旋挖钻孔灌注桩塌孔处理技术研究

刘 帅

（中铁十九局集团广州工程有限公司，广东广州 511458）

0 引言

桥梁桩基施工中，以不同成孔方式为根据，主要由钻孔、沉管及人工挖孔等灌注桩组成，机械钻孔灌注施工常用于土质类地段。而以钻孔机械钻头是否水层施工为根据来看，包含泥浆护壁成孔及套管护壁等。面对钻孔灌注桩施工中的塌孔事故，为了控制钻孔灌注桩质量，就必须尽快将孔桩塌孔处理。本文以平华大道综合管廊工程为对象，探讨旋挖钻孔灌注桩塌孔处理技术。

1 工程概况

平华大道综合管廊（湖心路—星湖路—双湖路，全长约2.65 km），基坑支护体系中有3段特别采用Φ800 mm钻孔灌注桩支护。

第1段：PHK1+445—PHK1+498，属B-2区，区段长53 m，桩底标高-45 m，布桩111根。

第2段：PHK1+958—PHK2+024，属B-3区，区段长66 m，桩底标高-26.5 m，布桩129根。

第3段：PHK0+325—PHK0+395，属A-2区，区段长70 m，桩底标高-45 m，布桩140根。

以上钻孔灌注桩桩顶标高按+1.5 m计（包括桩顶设置的冠梁部分），总桩数240根，实桩总延米8782 m。

本工程灌注桩施工采用旋挖钻机，旋挖钻成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。伸缩杆不仅在钻孔中传递回钻力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降、快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻孔进效率[1]。环保特点突出，施工现场干净。履带底盘承载，接地压力小，适合各种工况，在施工场地内行走移动方便，机动灵活。自带柴油动力，缓解电力不足的矛盾，并排除了动力电缆造成的安全隐患。

2 塌孔原因分析

桩基塌孔一般都是由工程地质、施工方法或护筒埋设等方面的原因造成的，以本工程中出现的塌孔位置、程度等因素为根据，判定其原因。

2.1 水文地质原因

区内地势低平、开阔，水系发达，层次丰富，河网纵横交错，内外贯通，内河、水塘（道路范围内已填平预压固结完成）共存，地下水主要受大气降水补给及海水补给，且水位受潮汐影响有一定变化幅度[2]。

2.2 施工方法原因

该工程施工期间，由于护壁防护措施未落实在地质较差的孔桩处，同时过快的钻进速度大幅扰动孔桩周围土，引起塌孔的可能性极高。

3 塌孔处理方法

3.1 多次灌注低标混凝土法

孔位出现较严重的塌孔，旋挖钻机无法开孔。塌方土体用挖掘机清除后，低标混凝土回填，常温下24 h待混凝土凝固硬化后，继续用旋挖钻机钻进，如果出现塌孔采取相同的工序进行处理至成孔为止，如此就会有混凝土护壁成为塌孔处的孔壁，以规避塌孔。该方法施工速度快，但需要重复钻孔，会产生更多旋挖钻机费用，成本相对偏高。

3.2 换填法

换填法是以严重塌方且不能成孔区域为对象，通过大开挖的形式将区域内土体全部挖除运走，并换填具备较好可塑性的黏性土，采取机械分层压实[3]。该方法适用于人工填土、湿陷性黄土等地基中，但会增加相当高的成本，如土方采购和堆放、施工机械台班等费用，且施工速度较为缓慢。

3.3 冲击成孔法

于塌孔位置处用片石填满并超出1～2 m，通过冲孔打桩机的运用成孔。实际冲击中，反复挤压孔壁会使其达到密实，能规避桩孔塌孔的可能。该方法涉及大量片石和多台冲孔打桩机的应用，会有较大增加成本，且施工速度较为缓慢。

3.4 下全长钢护筒法

将桩心点预先放出，全场钢护筒送达后，通过长臂履带式挖掘机的应用，结合振动锤将全场钢护筒装夹并与点位对准，振动下沉至适当位置后对桩位复查，在允许范围内控制桩位误差，全场钢护筒内旋挖钻机钻孔至桩底设计标高，将钢筋笼下放并进行混凝土灌注成桩，初凝前借助振动锤拔出长护筒[4]。该方法施工速度较快，但涉及长臂履带式挖掘机的使用、全长钢护筒的制作，会大幅增加成本。

4 塌孔处理技术实际应用

4.1 土夹石回填后二次成孔

（1）塌孔情况。首棵桩成孔下放到达地面下11 m处时，旋挖机耗时20 min成孔，成孔深度维持不变，该桩孔可能已塌孔，结合强光电筒发现有孔壁坍塌现象出现在桩孔内地下11 m处（图1）。该桩孔即刻停止施工。

图1 现场塌孔

（2）处理方法。将水泥掺入土石比为6∶4的土夹石中并回填，通过旋挖机钻头的应用，在回填的同时压实，完成回填后间隔2 d实施二次成孔，到达该位置时不再有塌孔现象产生，成功完成首棵桩塌孔处理。

（3）应用效果。该方法实际运用中，施工简单且方便，处理时间短且造价低，成孔过程发生于较小黏土段的塌孔处理中十分适用[5]。实际处理中，水泥用量和回填土土石比属于重点控制对象，有地下水存在于桩孔内或泥浆护壁法实施中，首先需抽排桩孔内一定量的地下水及泥浆，而后便可通过该方法的运用处理桩孔塌孔。

4.2 低强度混凝土回填后二次成孔

（1）塌孔情况。与首棵塌孔桩相隔8 m处的第2、3棵塌孔桩，首棵桩塌孔后停止施工，而后开展第2棵桩桩孔成孔，此时依旧有塌孔情况出现在成孔中11 m位置处，施工即刻停止，第3棵桩孔成孔作业开始，但依旧有塌孔情况出现。

（2）处理方法。将水泥掺入土石比为6∶4的土夹石中并回填处理首棵桩后，该桩孔采取同样的方法进行处理，土夹石回填后二次成孔到达塌孔位置处，再次发生塌孔现象，此时采取土夹石二次再回填处理，但仍然会出现塌孔现象。第2棵桩不扩孔，在塌孔位置顶部处实施C15混凝土回填的方法失败。之所以如此是因为，混凝土回填时只能到达塌孔位置顶部，无外力施加在混凝土上部，凭借部分混凝土回填自重，基本无法用混凝土将塌孔部分区域全部填充，此时无法充分挤密融合塌孔区域土体为整体，原塌孔位置下方1.5 m处的成孔中会再次出现塌孔现象。扩孔第3棵塌孔（扩至直径1.5 m）后，通过C15混凝土浇筑至孔顶，混凝土达到75%强度后，成功完成二次成孔处理。

（3）应用效果。该方法工艺简单、施工方便，具有较强的适用性，在旋挖桩施工中产生的诸多塌孔情况中能够发挥良好的应用效果，且具备较高的塌孔处理成功率，值得大力推广、应用。同时，该方法也适用于湿成孔作业中出现的塌孔情况[6]。实际应用中，需要将孔桩直径扩大，塌孔如果出现在较深的位置处时，需要使用大量混凝土，此时会产生一定的成本。

4.3 钢护筒护臂处理技术

（1）塌孔情况。第4、5棵桩施工期间，有塌孔现象出现在地面下12 m位置处，挖掘塌孔处土质，发现内有直径约10 cm的石块和较松散的圆粒状砂砾，表明此处以往有过该类砂砾土质的回填，填土约有5 m厚，填土标高-11.0～-16.0 m，砂砾土没有压实，欠缺足够的黏聚性和稳定性，且存在较大的滑动性。回填C15混凝土前清除孔内已塌孔土方时，清除不够彻底，持续一段时间的清孔后，钻孔依然保持在-12.0 m的标高，为了避免清孔作业继续开展会引发大面积塌孔，清孔作业立刻停止，通过回填C15混凝土，二次成孔作业在混凝土达到57%强度时开展，成孔后有大面积塌孔情况出现在混凝土回填部位下方2 m（地面下14 m）处。

（2）处理方法。该桩孔之所以通过多次处理后依旧会发生塌孔现象，基本上是因为该层厚度约为5 m的砂砾土层塌孔造成的，为了避免再次发生塌孔现象，需通过相关措施的应用固定5 m深度范围内的砂砾层孔壁，或与桩孔分隔，这样能稳定该位置孔壁[7]。通过钢护筒护壁的应用，选择旋挖机向桩孔内垂直压入直径1.2 m、长16 m的钢护筒，护筒要将砂砾层穿过，成孔作业在护筒内开展，成孔至设计桩底标高。在应用了此项技术之后，成功完成了桩塌孔处理作业。

（3）应用效果。钢护筒护壁处理技术在有严重塌孔情况的孔内相当适用，且该区域内存在较为严重的地下水涌水情况、较大流动性的淤泥层和较厚的流沙层、砂砾层。该方法实际应用中不会耗费太长的时间便能完成，且能实现较高的处理成功率。

5 结语

旋挖钻机成孔是一项用于成孔作业的施工工艺，具备施工质量好、成孔速度快、低振动低噪音等诸多特点，不会构成太大污染，且扭矩大，在各类土层施工中较为适用，广泛用于民用建筑、公路桥梁、市政建设工业厂房等基础施工工程中。旋挖钻机成孔时，如果地质条件不良，很大概率出现塌孔现象，会导致工期延长、工程造价增加。面对塌孔现象，在具体处理中应以现场实际情况为根据合理选择处理方案，在对施工进度、工程成本予以综合考虑的基础上，确保塌孔处理方案的科学性、合理性，为桩基顺利施工奠定基础。