高填方區樁基礎塌孔處理實例分析

馬飛鶴

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，太原 030013）

1 工程概況

為達到環境保護要求，山西省某儲煤場新建一座面積為8 000 m2的儲煤棚，結構形式為充氣膜結構。根據地質報告顯示，基底土層主要由煤矸石組成，含大量的灰巖塊石、碎石以及建筑垃圾等，無結構性。基礎采用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑0.8 m，共計136 根樁基，長度共計3 300 m，樁基長度17.5～34.5 m。勘察深度范圍內未見地下水，成孔過程中樁孔內也未發現地下水，現場施工采用干成孔作業，樁身混凝土強度等級為C30。樁基礎采用旋挖機鉆成孔，在成孔過程中出現反復塌孔現象。

2 塌孔處理方法對比

2.1 處理方法

針對該高填方儲煤場區域樁基礎塌孔問題，提出以下幾種處理方法：（1）人工挖孔；（2）土體注漿加固；（3）高壓旋噴固結土體；（4）回填低標號混凝土[1]；（5）鋼管護筒或水泥管護筒；（6）回填紅黏土。通過對各處理方法進行技術可行性及經濟可行性對比，可以最終確定處理方法。

2.2 技術可行性

2.2.1 人工挖孔

該方法采用人工挖土成孔、鋼筋混凝土護臂進行支護，施工簡單方便。但當成孔深度超過15 m 后，護壁吊裝和出渣難度均大幅增加，塌孔風險也隨之提高，無法保證挖孔人員安全[2]。同時由于護壁每段長度通常為2 m，澆筑完成后每段護臂均需養護至少7 d 后才能再開挖下一段，假設護壁總長度為20 m，施工周期至少20/2×7=70 d，難以滿足工期要求。因此該方法不宜采用。

2.2.2 土體注漿加固

該方法采用在高填方回填土區域注入漿液以擠密土體，產生膠結現象，形成具有一定固結作用的結石體，能有效解決塌孔問題。但由于該區域為煤矸石高填方，無結構性，分布不均，深度較大，且深度≥10 m 的樁基其膠結作用不明顯，注漿量難以控制，注漿后加固土體作用無法保證。因此該方法不宜采用。

2.2.3 高壓旋噴固結土體

該方法采用在樁孔周圍高壓旋噴水泥漿使周圍土體固結形成護臂，在高壓旋噴護臂達到一定強度后再二次成孔，可適用于各種地質條件下旋挖樁施工過程中各種塌孔情況的處理，塌孔處理成功率較高。但是該方法主要缺點為水泥用量大、施工后需有足夠的養護時間、現場文明施工難以控制。因此該方法不宜采用。

2.2.4 回填低標號混凝土

該方法采用鉆頭鉆孔至塌孔底部位置后清孔，然后澆灌低標號混凝土再二次成孔。該方法適用性較強，施工方便，工藝簡單，塌孔處理成功率較高，可廣泛進行應用及推廣，對干成孔作業及濕成孔作業中塌孔情況處理均適用[3]。因此該方法技術上可行。

2.2.5 鋼管護筒或水泥管護筒

該方法采用機械錘擊的方式將護筒壓入土體，使護筒穿過高填方區域，在護筒內進行成孔作業。該方法主要適用于樁基嚴重塌孔，且塌孔區域為較厚的砂層、淤泥層及樁孔周邊地下水涌水較為嚴重區域[4]。因此該方法技術上可行。

2.2.6 回填紅黏土

該方法能夠縮短工期，一臺設備連續工作8 h 最少能完成2 根樁基，而傳統工藝同等時間只能完成完成1 根；現場不設泥漿池和泥漿泵，作業場地干燥且容易清理，便于環境保護。因此該方法技術上可行。

2.3 經濟可行性

綜上分析，回填低標號混凝土、鋼管護筒、水泥管護筒和回填紅黏土這4 種處理方法可用于本工程樁基塌孔處理。下面對其進行經濟可行性分析，確定最終處理方法。以本工程最長的樁為例，樁長為34.5 m，樁徑為0.8 m，回填深度為20 m，分別對這4 種處理方法進行費用對比，見表1。

表1 各方法處理費用對比

2.4 處理方法確定

綜上所述，最終確定采用旋挖鉆機分段進行干鉆成孔，再回填紅黏土，最后重新成孔，逐級鉆進的處理方法。

3 塌孔處理方法簡述

本方法使用旋挖鉆機鉆孔，當遇到塌孔地層時，對孔內回填紅黏土，利用旋挖鉆機的鉆頭往復旋轉，向四周擠壓黏土，形成干土護壁，穩固周邊塌孔地層，施工過程中按照旋挖鉆的操作流程組織施工，可輕松穿透煤矸石地層，保證工程進度及工程質量。所使用的的黏土，以紅黏土為最優選擇，一般呈褐色、棕紅等顏色，液限大于50%。

具體施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

3.1 施工準備

清理場地，黏土進場，對面層松散部分使用壓路機碾壓密實，具備一定的硬度，能夠穩定孔口，保證施工機械在一個平整穩定的場地施工。

3.2 樁基放樣

按照設計要求，在場地平整好后，進行樁基放樣，見圖2。定位誤差控制在±30 mm 范圍內，垂直度容許偏差不大于1.5%。

圖2 樁基放樣

3.3 鉆機就位

定位完成后，在指揮人員的帶領下，進行鉆機就位，如圖3所示。

圖3 鉆機就位

3.4 鉆孔施工

鉆機就位后進行鉆孔施工，見圖4。本工程旋挖鉆機技術參數如下：設備型號三一SR280R，最大打孔深度：56 m，最大扭矩250 kN·m，鉆孔轉速6～30 r/min，最大加壓力450 kN，最大起拔力450 kN，整機重量7.4 t，履帶式行走。

圖4 鉆孔施工

3.5 回填紅黏土形成護壁

鉆進過程中若遇到塌孔現象發生，使用推土機往孔內回填紅黏土，然后操作旋挖鉆機對孔內黏土進行擠壓，在鉆頭旋轉的過程中，將黏土向四周孔壁擠壓，形成干土護壁，見圖5，以此穩定塌孔地層，隨后繼續進行鉆孔作業。鉆孔施工過程中，當碰到大面積塌孔、地下水或使孔體傾斜時，則整樁回填，重新鉆孔。

圖5 回填紅黏土形成護臂

3.6 成孔檢驗

成孔后經自檢合格后，向監理單位報驗，在確保樁基樁徑、樁深、鋼筋籠加工都符合設計要求后，進入下道工序施工。

4 結語

通過對多種塌孔處理方法進行技術可行性和經濟可行性的分析，最終采用回填紅黏土加固孔壁的方式完成了所有樁基塌孔的處理。該方法能夠節省資金，提高效率，節約工期，降低能耗，符合綠色環保的理念。該方法在高填方區尤其是煤矸石高填方地質條件具備一定的實際應用性和借鑒意義，可為類似塌孔處理提供參考思路。