偏斜，垂直度偏差超過規(guī)范要求的1%樁長，非常容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。在斜巖地層發(fā)生偏孔后，要采用技術(shù)措施進行糾偏，根據(jù)以往工程經(jīng)驗以及現(xiàn)場實際情況，綜合考慮安全性和可操作性，本項目采用回填混凝土法進行斜巖處理。

4.2" 溶洞樁基處理安全措施

施工前應(yīng)詳細閱讀地質(zhì)資料，掌握溶洞出現(xiàn)的樁號，范圍大小。

每個孔位的地質(zhì)柱狀圖和施工方案都應(yīng)單獨發(fā)給有關(guān)人員，讓具體操作者、技術(shù)人員、作業(yè)隊長都知道溶洞的位置、大小、充填情況以及應(yīng)采取的施工方案。

備足成孔用水、黏土、片石等必備材料，確保溶洞鉆穿時迅速補水、補漿、預(yù)防塌孔，并及時拋填黏土和片石，以恢復(fù)正常鉆孔作業(yè)。

鉆機就位前，應(yīng)對鉆孔各項準備工作進行檢查。

當鉆機鉆至洞頂0.5～1 m時，應(yīng)縮小沖程，逐漸將洞頂擊穿，以防止卡鉆。

根據(jù)鉆孔的進尺情況，在擊穿洞頂之前，要有專人觀測護筒內(nèi)泥漿面的變化，一旦泥漿下降，應(yīng)迅速補水、補漿。

存在基巖頂面的不平整，護筒底部不可能周邊全斷面接觸，這樣就可能造成此處發(fā)生以下問題：振力過大時，護筒滑偏，底部變形;底部漏漿，坍塌。為盡量避免此類問題發(fā)生，在護筒振打下落時參照地質(zhì)資料控制好護筒的入土總深度，護筒就位后在基巖面附近反復(fù)回填黏土、片石并摻加水泥，沖擊造壁。

溶洞頂板被擊穿后，當發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)水頭迅速下降，護筒也伴隨下沉，應(yīng)立即提起鉆頭;如果發(fā)現(xiàn)棧橋平臺出現(xiàn)下沉跡象時，應(yīng)立即組織在場施工人員撤離到安全地方，待下沉穩(wěn)定后再進行處理。

綜上，北江特大橋4#墩樁基溶洞采用回填灌注混凝土充填+可控雙液注漿處理和護筒跟進的處理技術(shù)，施工時嚴格遵循溶洞樁基處理安全措施以及監(jiān)控措施，最終溶洞處理效果良好，樁基檢測結(jié)果均為I類樁。

5" 結(jié)論

1）風(fēng)險評估：采用LEC評價法針對施工存在的重大安全隱患進行風(fēng)險因素的評估，利用3種鉆孔樁基施工的因素指標值的乘積來評價操作人員傷亡風(fēng)險大小，并評價作業(yè)條件危險性的登記，經(jīng)過LEC方法評估后，5類危害因素導(dǎo)致的危險級別均為顯著危險（3級），可能導(dǎo)致坍塌、機器損失、人員傷害等重大事故。

2）關(guān)鍵技術(shù)：樁基施工溶洞、斜巖的處理是項目的重難點之一。采用超前地質(zhì)鉆進行逐樁鉆探，再通過彈性波CT法、管波探測法進一步探明基底巖面起伏狀態(tài)，識別隱伏型溶洞的分布、大小、形態(tài)和空間位置，針對溶洞以鋼護筒跟進法、回填片石黏土（混凝土）、注漿預(yù)處理法為基礎(chǔ)，采取“一樁一方案”制定有針對性的溶洞處理方法，斜巖則采用回填混凝土法進行處理。

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