多雨地区高填方区域钻孔灌注桩施工技术

耿晋刚

（中铁二十二局集团第五工程有限公司，广东 河源 517000）

0 引言

广东省河源市以山地丘陵为主，属热带季风气候，年平均气温20℃~21℃，平均降雨量1881.8mm，年平均相对湿度77%；6~8月是每年集中降雨的月份，降雨量多。本项目在河源市东源县，从广师大东、西两校区之间穿过，需要在国道G205上设置上盖桥，使广师大东、西两校区可以贯通。受气候、周边环境、地质条件影响，施工技术难度增加不少，同时，加之本工程桩基需先行回填后再进行施工，因此，必须对施工方案和施工工艺进行认真分析，确定合理的施工方案和应对措施，并制定相应的质量控制参数，用于指导施工。

1 工程概况

本项目为连接广师大东、西两校区的上盖桥梁工程。项目上盖构造物全长360m，宽约55m。上盖桥桥跨布置为：2×18m+19m（预应力混凝土小箱梁），正交布置；上部结构采用预制拼装小箱梁，共计360片；下部构造桥台采用扶壁台；桥墩采用薄壁墩，各共40个；桩基均采用钻孔灌注桩，共360个；桥梁施工区域土方回填约11万m3，最高回填高度为10m；桩基采用钻孔灌注桩桩长15.0m~25.4m不等，桩基共360根，桩径分别为130cm、160cm两种。

1.1 地形地貌及地质特征

项目所在区域处于罗浮山脉北缘，地势总体为北东高，南西低，主要为坡度较平缓的丘陵。地貌主要为冲积平原、山间洼地类型、河流一级阶地、河漫滩，地层岩性由第四系全新世粉质黏性土、砂质黏土、砂土、砂等冲积层组成，基岩埋深相对较深。地质构造位于佛冈-新丰江纬向构造带与华夏黄河大断裂构造带的复合地段，形成以北东向构造为主。

1.2 研究重点

针对高填方易塌孔区域采用12m加长钢护筒埋设，使用振动锤形成振动体系，顶进钢护筒，埋置高出地面30cm，桩基灌注完毕后使用振动锤起重力拔出钢护筒。桩底为中风化或微风化岩，属于嵌岩桩。钻进至设计标高后，干作业环境时，将钻斗旋转数圈，将孔底虚土尽量装入钻斗内，重复清孔数次，不得加深钻进，清孔后进行终孔检查，保证沉渣厚度；湿作业环境时，采用泥浆护壁，合理控制泥浆配比，做好成孔后的清洗工作，控制泥皮厚度和孔底沉渣。

2 高填方区域钻孔灌注桩施工工艺

旋挖钻干孔钻进施工原理：利用填方区域内回填的片石等材料，在无地下水的情况下具有一定的自稳性，并通过旋挖钻机钻进过程中反复扩孔和扫孔，挤密孔壁达到成孔状况。

工艺流程：测量放样→护筒埋设→钻机就位→钻进→清孔并检查沉渣→钢筋笼安装→导管安装→测量孔深及检查沉渣→导管灌注混凝土→拔出导管→拔出护筒。

施工效果：在石质基础，无地下水区域，且桩长小于50m时，旋挖钻干孔钻进施工较为顺利，但最终混凝土超方量较大，以此方法施工的33根桩，混凝土平均超方量大于20%。

优缺点：（1）钻进时无需其他辅助成孔材料或者设备，直接钻进即可，工艺简单、成桩效率高；（2）在反复扫孔扩孔、过程中，桩径大于设计桩径造成混凝土超方；（3）若灌注混凝土前检查发现塌孔、沉渣超标，需要把钢筋笼吊起来，清孔完成后再进行后续工作。

2.1 成桩可行性评价

根据钻探揭露，本场地特殊性岩土主要有素填土及粉砂岩风化层带，其中粉砂岩风化层在浸泡水作用下，其承载力锐减，对桩基的承载力影响较大，在设计施工时，应及时浇筑混凝土，防止桩基持力层受水浸泡。因场地特殊性，尤其是冲洪积粉质黏土、砾砂及素填土层，其稳定性较差，在成桩过程中容易发生桩孔壁坍塌或缩颈现象，设计施工时应加以注意。采用旋挖桩时，应严禁成桩弃土在桩孔边缘堆弃，防止由于弃土堆放过近，桩孔壁侧压力过大导致桩孔壁发生坍塌，对成桩施工过程造成不良影响。本场地的地下水类型主要为上层滞水及潜水，其对桩基成桩的不利影响主要体现在对桩基持力层的浸泡软化方面，但由于本场地地下水水量贫乏，渗流梯度较小，难以形成较大的动水压力或静水压力。总体上，本场地特殊性岩土及地下水对桩基成桩有一定不利影响，尤其是砾砂及素填土层影响较大，设计施工时应根据地层分布情况采取有效防范措施。因本场地中风化粉砂岩层遇水泡后易崩解（软化）的特征，基础施工进入持力层且达到设计要求后，应及时进行桩基灌注。

2.2 试钻确定施工工艺及相关参数

为有效预控、解决施工中存在的问题，分析确定过程质量控制要点，本工程桩基施工拟采用的旋挖钻进施工工艺，在设计桥梁11号桥0号台东侧5m处侧选取位置试钻，确定钻孔进度、岩层分界与地勘数据相似度、入岩深度、孔壁稳定性、中风化层岩层强度及钻机工作性能等。

工艺流程：测量放样→护筒埋设→钻机就位→钻进（钻孔记录填写）→测量孔深及检查沉渣→桩位回填。钻孔记录见表1，相邻地勘孔Z343地质状况见表2。

表1 钻孔记录

表2 相邻地勘孔Z343地质状况

据分析得出，试桩地质情况与勘察单位勘察地质情况基本相符。同时，根据本工程桩基础施工计划工期要求，每日需完成12根。试桩得出正常施工条件下钻进25.4m需4h27min，符合计算工期要求，故本工程桥梁桩基础施工采用旋挖钻干孔作业法施工。利用填方区域内回填的片石等材料，在无地下水的情况下具有一定的自稳性，并通过旋挖钻机钻进过程中反复扩孔和扫孔，挤密孔壁达到成孔状况，工艺简单、成桩效率高。

3 桥梁桩基础施工

3.1 施工前采空区处理

根据现场实地勘察，项目区范围内曾有采矿历史，地表可见采矿遗留的坑口，表层顶板较薄处易造成地面塌陷，且在项目东侧已发生一处地面塌陷。由于地下构造和采空区的复杂性，建议针对本项目东部坑口顶板较薄区域进行治理。

处理措施：坑道顶部为坡残积粉质黏土层，两侧为基岩风化层，坑口处顶板厚约4.5m。坑口地下水涌出，可用引水管对洞口水流进行引导，排入地下涵管，对洞口塌陷处用砖混结构进行封堵，表层用防水材料进行防水处理。顶部为较平坦的公路，顶板采用盖板处理，沿坑口走向，在顶板上部地面铺设规格为长10m、宽5m、厚0.5m的钢筋混凝土盖板，使上部土重力分散到两侧稳定土层中

回填：利用本项目道路施工开挖块石+取土场取土相结合的方式，在桥跨下方进行分幅、分段、分层回填。为确保桩基础施工进度、成孔质量及材料运输、混凝土灌注通道，在桩基础范围内采用粉质黏土回填，在桥跨中间采用块片石回填，并辅以水稳铺设和混凝土硬化便道进行施工，要求回填压实必须按照一般路基回填压实标准进行施工。

3.2 清表回填

施工区域清表时对树根等进行清理，清表土在项目道路桥梁交界处选取空地临时堆放，用作后期道路绿化带及边坡绿化种植土使用。填方段在清理完地表面后，应整平压实，满足地基压实度要求后方可进行填方作业；填土前应做好原地面临时排水设施，排走的雨水，不得流入农田、耕地；路堤应水平分层填筑压实，分层的最大松铺厚度不应超过30cm。如原地面不平，由最低处分层填起，每填一层，经过压实检测合格后，再填上一层。当地面横坡缓于1∶5时，清表后可在天然地面上直接填筑路堤；当地面横坡为大于1∶5~1∶2.5时，填方地基应挖成宽度不小于2m的台阶，并设2%~4%向内横坡；在地面坡率陡于1∶2.5的斜坡上填筑路基时，应选择代表断面进行稳定、变形计算。

3.3 钻孔灌注桩施工步骤

前期准备→施工放样→护筒埋设→钻孔→清孔→钢筋骨架制作和安放→下导管→二次清孔→灌注水下混凝土。

3.4 施工塌孔、缩孔控制措施

高回填区域由于土层结构复杂，稳定性差，为了保证桩基施工质量，应有效减少高回填区域因土质松散引发的塌孔，有效预防施工过程中因施工方法不当造成塌孔、缩孔与漏浆等质量问题。由于该部分桩均在高回填区域进行施工，一般在土石方施工时，如未对回填土层进行分层夯实、碾压，孤石或者漂石进行粉碎等技术处理，当施工场地较低时，下雨后大量的地表水汇集，会使得回填杂土的含水率增大，导致孔壁垮塌。开孔过程中,为了避免塌孔现象发生，可使用挖土机向孔内回填可塑性好的黏性土，钻机反转向下加压，正转取土，充分压实孔壁，重新成孔。若塌孔较严重，则向孔内浇筑低标号C15混凝土，待24h后重新成孔。对缩孔的处理，可塑性软弱层不易大面积坍塌，可通过反复扫孔，在孔内适当回填一些干土，反压后再正转取土，使一部分干土压入孔壁内，增加淤泥层的可塑性，注意钻进速度的控制。若孔底遇水，记录下孔口距水面深度，提钻时应提出水面后停滞一段时间，使钻头内的水流出钻头后再提钻，以减少水对孔壁的冲刷，从而减少塌孔和缩孔。在可塑性较差软弱层遇无法钻进时，可停止钻进，反复取土使孔底形成空腔，向孔内填充C20混凝土，待24h后再重新成孔，软弱层较厚时，重复上述步骤。无可塑性或可塑性极差软弱层则反复捞土，形成空腔，反压高标号C25混凝土，下放钻头搅动混凝土，使混凝土充分掺入软弱层中，48h后重新成孔。在旋挖施工过程中,各种机械必须按照规定线路进行,以避免压坏成型桩或孔。

3.4.1 特殊地带钻孔措施

本盖桥工程部分桥为冲沟汇水面，又为回填较高地段，施工采用液压振动锤沉桩、拔钢护筒与旋挖钻机成孔相结合，充分发挥液压振动锤适用于粉质黏土遇水高填方地区的桩基钻孔施工。为确保孔内不存水，采取在桩基钻孔周边5m处延水流下游范围设置两处降水井，抽排降水，确保孔洞不坍塌。

3.4.2 卡埋钻具

卡埋钻具是旋挖钻进施工中最容易发生的、也是危害较大的事故，因此在施工过程中一定要采有效措施加以预防，及时处理。在钻遇较疏松的砂卵层或流砂层，孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻，应提前制定对策，如调整泥浆性能、埋设长护筒等；黏泥层一次进尺太深，孔壁易缩径而造成卡钻。所以，在这类地层钻进时要控制一次进尺量，一次钻进深度最好不超过40cm；钻头边齿、侧齿磨损严重，也无法保证成孔直径；钻筒外壁与孔壁间无间隙，如钻进过深，则易造成卡钻。所以，钻筒直径一般应比成孔直径小6cm以上，边齿、侧齿应加长，以占钻斗筒长的2/3为宜；同时，在使用过程中，钻头边齿、侧齿磨损后要及时修复；因机械事故而使钻头在孔底停留时间过长，会导致钻头筒壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成卡埋钻。因此，平时要注意钻机本身的及时保养和维修，同时要调整好泥浆性能，使孔底在一定时间内无沉渣。

处理卡埋钻的方法：（1）直接起吊法，即用吊车或液压顶升机直接向上施力起吊；（2）钻头周围疏通法，即用反循环或水下切割等方法，清理钻筒四周沉渣，然后再起吊；（3）高压喷射法，即在原钻孔两侧对称打2个小孔（小孔中心距钻头边缘0.5m左右），然后下入喷管，对准被卡的钻头高压喷射，直至两孔喷穿，使原孔内沉渣落入小孔内，即可回转提升被卡钻头；（4）护壁开挖法，即卡钻位置不深时，用护筒、水泥等物品护壁，人工直接开挖清理沉渣。

4 施工控制要点

针对多雨地区粗粒土高填方区域进行高密度钻孔灌注桩施工工程量大、环境复杂、工期紧等特点，通过创新和改革，形成了一套多雨地区高填方区域钻孔灌注桩施工技术，并在本项目得到了成功的应用。主要关键技术及创新点如下：

（1）采用液压振动锤沉桩、拔钢护筒与旋挖钻机成孔相结合，充分发挥液压振动锤适用于粗粒土高填方地区的桩基钻孔施工。本工程桩基数量多、分布较密集，且处于多雨地区粗粒土高填方区域；针对高填方易塌孔区域，采用12m加长钢护筒埋设，使用振动锤形成振动体系，顶进钢护筒，埋置高出地面30cm，钻机及时跟进，桩基灌注完毕后使用振动锤起重力拔出钢护筒，有效保证成孔质量和成桩质量。

（2）采用全自动钢筋笼滚焊机，保证钢筋笼加工进度及质量。本工程桩基多达360根，且直径达到1.3m和1.6m,普通常规的钢筋笼焊制方法、进度和质量无法满足施工需求。钢筋笼加工采用全自动钢筋笼滚焊机，大大提高了效率与加工质量，满足施工进度要求，同时对钢筋笼起吊部位等薄弱环节进行加强，防止起吊运输过程中造成钢筋笼的变形。

（3）向商混搅拌站派驻技术骨干，合作试验，制定配合比。为保证桩基混凝土灌注的及时、连续，项目部采用外购商品混凝土，与项目部所在位置距离最近、交通最为便利通畅的两家商品混凝土生产厂商签订采购合作合同。为保证灌注混凝土的强度、和易性等质量要求，项目部首次委派试验负责人进驻商品混凝土厂商的搅拌站，同搅拌站相关人员合作配制适用于本项目的相关生产的配合比，并经过有检测资质的第三方检测单位的验证出具了配合比验证报告。同时在日常生产过程中对本项目的混凝土生产进行监督控制。

5 结束语

本文以G205上设置盖桥工程为载体，确定钻孔桩施工重难点。根据岩溶地区桥梁桩基础设计准则，制定并完善特大桥桩基设计方法。结合施工实例，探讨了钻孔灌注桩施工技术控制要点，确保施工质量。施工时应结合多雨地区粗粒土高填方区域地质情况，严格按照施工规范以及设计要求进行施工控制，确保工程建设项目的顺利进行。