土石混填高填方易塌孔地区桩基干孔钻孔施工工法的研究

张立业

摘要：建筑结构基础作为承载结构对施工质量要求严格，其中旋挖灌注桩作为施工技术成熟，普遍用于大型结构基础，但桩基结构基础施工质量成为整体结构的关键，尤其在高填区，极易出现由于回填不实造成桩基成孔困难，施工塌孔造成桩基不成孔或灌注过程中塌孔造成断桩。其中高填方区土石混天区较为严重，常规全钢护筒措施由于较大粒径的填料的存在造成打入困难，泥浆护壁由于土石混填造成泥浆不挂壁或者松散塌孔不易形成完整护壁。本方法有效解决了高填方区土石填料旋挖成孔困难，或不成孔问题，有效避免了塌孔、缩孔造成的施工质量和事故，保证桩基成孔质量。

关键词：土石混填；高填方；易塌孔地区；桩基干孔钻孔；低标号混凝土护壁

1 前言

在中国基础建设飞速发展，大型建筑、桥梁体量规模逐日刷新纪录，建筑结构基础作为承载结构对施工质量要求严格，其中旋挖灌注桩作为施工技术成熟，普遍用于大型结构基础，但桩基结构基础施工质量成为整体结构的关键，尤其在高填区，极易出现由于回填不实造成桩基成孔困难，施工塌孔造成桩基不成孔或灌注过程中塌孔造成断桩。其中高填方区土石混天区较为严重，常规全钢护筒措施由于较大粒径的填料的存在造成打入困难，泥浆护壁由于土石混填造成泥浆不挂壁或者松散塌孔不易形成完整护壁。本方法有效解决了高填方区土石填料旋挖成孔困难，或不成孔问题，有效避免了塌孔、缩孔造成的施工质量和事故，保证桩基成孔质量。

在土石混填高填方区，由于填料的特殊性以及填筑压时要求较低，后期进行结构施工时，桩基钻孔施工极易出现塌孔，造成无法继续钻进、不能成孔现象。传统方式如钢护筒或泥浆护壁在土石混填高填方区，无法有效解塌孔和缩孔在问题造成不成孔，本工法在桩基钻进过程中遇到塌孔时，撤出钻机，在塌孔内填入低标号混凝土，待混凝土终凝后，重新钻孔，填入混凝土处形成稳定护壁，有效防止再次塌孔，保证了桩基成孔质量。

2 特点

低标号混凝土护壁方法在土石混填区进行桩基钻孔施工具有以下特点：

（1）、操作简便：本方法采用常规钻孔机械、灌装串筒、钢尺等机械器具，无特殊工艺和技术方式，操作简便。

（2）、投入经济：本方法投入低标号混凝土浇筑，形成混凝土护壁，无特殊材料和复杂技术措施投入，方式经济。同时钻渣可进行再利用用于路基填筑、便道加固等，避免了废渣外运和处理的经济投入。

（3）、效果良好：通过应用，在土石混填高填区采用此方式进行旋挖灌注施工，形成了稳固混凝土护壁，效果良好，有效解决了施工中塌孔和缩孔造成成孔困难和不成孔问题。

（4）、对环境影响小，无污染：本方式可实现零多余废渣排放，低标号混凝土钻渣，可用于路基填筑、地基填筑和便道加固，实现零弃渣。避免了后期渣土堆弃的环境污染以及渣土外运的机械投入。

 3 适用范围

适用于土石混填高填方易塌孔地区的桩基干孔钻孔施工，在解决其他地质干孔钻孔塌孔情况效果亦良好。

4 工艺原理

桩基钻孔施工过程中，遇到塌孔时，利用低标号混凝土填补到塌孔处，待混凝土终凝强度达到预期值，钻出桩芯混凝土，在原来塌孔处形成稳定的混凝土护壁，从而防止塌孔、缩孔等问题。

4.1 原理示意图

5 与常规方法对比

旋挖灌注桩常将方式包括泥浆护壁、全护筒等方式，但是有土石混填高填方区的地址特点为桩身较长，存在爆破粒径较大且强度较大的岩块，在弃填或者填筑要求不高的区域填料较松散，极易塌孔和缩孔，结合以上特点描述，对泥浆护壁、全护筒、低标号混凝土护壁进行对比。

（1）旋挖钻+泥浆护壁

本方法是常用护壁方式，但泥浆制备和沉淀池等铺面较大，同时泥浆在土石高填方区域，挂壁效果差，尤其在嵌石壁比较松散的地段，很难形成护壁，在较长桩身下钢筋笼环节以及灌注施工环节收到扰动时，造成嵌石塌落，造成塌孔和缩孔可能性比较大，护壁效果差，且本方式较为耗时。

（2）旋挖钻+全护筒

全护筒方式也为桩基施工中常用方式，但是对于高填方区全护筒投入较大，却在混有爆破石料的高填筑区，由于岩石托底护筒打入困难，或打入失败。同时长桩身全护筒在拔出环节由于土石坍塌侧向力挤压，即便可以顺利打入在臭拔护筒时容易造成无法拔出，造成无法循环利用，继而造成较大经济损失。本方式在土石混填高填方区可行性交查。

（3）旋挖钻+混凝土回填

低标号混凝土护壁利用混凝土回填，填补塌孔处和掉渣处不完整孔壁，最终配合现有旋挖钻形成完整的混凝土护壁，混凝土强度远高于土质护壁，护壁稳定性更好，而且一但砼终凝开始形成强度，一般在8小时左右，处理速度比较快。且机械为现场现有机械，商混材料容易购得。经核算该施工法每延米措施费约为2600元（2013年计算），

采取低标号混凝土护壁方式在土石混填高填方区地质特点下施工分别从经济性、有效性、可行性、绿色安方面对比有着明显优势。

6 低标号混凝土护壁工艺流程及操作要点

6. 1 工艺流程

测量放线

桩基开钻

回填混凝土

施工准备

混凝土

终凝后

出现塌孔重复加深、回填、钻进

继续钻进

成孔

6. 2 操作要点

6. 2. 1 施工准备

（1） 施工前对桩位场地进行平场，对软基进行换填处理，确保场地平台满足钻机钻桩作业要求和转移行进要求。同时现场设置作业区、堆渣区、机械避停放区等。

（2） 对邻近障碍（高压线、建筑物及其他障碍物等）进行备案，进行拆除或警戒。

（3） 对作业工人进行备案并安全技术交底，对施工机械设备进行备案，同时作业采取驾驶员和机下辅助人员配合作业，严禁无机下人员配合作业。

（4） 对作业区做警示牌等提示警戒标志，并实施范围安全管控。

（5） 对施工材料进行检验报批。

（6） 材料要求：从经济性考虑采取低标号混凝土，一般为c15或者c20 即可，保证混凝土和易性便于填灌，同时为了加快混凝土发展强度，可适当加入早强剂。

6. 2. 2 测量放线

（1）测量人员依照图纸进行桩位放点，并进行符合，确保桩位准确。

（2）施工人员对桩位进行保护，并做“十字”引桩以便进行钻孔过程中复合校正。

（3）及时恢复因作业需要拆除的和破坏的控制点，随时校检桩位。

6. 2. 3 桩基开钻

（1） 钻机开钻前对机械进行检查（钻杆垂直度等）确保钻机性能调控正常。

（2） 开钻时由机下辅助人员引导驾驶员将钻头对准桩位开钻，在钻桩过程中适时利用引桩检验孔位及时修正并埋设护筒，驾驶员通过仪表盘调节垂直度，并利用探笼检测，确保孔位和垂直度满足规范要求。易塌孔区由于塌孔出现往往造成孔深垂直度较差，由于钻进过程中土中岩块侧向挤压造成钻头偏移，需及时纠偏，检测孔深垂直度。

（3）辅助人员在钻孔过程中对作业范围实施管控，并对钻孔过程实施全程记录，包括钻渣地质情况。当出现塌孔时根据塌孔程度加深2-4米停止钻孔，利用测绳记录钻孔深度和塌孔段。同时指挥钻机撤到指定停放位置。塌孔出现不易较长钻深，避免因塌孔或者缩孔出现钻杆抽拔受阻和钻头无法拔出。一般为不大于4米为宜，地质较好塌孔情况尚不严重的可适当延长处理段至6米。

6. 2. 4 混凝土回填

（1） 再次用测绳确定塌孔深度，估算混凝土回填用量，用低标号混凝土回填至塌孔处。

（2）混凝土须和易性良好，塌落度180~220mm为宜，对于水下塌孔段回填和干孔回填落差高度大于2米时采用串筒进行导流，回填混凝土面一般超过塌孔段0.3m-0.5m为宜。同时做不少于两组同条件混凝土试块。

（3）结束填筑后设置桩位警示标志。必要时桩口覆盖盖板，避免人员掉落。

6. 2. 5 继续钻进

检测同条件试块，试块强度达到1.2MPa，方可继续钻进。同时目测及电子摄像设备观察护壁效果、观察钻渣和钻机进尺判断桩孔成孔效果。若下部土层再次出现塌孔重复以上操作直至成孔。钻进过程中在上部已形成护壁的部位，保持钻杆和钻头垂直升降，避免破坏护壁。

6. 2. 6 成孔

（1）利用测绳对桩孔深度进行深度检查确保满足嵌岩深度和设计桩长，用清孔钻头清孔并记录桩孔成孔时深度。

（2）利用探笼对桩基垂直度进行检查，利用引桩再次复合检查桩位。

（3）下笼前利用测绳检验桩孔深度和沉渣厚度判断有无塌孔发生。

6.2.5 地下水位较高地段施工要点

（1）部分高填区由于地下水位较高，混凝土采取水下护壁灌填，需合理调整混凝土配合比，降低塌落度，增强混凝土和易性，同时添加早强剂等措施。

（2）适当延后开钻时间，增加同条件试块组数，进行开钻前同步试块强度试压，保证护壁强度。

7 质量控制

7. 1 混凝土质量控制。通过试验室检测、现场试验检测，对混凝土塌落度、强度、及混凝土开钻时强度进行检测。确保满足混凝土规范要求和使用要求。

7.2 混凝土回填高度控制。通过测绳对混凝土回填高度进行控制，一般回填高度高出塌孔段0.3m-0.5m。

7.3 混凝土回填质量控制。确保混凝土和易性良好，对于水下回填和干孔回填混凝土下落高度大于2米时采用串筒进行导流，保证混凝土回填密实。

7. 4 开钻时间控制。待同步混凝土试块终凝且强度达到1.2MPa以上，方可开钻。（混凝土强度过低影响护壁效果，强度过高给钻机钻孔增加难度且延长作业时间）

7. 5 其余施工参数按《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011控制。

8 安全措施

8. 1 钻孔前应对原场地进行平整压实形成工作平台。

8. 2 严禁在高低压架空电线下方钻孔，移动钻机时、钻杆时必须保持与高压电线的安全距离。

8. 3 注意观测塌孔情况，非施工人员及施工设备不得在桩位塌孔区活动，采用警戒线把钻孔周围安全地带和非安全地带分隔开。

8. 4 修筑混凝土运输至施工面便道。

8. 5 钻孔作业应遵守旋挖钻机相关作业规程和要求。在6级以上大风和雷雨等恶劣天气时停止作业。

8. 6 钻机在转产行走时，对陡坡等道路进行观察，必要时制定加固措施,防止钻机碰撞结构物、翻车等事故发生。

8. 7 作业人员及施工员注意观察地质和塌孔情况，对于特殊地质和严重塌孔、溶洞、塌陷等情况出现时停止钻孔、汇报项目部管理人员。

8. 8 桩孔周围不得堆放材料、土方等。

9 环保措施

9. 1 施工车辆进出项目部必须从制定的出入口进出，场内限速5km/小时。随着工程进度的推进，及时清理施工现场，维持现有道路畅通。

9. 2 采取有效措施控制现场的各种粉尘、废气、污水、固体垃圾及噪声震动对环境的污染和危害，不在现场燃烧各种有毒的物质, 有可能存在溢油、漏油的位置都要设置接油盘。

9. 3 电焊用的电焊头不得随意抛弃，必须统一集中收集后处理。

9. 4 钻渣用渣车运出进行路基或便道填筑，或运往规划位置储放。

9. 5 钻孔废渣软泥等进行排放收集，进行统一处理。

9. 6 施工作业依照《建筑工程绿色施工评价标准GB/T50640-2010》进行。

9.7 钻渣可采取临时堆弃并用防尘网覆盖，定时洒水保证弃渣表面湿润遇风无扬尘，在路基填筑作业面和便道维护可采用混凝土钻渣进行填筑，同时料渣可作为路基改良材料与回填土混合后填筑使用。

10 效益分析

低标号混凝土护壁有效的解决了土石混填高填方区桩基施工塌孔不成孔难题，保证了桩基施工质量，无须增加特殊材料、机械，且作业方式快捷简便，对周边环境要求低，影响小。混凝土钻渣可用于道路路基填筑、便道修筑等结构使用，实现废渣接近零排放。对应土石混填高填区的地址特点，形成稳固护壁，同时本方法也适用其余地段塌孔处理也有明显质量效果。

同时相对复杂工艺方式，低标号混凝土护壁通过以上工艺步骤阐述和经济性分析可以得出其为在可行的前提下，较为经济的方法手段。

图七 成孔效果

11 应用实例

王家沟大桥位于重庆市两江新区两江大道，北端与两江大道南延段相接，南端与两江大道江北段相接。桥梁全长1031m，开工日期2012年2月18日总造价约为4.2亿元。

桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁结构，共有7联，跨径组合为（40+60+40）+5×（3×44）+（55+90+55）+5×30，最大跨度为90m。桥墩为矩形实心墩和双柱式桥墩，最高墩柱高度达62m。基础为嵌岩桩基础，桩基直径为1.5m和1.8m 两种。 王家沟大桥是我公司承建的跨度最大，施工难度最高的桥梁。

王家沟大桥跨越深谷地带，桥下设计有高填方区，填高最高达35m。全桥共有307颗桩其中83颗桩位于高填方区，设计为嵌岩桩，桩身长度为25m-60m。高填方区填筑材料为爆破开挖后的土石，每0.4m一层，采用振动压路机碾压，每5-8米厚设土工格栅，每6m厚进行3000KN强夯处理。高填方区桩基直径1.8m，为嵌岩桩，嵌入岩长度为 3倍桩径且大于等于设计桩长 ，在此段路基中桩基施工时，虽然高填方区填筑质量满足填筑要求，但后期结构施工中桩基钻孔施工中，出现塌孔严重，桩孔无法形成。严重制约了工期。本工程通过采用低标号混凝土护壁方式成孔，有效保证了工期和桩基施工质量，经超声波检测全部为一类桩。

参考文献：

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[4]钻孔灌注桩施工技术在某桥梁工程中的应用 [J]. 吴月红. 黑龙江交通科技. 2011(09)

[5]钻孔灌注桩基础施工技术在桥梁工程中的应用 [J]. 朱军. 工程建设与设计. 2019(02)