超厚淤泥层、软弱层等复杂地质下旋挖灌注桩施工技术

孟乾文 邹明君 方伟名 冉雪琴

旋挖灌注桩因其高效、绿色环保等优点，广泛应用于公路、铁路、桥梁和房屋建筑基础桩施工中，是一种成熟可靠的施工工艺。但因各工程中地质情况差异性较大，成孔质量不易控制，特别是在复杂地质条件下作业时，容易出现塌孔，缩颈，扩孔等问题，影响后期桩身质量。针对在复杂地层下的旋挖灌注桩施工时出现塌孔、缩颈等问题的处理方法进行探讨。

旋挖灌注桩； 塌孔； 缩颈； 高压旋喷桩

TU473.1+4 B

［定稿日期］2022-12-27

［作者简介］孟乾文（1990—），男，本科，工程师，主要从事项目施工生产管理工作；邹明君（1977—），男，本科，高级工程师，主要从事施工生产管理工作；方伟名（1995—），男，本科，助理工程师，主要从事质理管理工作；冉雪琴（1974—），女，本科，高级工程师，主要从事技术管理工作。

成都天府机场项目占地面积大，场地场貌及地层情况复杂，本文结合成都天府国际机场旋挖灌注桩施工过程中各种问题的处理方法进行探究。

1 工程概况

成都天府国际机场场址位于简阳市芦葭镇，距成都市中心天府广场约51.5 km。本期新建T1航站楼、T2航站楼和综合交通换乘中心（GTC），大铁、地铁、APM从下方穿越。T2航站楼东西总长度约1 283 m，南北总长度约520 m，地下1层，地上主体4层，局部有4层上夹层，屋面最高点44.85 m，建筑面积约31.59万m2。根据结构划分为A指廊、B指廊、C指廊、D区大厅、APM捷运系统、大铁（成都至自贡高铁线）。基础类型为柱下独立柱基或挖孔灌注桩基础，其中桩基采用大直径旋挖钻孔灌注桩，干作业法成孔，主要桩径为1 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2 m，桩长为6.0～25.25 m不等，以中风化基岩做为桩端持力层。

工程质量目标为确保鲁班奖，一类桩比例不低于95%，杜绝出现三类、四类桩。

2 地质情况

2.1 地下水位情况

根据岩土勘察报告，地下水形态类型主要为上层滞水、孔隙水和基岩裂隙水，抗浮设计水位为440.900 m。地下水和场地土对混凝土具有微腐蚀性，对混凝土内钢筋具有微腐蚀性。

2.2 地层情况

整个航站楼，分为挖方区和填方区。挖方区主要存在于A、C指廊端部，大铁区域，其它部位为填方区，如图1所示。

根据航站楼地勘揭露显示，航站楼范围内地层主要构成为第四系全新统人工填土层、第四系全新统植物土层、第四系全新统冲洪积层、侏罗系上统蓬莱镇组。

2.3 复杂地层情况

原场地场貌复杂，丘陵、鱼塘、农田、林地各种交替，局部位置为房屋，后经场地大土方平整，丘陵位置被开挖，鱼塘、农田等位置回填，根据地勘资料显示，存在软弱土层和膨胀土层区域等不良地层，具体分布如图2所示。

2.4 地基处理概况

前期航站区在进行场地平整时，地基处理主要采用6种处理方式：①碎石桩+排水板（间距1.8 m）；②3 000 kN·m强夯置换；③换填；④CFG桩；⑤不插板预压；⑥排水板处理。各区域分布如图3所示。

3 桩基施工过程中遇到的问题

（1）桩基施工区域存在大面积7～9 m深、直径0.6 m的碎石桩+0.5 m厚排水板（排水板在-5 m左右），排水板层地下水丰富，碎石桩+排水板区域，桩成孔过程中穿过排水板，并且大部分同碎石桩相交，地下水丰富，且水位较高，出现孔壁大量垮塌，影响桩身质量（图4）。

（2）在桩基施工过程中，现场旋挖出大量的淤泥层，淤泥层厚度从5～11 m不等。桩在淤泥层中成孔，出现塌孔现象，局部出现缩颈和扩孔现象现象，部分桩在混凝土浇筑完成后出现了回沉现象，回沉高达1.5 m（图5、图6）。

（3）旋挖灌注桩在膨胀土层成孔时，上部容易出现大面积塌孔（图7）。

（4）根据统计，前期复杂地层区域桩施工158根，其中塌孔46根，比例高达30%；桩成孔过程中明显缩颈14根，浇筑后混凝土回沉1根，加上塌孔整个比例接近40%。

4 原因分析

根据JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》要求：对于填土建筑场地，宜先填土并保证土的密实性，软土场地填土前应采取设塑料排水板等措施，待填土地基沉降基本稳定后方可成桩［1］。根据地勘单位提供的数据，场地沉降周期至少要一年以上，由于整个机场建设工期紧张，场地没有按规范要求时间进行沉降，场地平整完后即航站楼桩基施工，按规范要求上述区域根本就不符合成桩的条件。

在土质较软的土层上，由于快速回填厚度很大的填土层，下部软弱土层中地下水无法及时排出，在填土的作用下，形成超孔隙水压力，在超孔隙水壓力作用下，当旋挖灌注桩在软弱土层中成孔时，土体将侧向挤出出现缩径，甚至塌孔情况。尤其是有水条件下软弱土层厚度达到3 m及3 m以上时塌孔现象较为严重，极大影响了桩身质量。

5 处理方法

（1）针对在膨胀土层桩成孔或是在碎石桩+排水板地基处理过的位置旋挖灌注桩成孔，表现为一般性塌孔，采用C15早强混凝土回填，待达到一定强度后，再进行旋挖成孔，塌孔处形成混凝土护壁，阻止塌孔加剧，具体步骤：①旋挖钻机旋挖过程中发现塌孔现象，继续旋挖直至明显塌孔下部1～2 m，观察塌孔深度未继续扩大，停止钻进；②迅速清除已轻微塌孔的泥土、石子，及时采用灌注C15早强混凝土，回填至塌孔顶部0.5～1.5 m［2］；③待C15早强混凝土回填一段时间，再进行旋挖成孔，此时混凝土已填充塌孔部分，旋挖机掏出其中间部分，剩余部分形成混凝土护壁阻止塌孔。

（2）针对多次回灌仍不能处理的旋挖灌注桩，先行采用黏土回填压实后，再采用高压旋喷桩进行加固；对于软弱地层且未开始成孔的旋挖灌注桩，直接进行高压旋喷桩加固，再进行旋挖灌注桩成孔。

（3）针对参照地勘资料显示需穿过不良地层（淤泥层或膨胀土层）成孔的旋挖灌注桩时，对于已塌孔的桩孔先采用黏土回填压实后，再进行高压旋喷桩加固，对于未开始成孔的旋挖灌注桩，直接进行高压旋喷桩加固，再进行旋挖灌注桩成孔。

若出现塌孔回灌后仍反复塌孔，混凝土回灌无法处理时，不仅严重浪费施工时间，且无法保证后期桩施工质量。

旋挖灌注桩成孔遇软弱层时，成孔后即使未立即出现塌孔或是缩颈，但在浇筑混凝土过程中，若出现缩颈现象，肉眼无法察觉，极易出现断桩和夹渣现象等质量问题，严重影响桩身质量。

为保证施工质量及施工时间，经过针对复杂地层位置桩施工。结合工程实际情况，桩径桩长规格多且工期紧张等因素，通过对混凝土回灌方法、扩大桩径成孔方法、高压旋喷桩做加固处理方法以及使用全钢护筒的方法4种施工方案进行比选，选用高压旋喷桩做加固处理，既能保证桩身施工质量，又能满足本工程施工进度特殊要求。表1为各种方法对应的工期、质量效果对比。

6 高压旋喷桩加固处理

采用高压旋喷桩对旋挖灌注桩周围不良土层进行加固，加固方式即在工程桩周围设置一圈直径600 mm高压旋喷桩，高压旋喷桩上部同土层搭接2 m，下部同土层搭接1 m。高压旋喷桩中心点在桩圆周上，高压旋喷桩相互搭接100 mm且均匀排布。加固后约5天后可以开始旋挖灌注桩施工，不同旋挖灌注桩桩径高压旋喷桩加固布置如图8所示。

喷射注浆采用单管法，具体施工参数见表2。

根据地勘资料，针对A、D区不良地层旋挖灌注桩施工时，前期未施工的做高压旋喷桩加固的，塌孔严重，局部位置出现了明显缩颈或扩孔现象。但后期先行施工高压旋喷桩做加固处理后，再进行旋挖灌注桩施工，成孔过程中未出现塌孔及缩颈等其他问题，且经过后期桩检测，桩身质量良好，共计244根桩，全为一类桩。

7 结束语

综上所述，在地质条件复杂情况下进行旋挖灌注桩施工时，需提前根据地勘资料，及时进行预判，可先行在不良地层区域先行施工做样板，若出现塌孔，缩颈或扩孔等问题时，需及时结合工程实际情况进行方案选取。采用高压旋喷桩作围护，对不良地层进行加固处理，可有效避免旋挖灌注桩成孔过程中出现的塌孔、缩颈、扩孔等情况，同时高压旋喷桩施工工艺成熟简单，原材料易购买，施工周期短，对旋挖灌注桩施工影响小，经加固处理后完成的旋挖灌注桩桩身质量良好，效果明显。

参考文献

［1］ 建筑桩基技术规范： JGJ94-2008［S］.中国建筑工业出版社，2008.

［2］ 王晓亮.浅述旋挖钻机成孔塌孔抑制方法［J］. 中小企業管理与科技（上旬刊）.2013（8）.