长沙地区特殊地质旋挖成孔灌注桩施工控制技术探析

刘 胜（湖南湘江新区发展集团有限公司， 湖南 长沙 410000）

0 引 言

随着经济的发展与科技的进步，钻孔灌注桩技术被广泛应用于各类工程建设中。其中，旋挖钻机由于具有施工灵活、施工效率高、自动化程度高等优点，被广泛应用于基础设施建设中。广大技术人员结合大量工程应用开展了大量关于灌注桩的施工技术的研究，积累了宝贵的工程经验，但由于岩土工程的特殊性及不同地区的地质、水文等条件存在较大差异等，其设计和施工亦必然具有其特殊性。本文结合长沙地区某工程旋挖钻孔灌注桩的施工情况，梳理总结了存在深厚回填土、裂隙、破碎岩及溶洞的场地旋挖钻孔灌注桩施工的技术管控措施。

1 工程地质特点

长沙某工程（以下简称“本工程”）建设场地多为剥蚀残丘和湘江河流堆积阶地，主要岩层为灰岩，为钙质胶结，在酸性水浸泡作用下，易发生溶蚀。局部场地存在部分溶蚀裂隙、溶洞。场地西侧区域存在原矿坑（后回填土），由于回填时间尚短，回填土固结尚未完成，回填场地存在高差，填土高侧将对低侧产生侧向土压力。

2 钻孔灌注桩施工工艺

本工程中，工程桩基多采用钻孔灌注桩和旋挖钻孔灌注桩，旋挖钻机由于施工灵活、效率高等特点，被广泛应用。旋挖钻孔灌注桩施工工艺，如图1所示。

图 1 旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程

3 施工前准备

施工前，施工单位应组织相关人员充分研究项目的勘察、设计文件，研究施工组织方案和针对性的技术措施，并做好施工前的各项准备工作。准备工作主要内容如下。

（1）施工单位应对本工程的施工特点和难点进行充分研究，根据地质勘察报告，深入了解建设场地内回填区、裂隙、破碎岩及溶洞等情况，分析评估其对施工的影响，技术管理人员应制定相应的处理方案、成孔方法及施工措施，并编制专项施工方案。

（2）根据工程实际情况，合理选择施工机械（钻机及辅助机械），并提前完成机械性能的检查和进场验收。

（3）钢筋、水泥等原材料必须具备质量证明文件，并按相关规范要求，在进场后进行见证取样复试检验，复试合格后方可使用。

（4）根据施工部署，设置泥浆池并完成泥浆拌制。

（5）施工前进行桩位及场地标高测量复核，埋设护筒安放等应满足施工要求。

（6）对桩基施工作业人员进行技术和安全交底。

（7）在正式施工前进行试成孔，并根据规范及设计要求进行试桩施工，以检验各项施工和设计参数。

4 施工控制

4.1 工程施工难点分析

根据地勘报告可知，本工程桩基施工位于矿坑及池塘处，地表为回填松散土质及各类岩石块杂物；回填土存在高差，且回填深度差异大，回填土厚度超过20 m，为近期回填，未完成自重固结；现场场地潮湿，地下含水率量大，加之长期被雨水浸泡，导致基坑场内形成了约1 m厚、含水量很大的淤积土。回填土稳定性差，成孔过程孔壁容易发生缩颈、扩径、塌孔等问题，回填区的岩石可能会造成钻头偏位、卡钻、卡笼等问题。

另外，根据地勘及超前钻报告可知，本工程工程桩施工区地下存在最大达7 m厚的碎石层、裂隙及溶洞，施工时，存在成孔难、漏浆、混凝土流失甚至地面塌陷等风险，是本工程桩基施工的难点。

4.2 施工控制要点

由于本工程地质条件的特殊性，场地内存在局部深厚软弱回填土，部分区域场地存在裂隙、破碎岩石以及溶洞。针对这些特殊地质条件的施工管控措施是本工程桩基施工成败的关键。

4.2.1 地表回填土的处理

当地表土层为较软弱的回填土时，采用旋挖钻机成孔，应根据回填土的承载能力，必要时进行场地硬化。同时，由于旋挖成孔过程中钻头上下往复取土的工艺特点，应保证护筒埋设质量并及时补浆，控制好孔内液面高度。提降钻头不宜过快，避免泥浆液面波动冲刷孔壁，导致浅部塌孔或掏空桩孔周围硬化地坪而影响钻机作业安全。

对于土性相对较好的杂填土回填区域，工程桩成孔过程中，应适当调大泥浆比重，从而增强桩孔的稳定性，避免成孔后短时间即出现缩颈现象。同时，现场应严密组织成桩的各工序施工，紧密衔接，避免因工序衔接不连贯而造成桩孔缩颈或塌孔，进而导致钢筋笼下放困难、钢筋笼起吊重新清孔等问题。

如果采取上述措施后，桩孔依然很不稳定，则可根据现场情况，考虑采用长护筒的方式，使护筒穿越软弱土层，保证成孔施工。由于本工程局部场地（原为矿坑）18 m～29 m之间为回填土且含水率高，为确保工程质量，综合考虑后采用全长钢护筒（全孔）施工。

依据地勘报告可知，使用护筒直径的钻头施工至塌孔、缩孔或扩颈及无法成孔部位时，应进行提钻，钢护筒采用PC550以上振动锤沉放钢护筒。

钢护筒施工时应注意加快施工速度，及时使钢护筒穿过软土层或流砂层（流砂层太厚且流速快时，应及时采用高压污水泵抽取细砂同时沉放钢护筒的方式使钢护筒穿过细砂层）。待钢护筒下沉至基岩层后，换用设计桩径钻头于钢护筒内进行钻孔施工。

由于埋设钢护筒长度过大，需要对钢护筒进行连接，并保证其连接质量和整体刚度。钢护筒可采用壁厚为15 mm～20 mm的钢板，各节钢护筒的连接焊缝全部采用双面开坡口进行满焊；两节钢护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接500 mm宽、15 mm厚的加强钢板，使两节护筒整体顺直度达到要求，保持整个护筒的竖向顺直。两节钢护筒连接时搭接长度为300 mm（单节钢护筒两头各有300 mm宽卷边）。

另外，应对回填土的高度予以重视，对过高回填土进行清理，随后采取加固措施，并做好高坡顶的排水措施，避免由于回填土高差较大，高土坡对低处桩基形成侧向土压力，导致工程桩偏移甚至开裂。

4.2.2 回填区岩石的处理

当回填土存在大岩石块时，多数情况下，岩石块部分会突入桩孔而导致桩孔偏移或卡钻，影响成孔施工。对于埋深较浅的岩石，可提前进行清理，以保证后续顺利施工；对于埋深较深的岩石，一般可用钻头清理；对于局部突入桩孔的岩石的处理办法可参考破碎岩的处理办法。

4.2.3 裂隙、破碎岩的处理

裂隙为地应力释放在岩石中产生的裂缝。破碎岩是一种中风化灰岩，且多为半边岩，易在施工过程中导致桩孔漏浆、掉石块、卡钻、掉钻、偏钻及塌孔等情况。

施工过程中，现场施工人员应事先熟悉该桩位钻探资料，当钻进深度达到不良地质区段时，严密监控孔内泥浆面，发现泥浆面出现下降时，根据泥浆液面的变化情况具体判断是裂隙还是溶洞。

当泥浆面下降较缓时，一般可判别为裂隙，施工人员应提钻2 m～3 m，并向孔内投入黏土块和少量水泥，调大泥浆的稠度，以达到填堵裂隙的目的。当泥浆液面下降幅度较大时，应补入泥浆来保证孔内泥浆压力，保证孔壁内外压力平衡，待孔内水头稳定后，继续钻进。

钻进过程中遇到破碎岩（半边岩）时，会导致桩机钻进困难且钻杆振抖，钻孔中桩机钻头将发生偏位，严重时甚至会出现卡钻的现象。遇到此情况，应立即停止钻孔施工。可根据岩石强度，选择不低于岩石强度的混凝土浇筑到孔中，至浇筑偏位处以上1 m左右的位置时桩孔中混凝土不再下降为止，使破碎岩与浇筑在桩孔中的混凝土达到强度后形成整体，以保证钻头受力平衡，可正常向下钻进。

4.2.4 溶洞的处理

根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，对溶洞采用不同的处理方法。主要的处理方法有：填充法，护筒跟进法，套放大小钢护筒法等。

（1）填充法。填充法处理溶洞，一般可分为片石与黏土或片石与低标号混凝土回填。当溶洞的高度在1 m～3 m之间且溶洞为填充或半填充的情况时，可抛填片石及黏土，比例一般为3∶1；将片石、黏土分层投放，每层厚度不超过50 cm，回填高度至溶洞以上不小于1 m，然后进行冲孔作业；采用小冲程冲击通过溶洞，片石和黏土填充溶洞并形成较稳定的孔壁。当溶洞高度为3 m～5 m时，片石与黏土填充效果可能无法保证孔壁稳定，可采用片石与低标号混凝土填充溶洞，比例为3∶7，然后采用小冲程冲击片石，将片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁，24 h后，待水泥的强度达到2.5 MPa，再继续冲击，穿过溶洞。

（2）护筒跟进法。当溶洞高度在5 m以上时，冲孔填充造壁形成的孔壁可能不稳定，可采用钢护筒穿越处理。先用冲击锤进行冲孔、扩孔处理，然后采用振动锤将钢护筒振动下沉至溶洞底部，护筒应具有足够的强度和刚度。

（3）套放大小钢护筒法。多层串珠状溶洞，且溶洞间距较大时，需使用长钢护筒穿越溶洞，但钢护筒长度大，难于施工，因此，可根据实际地质情况多次分级打入钢护筒，使其穿过溶洞，部分桩基需采用全护筒施工的方式。施工方法参考回填土区护筒施工方法，具体如图2所示。

图 2 套放大小钢护筒示意图

除上述管控要点外，桩基施工时还应注意：在桩孔穿过溶洞时做好护壁措施；同时应“一桩一勘”，以确保桩端以下3倍于桩径且5 m内为完全嵌岩。

在成桩过程中，对溶洞采用混凝土方式进行封堵，防止地下水浸泡灰岩。进行场地整平时，应对排水进行规划，防止地表水下渗。

5 结 语

本工程地质情况较复杂，施工前应根据工程地质情况、勘察报告及设计情况等编制有针对性的施工方案，针对项目桩基施工的特殊性制定明确的控制措施。工程实践研究结果表明，长沙地区特殊地质条件下旋挖成孔灌注桩施工在做好常规施工控制的基础上，还应注意以下施工控制要点。

（1）回填软弱土区域的桩基成孔施工过程中，应根据实际情况考虑增加泥浆的比重，必要时考虑采用长护筒。同时，注意场地回填土高差问题，提前采取措施，避免后期导致桩基偏位或桩身剪裂。

（2）为解决裂隙问题，成孔时应适当增大泥浆的稠度，并根据情况适当补浆；破碎岩或回填区的大岩石造成钻头偏位或卡钻时，可考虑回填混凝土，待达到强度后，重新钻进。

（3）针对场地内的溶洞，应先进行判别，根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，合理采用填充法、护筒跟进法等方式，并做好护壁措施。同时应一桩一勘，保证嵌岩深度。