旋挖钻孔灌注桩穿越碎石层防塌处理措施

代 强

中铁二十二局集团第五工程有限公司

1 引言

随着城市化建设步伐的不断加快，土地资源紧缺成为当前建筑发展面临的重要难题；所以现代建筑多以高层或者超高层居多，结构也日益复杂化，由此导致建筑基础的选择对建筑质量以及后续的使用产生了重要的影响。桩基础则因为具备承载力良好、施工便捷以及能耗较低的优势成为现代建筑施工的首选方案。但是桩基施工方法较多，其中旋挖钻孔灌注桩是桩基的重要代表，其优势在于施工效率高且施工质量较高，所以被广泛应用到了桩基施工项目中[1]。

2 工程概况

本工程为新寨酒库片区C1～C10片区酒库及配套设施基础工程。施工场地岩土构成及分布自上而下岩土单元为：素填土（Q4ml）、崩塌堆积的碎石土（Q4col+dl）（上部为碎石，下部为块石）以及志留系下统龙马溪组灰岩（S11）。施工现场水文地质条件方面，场地地处桐梓河右岸斜坡坡地，地势较高，地下水的埋藏条件严格，受地形、地层岩性以及地表水的补给来源控制，按地下水的埋藏条件，场地地下水可分为上层滞水和基岩裂隙水两种。

根据设计要求，酒库、罐群和办公楼均采用桩基础，高差大于8m的支挡采用抗滑桩，优化后的抗滑桩为圆桩。拟建场地为坡地建筑，崩塌堆积层分布不均，厚度变化较大，地表沟壑纵横，局部区域含淤泥层，地下水丰富，水位较高，旋挖机钻进过程中极易产生塌孔的情况，在实际施工过程中存在多段不良土层，造成第一次塌孔处理完成后继续钻进，穿过塌孔区域后再次塌孔的现象，根据目前出现得最多一根钻孔桩塌孔四次。

3 旋挖钻孔灌注桩穿越碎石层防塌处理措施

根据本工程实例中的地质报告可知，本工程施工场地的地质情况主要岩土分布为：自上而下岩土单元为素填土（Q4ml）、崩塌堆积的碎石土（Q4col+dl）（上部为碎石，下部为块石）及志留系下统龙马溪组灰岩（S11）。其中，碎石（Q4col+dl）呈现褐黄色，结构稍密，主要成分为灰岩，粒间充填黏土，黏土为硬塑，碎石主要粒径为20mm～150mm，含量一般在50%～80%，局部无规律含有粒径超过1000mm的块石，场地内均有分布，其厚度及横向分布无规律特点，同时碎石层含水量较高，压缩性较低，在旋挖机钻进过程中会导致碎石层出现大面积的塌孔，导致桩基很难有效成孔。

所以，如何选择旋挖钻孔灌注桩穿越碎石层防塌处理措施成为本工程施工的重点与难点。

3.1 钢护筒护壁处理措施

根据地勘资料与现场实际施工情况的对比，该工程中C1、C2、C4、C6、C7、C8、C10等片区内多为填方区，同时片区内地下出水量较大，导致混凝土护壁在水流的影响下出现了多次塌孔现象，所以采用钢护筒护壁法可以有效解决塌孔问题。钢护筒护壁法的优势在于施工过程更加安全，并且在经济方面可以控制，有利于施工工期的控制，所以在这几个区域内的施工可行性较高。

具体而言：塌孔后进行扩孔清理，扩孔至塌孔前标高，扩孔孔径大于设计桩径20cm，采用壁厚10mm钢护筒进行护壁，钢护筒直径大于设计桩径10cm，钢护筒应超出易坍土层，保证钻孔、成桩质量。在工地预制加工厂集中加工制作，钢护筒筒长1.5m/节，现场组装焊接适合的长度；钢护筒采用500kW以上振动锤沉放钢护筒，基于施工组织要求钢护筒吊装工作选用汽车起重机，使用最大额定起重量为25t的吊车。钢护筒应穿越塌孔层，长度应比塌孔层上下各增加1.0m。

在实际施工中，需基于准确放样的前提下进行钢护筒的埋设，在施工中必须要保证护筒平面位置与垂直度应用准确，护筒周围与护筒底脚应保持紧密，进而防止地下水的渗入。在完成上述施工后要及时进行混凝土回填，塌孔后进行扩孔清理，扩孔至塌孔前标高，采用C15混凝土回填至孔顶，待强度达75%后重新按照设计桩径进行钻孔，在塌孔土层形成混凝土护壁。

3.2 增加护壁泥浆浓度处理措施

增加护壁泥浆浓度法也是旋挖钻孔灌注桩穿越碎石层防塌的重要措施之一[2]。具体而言，泥浆护壁法是通过利用泥浆与地下水之间的压力差对水压力形成有效地控制，进而保证孔壁的稳定性，可见泥浆的比重是该项措施的关键所在，在实际施工中主要发挥保持这种压力的重要作用。

值得注意的是，在实际施工过程中，如果泥浆的比重较小，泥浆护壁很容易失去作用，泥浆是由水、塑性指数Ip≥17的优质黏土和添加剂配置而成的，最终泥浆的比重要达到1.15才能满足施工要求。由于本工程地质的特殊性，所以这种防塌措施无法有效解决本工程中部分桩塌孔问题。

3.3 注入水泥浆处理措施

以本工程C3、C5、C6施工区域为例，针对旋挖钻孔灌注桩穿越碎石层塌孔问题，可通过注入水泥浆措施来解决塌孔问题，水泥浆的注入既可以有效堵塞孔裂隙，又可以固结土体，有效防止旋挖钻孔灌注桩穿越碎石层塌孔问题，实现地基承载力的提高[3]。

3.3.1 注入水泥浆处理措施的施工原理

注浆法是利用气压或者液压原理，借助压力将水泥浆按照一定比例注入土体中，再通过注浆点喷射后使得土体密实，最终形成不小于10cm厚的混凝土护壁，待强度达75%后重新按照设计桩径进行钻孔。

这种处理措施的优势在于施工成本较低，不仅具有强大的防水性能，而且还可以有效提升土体的稳定性。根据现场勘察报告与施工的实际情况，现场施工采用强度等级为C15的商品混凝土。

3.3.2 注入水泥浆处理措施孔位布置

根据施工现场的实际地质情况，注入水泥浆孔位应该布置在庄边的50cm～60cm处，利用等边三角法来确定3个点位作为注浆孔，具体如图1所示。注浆施工采用地质钻机，在施工中需要注意的是注浆孔的深度必须要大于碎石层最低端20cm左右，才能更好地完成防塌施工处理。

图1 注浆法孔位布置图

3.3.3 注入水泥浆处理措施施工流程及方法

注入水泥浆处理措施施工流程为：确定注浆孔位位置→机械就位→调平、垂直校准→成孔→下注浆管→按照施工要求确定水泥浆强度等级→注浆→注浆结束→钻机移位→封孔。

实际注浆施工中注浆可以按照1m～2m为区间进行分段，注浆采用分段式注浆方法，在完全前段的灌注后方可进行下一段的灌注，以此类推直至灌注至孔顶。如果施工中对于水泥浆没有明确规定，水泥浆的制备则必须遵循先稀后浓的原则，本工程中明确地提出了要采用C15素混凝土[4]。

在施工中，为了防止水泥浆的扩散浪费，有效控制成本，提升施工效率，可以采用间歇式注浆施工，即待先注入水泥浆达到初凝后子再进行注浆，根据实际施工情况进行多次循环注浆，直到达到最终的施工要求。在全部完成注浆施工后要及时将钻机移位，并且做好封孔施工[5]。

4 各防塌处理措施优劣势分析

4.1 钢护筒护壁处理措施优劣势分析

由于本工程中地质结构的特殊性，所以大部分区域中采用钢护筒护壁处理措施来应对塌孔问题。钢护筒护壁处理措施的主要优势表现为：相对于其他处理措施而言，其在安全性方面更加可靠，在经济方面可控制，而且有利于施工工期的控制，并且还可以完美解决碎石层塌孔问题。

然而，虽然这种处理措施效果较好，但是也存在一定的劣势，主要表现为钢护筒的定位较难，且对于操作技术要求较高，同时由于钢护筒的用量较大，所以相对于其他处理措施而言施工成本较高。

4.2 增加护壁泥浆浓度处理措施优劣势分析

受本工程地质结构情况与施工要求限制，增加护壁泥浆浓度处理措施并没有应用到本工程防塌处理中。该种处理措施的优势主要表现为：施工成本较低、施工操作简单便捷、实际施工中只需按照比例添加油脂黏土或者添加剂便可以解决部分塌孔问题；而该处理措施的劣势主要表现为：由于泥浆比重较大，很容易导致泥浆泵产生堵塞，这会增加混凝土置换产生困难，不仅会对施工工期造成影响，而且还会影响成桩质量。

4.3 注浆处理措施优劣势分析

通过注浆处理措施在本工程防塌处理中的应用，可以明显地发现该项处理技术的优势主要表现为可以有效提升土体的稳定性与承载能力；但是也存在较大的劣势，主要表现为：工序相对其他处理措施较为复杂，且需要动用专业机械进行施工，同时在注浆过程中施工方法使用不当还容易造成资源的浪费。

5 结束语

综上所述，本文结合工程实例对旋挖钻孔灌注桩穿越碎石层防塌处理措施进行了详细的探讨，并通过实际工程应用效果对优劣势进行了分析，总结出了无论任何处理措施具有利弊，这就需要工程施工技术人员结合工程实际情况，合理选择有效地处理措施，进而更好地解决塌孔问题，为施工工期、施工质量等提供重要的基础支持。