高填方区干作业成孔灌注桩施工技术

时间：2024-07-28

华天波王住彭德坤李坤

【摘要】介绍了高填方区域在进行旋挖灌注桩施工时孔桩容易塌孔的问题，分别在孔口采用 C15低标号混凝土进行填充处理，并在孔内采用膨润泥土护壁直至成孔，克服了回填土高度过高和孔口周边无黏性渣石土对成孔的不利影响，成孔效果良好，并节省了施工成本，提高了施工效率。

【关键词】高填方;干作业;泥土护壁;灌注桩

【中图分类号】 TU473.1+4 【文献标志码】 A

随着城市现代化建设的不断推进，可供使用的城市土地建设面积越来越紧张，由于其地下空间开发面积大，深基础越来越常见，对桩基的施工质量要求也越来越高。旋挖成孔灌注桩由于其能在没有其他设备辅助下进行移动，并且现场施工噪声小、定位准确、施工进度快、同条件下施工的桩基承载力高、适用地层广泛等优点得到了工程界的青睐[1-2]。现在，旋挖设备不断改进，旋挖钻孔灌注桩的施工工艺也越来越成熟[3-4]。

目前在高填方渣土地区施工成孔灌注桩的经验不足[5-7]，孔口周边为无黏性渣石土，孔隙率高强度低，在进行干作业成孔时易出现塌孔问题[8-9]。分析塌孔原因并解决塌孔现象，是高填方渣土区进行旋挖干作业关键的技术难题。成都天府国际机场航站区施工四标段项目采用干作业旋挖桩成孔工艺，施工现场采用石方回填，部分区域填方深度为7～9 m，属于高回填区，且施工区域存在机械振动等不利因素，旋挖灌注桩成孔难度较大。本论文在现场实践的基础上，探讨了旋挖干作业塌孔原因及对应的施工措施，在本工程取得了较好的应用效果，可为类似工程提供参考。

1工程概况

成都天府国际机场航站区施工四标段项目位于简阳市西侧，工程总用地面积为18.3万 m2，折合18.3 ha，总建筑面积16.3万 m2，图1为本工程的建设效果。

本工程的基础施工孔桩共1031个，采用干作业旋挖桩成孔工艺，桩径有3种，分别为小1.0 m、小1.2 m、小1.4 m，桩长约为5～22 m。根据地形及设计方案，现场全部采用石方回填，填方深度为7～9 m，石方回填粒50～500 mm。

2旋挖桩干作业塌孔原因分析

解决干作业时的塌孔问题是高填方渣土区进行旋挖干作业的技术关键。旋挖机干作业时施工进度快且噪声小、安全环保，但在高回填渣土地层中采用干作业施工经常出现塌孔现象，经分析出现塌孔的原因主要有：

（1）孔口周边为回填的无黏性渣石土，土体较为松散，孔隙率高强度低，孔身土层不能直立而塌落。

（2）回填区域过高，地表雨水和地下水下渗，软化孔底周边土体，造成下部桩孔坍塌。

（3）成孔后孔口没有及时硬化浇筑混凝土造成塌落。

3干作业成孔施工方法

针对以上造成旋挖桩干作业塌孔的主要原因，分别制定对应的施工顺序和方法。

3.1控制桩定位和保护

在成孔桩外设4点，检查相对2点的连接线交点是否与桩位中心点重合，以确保控制桩定位准确。同时为保证桩位稳固，控制桩应打入地面以下超过30 cm，并在四周采用低标号 C15混凝土包裹防护。

3.2采用长钢管护筒

对本工程孔深较深的旋挖桩，采用长钢套管护壁，避免孔身塌孔，并在灌注混凝土后及时拔出，避免因阻力过大出现难以拔出的情况。同时为避免对周围土体产生扰动塌孔，在长钢管护筒埋置前，首先用口径较大的钻头钻至设定深度，拔出钻头之后再将长钢管护筒压至设定的深度，在此过程中应注意操作仔细。在长钢管护筒就位后，应在孔口周围均匀的分层回填夯实土层，增加土体的密实性，使桩孔成形。

3.3钻进前采用低标号混凝土填充孔口

在钻进前，在孔口部位填充 C15低标号混凝土，待其初凝后再钻进，可有效改善孔口周边无黏性渣石土的力学特性，增强其自身的粘结和稳定能力，进而有效降低塌孔率。

3.4钻进时采用膨润泥土护壁并控制钻进速度

在钻进时注入膨润泥土可有效增大静水压力，并在桩孔壁形成一层泥皮，可以隔断孔内外渗流，从而有效地防止孔壁坍塌[4]。本工程进行旋挖机钻孔时，可采用跳挖的方式，将产生的渣土及时清运出场地，避免堆放产生堆土荷载，影响成孔质量。在钻孔时应控制钻孔速度，避免速度过快而发生塌孔。

4混凝土灌注施工方法

4.1水下混凝土灌注

水下混凝土灌注是樁基施工的关键工序，并在浇筑过程中应做到连续灌注，从而保证灌注成桩质量，并尽量减小因拆除导管而产生的间隔时间。

在水下混凝土浇筑前，沉渣应清理干净，混凝土采用泵送方式进入导管顶部的漏斗中，并控制坍落度在20 cm左右，以保持较好的和易性。混凝土在浇筑时，导管埋入混凝土的深度应在1～3 m之间，在孔深较深时，埋入深度可根据现场情况加大。混凝土浇筑漏斗的底口处应设置隔水性能较好的装置，该装置产生隔水作用并顺利排出溢出的水。在水下混凝土的浇筑过程中，若发生导管漏水或机械故障等造成断桩，查明原因后须进行重钻[10-11]。

4.2孔底高压注浆

为保证注浆管的连接强度，本工程采用 DN25×2.5或 DN57×3.5钢管作为注浆管，并用丝扣连接，防止出水渗漏。在工程现场，沿钢筋笼内侧布设3根注浆管，注浆管与钢筋笼加强箍筋绑扎连接，以便于注浆施工。

本工程注浆的水灰比根据不同的土体分开设置，在现场的松散碎石土、砂砾设定为0.5～0.6;饱和土的水灰比设定为0.45～0.65;非饱和土的水灰比设定为0.7～0.9。混凝土浇筑完毕后18～24 h 内必须用清水将喷口冲开，注浆时间宜于成桩2天后开始，不宜迟于成桩30天后。在后注浆作业开始前，应进行注浆试验，优化并最终确定适宜的注浆参数。

5塌孔处理措施

5.1一般情况处理

在工程现场出现塌孔情况时应及时处理，在塌孔位置用挖机倒入一定量的黏土，然后将钻头放入孔内，开启钻机将黏土反钻挤压进入孔壁，以达到修复一般情况下的塌孔。而在坍孔较为严重时，应在采用上面的方法逐层回填，逐层挤压密实回填至坍塌部位以上3 m左右后，再重新进行钻孔。

如果在钻孔中发生弯孔或缩孔现象，通常可将钻机的钻头提起至偏斜部位，然后进行反复扫孔，直到钻孔处于正直状态。如果发生严重弯孔现象，需进一步采用小片石或卵石与黏土混合物回填桩孔至偏斜部位，待填充料压沉以后再重新进行钻孔，以达到纠偏效果。

当钻孔过程中遇到孤石、夹层等特殊地质情况时，在现场应及时放慢钻机的钻进速度，通过逐步小心钻进，缓慢地通过孤石或软弱夹层部位，避免因土体扰动而出现塌孔。

5.2桩塌孔严重情况处理

如果塌孔严重或孔内含水丰富且垮塌严重，采用 C15混凝土进行回填处理。

（1）塌孔严重但孔内没有水或水量较少可直接回灌混凝土对塌孔区域进行填充。在混凝土填充至塌孔区域上部时可用旋挖钻机的钻斗放至孔内进行反转并向下略为施压，以此确保填充的混凝土能完全充填塌孔区域并与垮塌后的孔壁完全结合在一起，混凝土回填至塌孔区域的上端后再增加2 m左右，待混凝土达到终凝后再进行施工。

（2）孔内水量较多的塌孔应采用低强度等级水下自密实混凝土回灌，回灌混凝土需采取专用浇筑导管进行水下灌注。待混凝土回填至塌孔区域的上端后，再增加深度2 m左右，待混凝土达到终凝状态后再进行施工。

5.3桩缩颈严重和塌孔非常严重情况处理

根据地勘资料或现场实际情况，软塑黏土含水极易缩颈造成非常严重塌孔甚至坍塌[12-13]，为避免出现坍塌而发生安全事故，在钻至软弱地层后发现缩颈情况应暂停继续钻进，应采用安装长钢护筒进行隔阻避免塌孔。钢护筒应根据地勘资料以及现场实际情况相结合的方式提前组队好足够长的钢护筒，钢护筒的对接采用满焊。钢护筒吊装绳采用小18～20 mm并用20 t以上卸扣连接钢护筒。在钻进并穿过上部回填层时，应用履带吊吊起长钢护筒下放至孔底（易塌孔的顶部）位置，再用挖机振动锤并夹住长钢护筒顶部，确保对准孔中心后开启液压振动锤震动下压钢护筒。钢护筒安装过程中，通过孔口限位器保证护筒中心与桩基中心同点，并同步控制护筒垂直度，逐渐下放钢护筒直至护筒穿透软弱地层置于岩层表面。

采用长钢护筒穿越软弱地层的特殊施工工艺，为确保桩人岩后能达到设计桩径且钻斗能在钢护筒内自由上升和下落以及钢护筒安装顺利，桩径小1.8 m 的长钢护筒直径为小2 m，钻机开孔直径为小2 m直至穿过回填层，钢护筒以下仍按设计桩径施工。

5.4防止断桩或出现Ⅲ、Ⅳ类桩的措施

（1）桩底浮渣必须采取专用平底清孔器，以利于孔底浮渣厚度控制，地下水位桩均缠绕纱布条。

（2）成孔完成后进行第一次孔深抄测，钢筋笼安装完成后混凝土浇筑前从套管内第二次测孔深，当2次误差小于100 mm时才允许浇灌。

（3）浇筑时套管下口伸至桩底，间距不大于300 mm，浇筑过程随时跟踪检查提管（不得过快，避免套管下口接触地下水）。

（4）混凝土塌落度不得大于220 mm，每车均需实测塌落度，如超标则要求退回搅拌站，采取同强度等级水下混凝土配合比，由搅拌站出具专用配合比。

（5）声波检测管必须固定牢靠，每根管逐次检查，特别是混凝土浇筑时注意保护，上下口封闭严实，同时在后续施工过程中注意保护声测管的完好性。

6结束语

解决旋挖干作业时的塌孔问题是高填方渣土区进行旋挖灌注桩施工的技术关键。本文首先从旋挖桩干作业塌孔的原因进行分析，并针对性地提出了控制桩定位和保护、采用长钢管护筒、钻进前采用低强度等级混凝土填充孔口、钻进时采用膨润泥土护壁并控制钻进速度等一系列干作业成孔施工方法，有效降低了现场塌孔率。因孔深较深，为确保混凝土灌注质量，采用导管法灌注桩基混凝土，并有效控制水下混凝土的灌注速度和质量，实现了灌注桩高质量快速成型。最后结合现场实践，给出了对应不同塌孔程度的处理措施，以便及时处理。

参考文献

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