旋挖鉆孔灌注樁塌孔處理技術(shù)研究

劉 帥

（中鐵十九局集團(tuán)廣州工程有限公司，廣東廣州 511458）

0 引言

橋梁樁基施工中，以不同成孔方式為根據(jù)，主要由鉆孔、沉管及人工挖孔等灌注樁組成，機(jī)械鉆孔灌注施工常用于土質(zhì)類地段。而以鉆孔機(jī)械鉆頭是否水層施工為根據(jù)來(lái)看，包含泥漿護(hù)壁成孔及套管護(hù)壁等。面對(duì)鉆孔灌注樁施工中的塌孔事故，為了控制鉆孔灌注樁質(zhì)量，就必須盡快將孔樁塌孔處理。本文以平華大道綜合管廊工程為對(duì)象，探討旋挖鉆孔灌注樁塌孔處理技術(shù)。

1 工程概況

平華大道綜合管廊（湖心路—星湖路—雙湖路，全長(zhǎng)約2.65 km），基坑支護(hù)體系中有3段特別采用Φ800 mm鉆孔灌注樁支護(hù)。

第1段：PHK1+445—PHK1+498，屬B-2區(qū)，區(qū)段長(zhǎng)53 m，樁底標(biāo)高-45 m，布樁111根。

第2段：PHK1+958—PHK2+024，屬B-3區(qū)，區(qū)段長(zhǎng)66 m，樁底標(biāo)高-26.5 m，布樁129根。

第3段：PHK0+325—PHK0+395，屬A-2區(qū)，區(qū)段長(zhǎng)70 m，樁底標(biāo)高-45 m，布樁140根。

以上鉆孔灌注樁樁頂標(biāo)高按+1.5 m計(jì)（包括樁頂設(shè)置的冠梁部分），總樁數(shù)240根，實(shí)樁總延米8782 m。

本工程灌注樁施工采用旋挖鉆機(jī)，旋挖鉆成孔速度快、質(zhì)量高。該鉆機(jī)為全液壓驅(qū)動(dòng)，電腦控制，能精確定位鉆孔、自動(dòng)校正鉆孔垂直度和自動(dòng)量測(cè)鉆孔深度，最大限度地保證鉆孔質(zhì)量。伸縮桿不僅在鉆孔中傳遞回鉆力矩和軸向壓力，而且利用本身的伸縮性實(shí)現(xiàn)鉆頭的快速升降、快速卸土，以縮短鉆孔輔助作業(yè)的時(shí)間，提高鉆孔進(jìn)效率[1]。環(huán)保特點(diǎn)突出，施工現(xiàn)場(chǎng)干凈。履帶底盤承載，接地壓力小，適合各種工況，在施工場(chǎng)地內(nèi)行走移動(dòng)方便，機(jī)動(dòng)靈活。自帶柴油動(dòng)力，緩解電力不足的矛盾，并排除了動(dòng)力電纜造成的安全隱患。

2 塌孔原因分析

樁基塌孔一般都是由工程地質(zhì)、施工方法或護(hù)筒埋設(shè)等方面的原因造成的，以本工程中出現(xiàn)的塌孔位置、程度等因素為根據(jù)，判定其原因。

2.1 水文地質(zhì)原因

區(qū)內(nèi)地勢(shì)低平、開闊，水系發(fā)達(dá)，層次豐富，河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，內(nèi)外貫通，內(nèi)河、水塘（道路范圍內(nèi)已填平預(yù)壓固結(jié)完成）共存，地下水主要受大氣降水補(bǔ)給及海水補(bǔ)給，且水位受潮汐影響有一定變化幅度[2]。

2.2 施工方法原因

該工程施工期間，由于護(hù)壁防護(hù)措施未落實(shí)在地質(zhì)較差的孔樁處，同時(shí)過(guò)快的鉆進(jìn)速度大幅擾動(dòng)孔樁周圍土，引起塌孔的可能性極高。

3 塌孔處理方法

3.1 多次灌注低標(biāo)混凝土法

孔位出現(xiàn)較嚴(yán)重的塌孔，旋挖鉆機(jī)無(wú)法開孔。塌方土體用挖掘機(jī)清除后，低標(biāo)混凝土回填，常溫下24 h待混凝土凝固硬化后，繼續(xù)用旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)，如果出現(xiàn)塌孔采取相同的工序進(jìn)行處理至成孔為止，如此就會(huì)有混凝土護(hù)壁成為塌孔處的孔壁，以規(guī)避塌孔。該方法施工速度快，但需要重復(fù)鉆孔，會(huì)產(chǎn)生更多旋挖鉆機(jī)費(fèi)用，成本相對(duì)偏高。

3.2 換填法

換填法是以嚴(yán)重塌方且不能成孔區(qū)域?yàn)閷?duì)象，通過(guò)大開挖的形式將區(qū)域內(nèi)土體全部挖除運(yùn)走，并換填具備較好可塑性的黏性土，采取機(jī)械分層壓實(shí)[3]。該方法適用于人工填土、濕陷性黃土等地基中，但會(huì)增加相當(dāng)高的成本，如土方采購(gòu)和堆放、施工機(jī)械臺(tái)班等費(fèi)用，且施工速度較為緩慢。

3.3 沖擊成孔法

于塌孔位置處用片石填滿并超出1～2 m，通過(guò)沖孔打樁機(jī)的運(yùn)用成孔。實(shí)際沖擊中，反復(fù)擠壓孔壁會(huì)使其達(dá)到密實(shí)，能規(guī)避樁孔塌孔的可能。該方法涉及大量片石和多臺(tái)沖孔打樁機(jī)的應(yīng)用，會(huì)有較大增加成本，且施工速度較為緩慢。

3.4 下全長(zhǎng)鋼護(hù)筒法

將樁心點(diǎn)預(yù)先放出，全場(chǎng)鋼護(hù)筒送達(dá)后，通過(guò)長(zhǎng)臂履帶式挖掘機(jī)的應(yīng)用，結(jié)合振動(dòng)錘將全場(chǎng)鋼護(hù)筒裝夾并與點(diǎn)位對(duì)準(zhǔn)，振動(dòng)下沉至適當(dāng)位置后對(duì)樁位復(fù)查，在允許范圍內(nèi)控制樁位誤差，全場(chǎng)鋼護(hù)筒內(nèi)旋挖鉆機(jī)鉆孔至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，將鋼筋籠下放并進(jìn)行混凝土灌注成樁，初凝前借助振動(dòng)錘拔出長(zhǎng)護(hù)筒[4]。該方法施工速度較快，但涉及長(zhǎng)臂履帶式挖掘機(jī)的使用、全長(zhǎng)鋼護(hù)筒的制作，會(huì)大幅增加成本。

4 塌孔處理技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

4.1 土夾石回填后二次成孔

（1）塌孔情況。首棵樁成孔下放到達(dá)地面下11 m處時(shí)，旋挖機(jī)耗時(shí)20 min成孔，成孔深度維持不變，該樁孔可能已塌孔，結(jié)合強(qiáng)光電筒發(fā)現(xiàn)有孔壁坍塌現(xiàn)象出現(xiàn)在樁孔內(nèi)地下11 m處（圖1）。該樁孔即刻停止施工。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)塌孔

（2）處理方法。將水泥摻入土石比為6∶4的土夾石中并回填，通過(guò)旋挖機(jī)鉆頭的應(yīng)用，在回填的同時(shí)壓實(shí)，完成回填后間隔2 d實(shí)施二次成孔，到達(dá)該位置時(shí)不再有塌孔現(xiàn)象產(chǎn)生，成功完成首棵樁塌孔處理。

（3）應(yīng)用效果。該方法實(shí)際運(yùn)用中，施工簡(jiǎn)單且方便，處理時(shí)間短且造價(jià)低，成孔過(guò)程發(fā)生于較小黏土段的塌孔處理中十分適用[5]。實(shí)際處理中，水泥用量和回填土土石比屬于重點(diǎn)控制對(duì)象，有地下水存在于樁孔內(nèi)或泥漿護(hù)壁法實(shí)施中，首先需抽排樁孔內(nèi)一定量的地下水及泥漿，而后便可通過(guò)該方法的運(yùn)用處理樁孔塌孔。

4.2 低強(qiáng)度混凝土回填后二次成孔

（1）塌孔情況。與首棵塌孔樁相隔8 m處的第2、3棵塌孔樁，首棵樁塌孔后停止施工，而后開展第2棵樁樁孔成孔，此時(shí)依舊有塌孔情況出現(xiàn)在成孔中11 m位置處，施工即刻停止，第3棵樁孔成孔作業(yè)開始，但依舊有塌孔情況出現(xiàn)。

（2）處理方法。將水泥摻入土石比為6∶4的土夾石中并回填處理首棵樁后，該樁孔采取同樣的方法進(jìn)行處理，土夾石回填后二次成孔到達(dá)塌孔位置處，再次發(fā)生塌孔現(xiàn)象，此時(shí)采取土夾石二次再回填處理，但仍然會(huì)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。第2棵樁不擴(kuò)孔，在塌孔位置頂部處實(shí)施C15混凝土回填的方法失敗。之所以如此是因?yàn)椋炷粱靥顣r(shí)只能到達(dá)塌孔位置頂部，無(wú)外力施加在混凝土上部，憑借部分混凝土回填自重，基本無(wú)法用混凝土將塌孔部分區(qū)域全部填充，此時(shí)無(wú)法充分?jǐn)D密融合塌孔區(qū)域土體為整體，原塌孔位置下方1.5 m處的成孔中會(huì)再次出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。擴(kuò)孔第3棵塌孔（擴(kuò)至直徑1.5 m）后，通過(guò)C15混凝土澆筑至孔頂，混凝土達(dá)到75%強(qiáng)度后，成功完成二次成孔處理。

（3）應(yīng)用效果。該方法工藝簡(jiǎn)單、施工方便，具有較強(qiáng)的適用性，在旋挖樁施工中產(chǎn)生的諸多塌孔情況中能夠發(fā)揮良好的應(yīng)用效果，且具備較高的塌孔處理成功率，值得大力推廣、應(yīng)用。同時(shí)，該方法也適用于濕成孔作業(yè)中出現(xiàn)的塌孔情況[6]。實(shí)際應(yīng)用中，需要將孔樁直徑擴(kuò)大，塌孔如果出現(xiàn)在較深的位置處時(shí)，需要使用大量混凝土，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的成本。

4.3 鋼護(hù)筒護(hù)臂處理技術(shù)

（1）塌孔情況。第4、5棵樁施工期間，有塌孔現(xiàn)象出現(xiàn)在地面下12 m位置處，挖掘塌孔處土質(zhì)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)有直徑約10 cm的石塊和較松散的圓粒狀砂礫，表明此處以往有過(guò)該類砂礫土質(zhì)的回填，填土約有5 m厚，填土標(biāo)高-11.0～-16.0 m，砂礫土沒(méi)有壓實(shí)，欠缺足夠的黏聚性和穩(wěn)定性，且存在較大的滑動(dòng)性。回填C15混凝土前清除孔內(nèi)已塌孔土方時(shí)，清除不夠徹底，持續(xù)一段時(shí)間的清孔后，鉆孔依然保持在-12.0 m的標(biāo)高，為了避免清孔作業(yè)繼續(xù)開展會(huì)引發(fā)大面積塌孔，清孔作業(yè)立刻停止，通過(guò)回填C15混凝土，二次成孔作業(yè)在混凝土達(dá)到57%強(qiáng)度時(shí)開展，成孔后有大面積塌孔情況出現(xiàn)在混凝土回填部位下方2 m（地面下14 m）處。

（2）處理方法。該樁孔之所以通過(guò)多次處理后依舊會(huì)發(fā)生塌孔現(xiàn)象，基本上是因?yàn)樵搶雍穸燃s為5 m的砂礫土層塌孔造成的，為了避免再次發(fā)生塌孔現(xiàn)象，需通過(guò)相關(guān)措施的應(yīng)用固定5 m深度范圍內(nèi)的砂礫層孔壁，或與樁孔分隔，這樣能穩(wěn)定該位置孔壁[7]。通過(guò)鋼護(hù)筒護(hù)壁的應(yīng)用，選擇旋挖機(jī)向樁孔內(nèi)垂直壓入直徑1.2 m、長(zhǎng)16 m的鋼護(hù)筒，護(hù)筒要將砂礫層穿過(guò)，成孔作業(yè)在護(hù)筒內(nèi)開展，成孔至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。在應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù)之后，成功完成了樁塌孔處理作業(yè)。

（3）應(yīng)用效果。鋼護(hù)筒護(hù)壁處理技術(shù)在有嚴(yán)重塌孔情況的孔內(nèi)相當(dāng)適用，且該區(qū)域內(nèi)存在較為嚴(yán)重的地下水涌水情況、較大流動(dòng)性的淤泥層和較厚的流沙層、砂礫層。該方法實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)耗費(fèi)太長(zhǎng)的時(shí)間便能完成，且能實(shí)現(xiàn)較高的處理成功率。

5 結(jié)語(yǔ)

旋挖鉆機(jī)成孔是一項(xiàng)用于成孔作業(yè)的施工工藝，具備施工質(zhì)量好、成孔速度快、低振動(dòng)低噪音等諸多特點(diǎn)，不會(huì)構(gòu)成太大污染，且扭矩大，在各類土層施工中較為適用，廣泛用于民用建筑、公路橋梁、市政建設(shè)工業(yè)廠房等基礎(chǔ)施工工程中。旋挖鉆機(jī)成孔時(shí)，如果地質(zhì)條件不良，很大概率出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致工期延長(zhǎng)、工程造價(jià)增加。面對(duì)塌孔現(xiàn)象，在具體處理中應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況為根據(jù)合理選擇處理方案，在對(duì)施工進(jìn)度、工程成本予以綜合考慮的基礎(chǔ)上，確保塌孔處理方案的科學(xué)性、合理性，為樁基順利施工奠定基礎(chǔ)。