高回填地区旋挖钻孔灌注桩的施工技术

李青松 李 宁 许 珂 韩 颖 胡盛然 樊景凯

中建八局第二建设有限公司 山东 济南 250014

目前，旋挖钻孔灌注桩因具有自动化程度高、成孔速度快、成孔质量高、地层适应能力强、环保性能好、施工周期较短、移位灵活方便等优点而得到了广泛的运用和推广[1-2]。但在现有施工设备和工艺的限制下，旋挖钻孔对于一些复杂的地质条件，尤其是像重庆地质结构复杂、地貌起伏大、回填厚度大、范围广的施工环境，可借鉴的施工经验较少且质量控制难度较高。本文结合实际工程，重点分析了钻孔灌注桩在高回填地区的施工特点及控制要点，明确了旋挖钻孔灌注桩在各施工阶段的管控难点及解决对策，为今后在类似地质环境中施工积累了宝贵的经验。

1 工程概况

1.1 项目概况

重庆市市政设计研究院研发基地工程位于重庆市渝北区中央公园片区，该工程地基基础设计等级为甲级，场地类别为复杂场地，主体桩基类型为端承桩。项目所处地段为构造剥蚀浅丘地貌，原始地貌东西两侧为山坡，地势较高，中间区域为鱼塘，呈“Y”字形分布（中间低、两侧较高，相对高差约14.6 m）。后期受人工改造，现状为大面积回填区，回填区厚度为16.8～30.8 m。

1.2 水文地质概况

本工程场地内地层自上而下依次为：填土层、软塑状粉质黏土、粉质黏土层、黄色泥岩、炭质页岩、细砂岩。场地的特殊性岩土为填土层和软塑状粉质黏土。其中，填土层厚度大，结构松散，级配差，施工过程中常出现坍孔、漏浆现象。软塑状粉质黏土压缩性高、承载力低，不利于机械作业且施工过程易出现颈缩现象。

根据本工程地勘报告：通过钻孔水位观测，场地原始沟谷地带内潜水水位主要位于岩土界面附近，距基坑底标高约8.0 m，说明该区域地下水位较高。

1.3 工程桩设计概况

本工程主体桩基为端承桩，总计341根，设计直径1.0～2.3 m，桩顶标高分别为-1.1、-7.5、-8.0、-15.2 m。设计每根工程桩嵌岩长度为5D（D为桩径）。由于设计前期未给出实际桩身长度，为保证桩基施工时入岩判断准确，工程桩施工前由地勘单位进行每桩一勘，即对每根桩进行超前钻勘探，并对岩芯进行承载力试验。根据每根桩勘探数据，结合桩底承载力要求，最终由设计院明确工程桩实际桩底高程。

2 施工难点

2.1 地质环境复杂，施工难度高

项目原始地貌呈“Y”字形分布，现状为大面积回填区，地下水较丰富，填土深度16.8～30.8 m。地勘报告显示，场地内回填土为抛填形成，回填时间短，主要由砂岩块石、泥岩块石、页岩块石及少量粉质黏土组成，块石粒径一般为20～600 mm，最大可达2 000 mm以上，结构松散，多具架空现象，通常具有较大的孔隙和空洞。

旋挖作业施工难度较大，施工过程中容易发生坍孔、颈缩、夹砂等现象，形成Ⅲ、Ⅳ类桩。同时，由于回填土厚度大、空洞大，故孔底沉渣和混凝土浇筑控制难度高。

2.2 设计桩径类型多、嵌岩深

本工程共计工程桩341根，桩径和桩顶标高多样。设计嵌岩深度为5D（D为桩径），桩长5.0～36.8 m不等。结合场地地层上松下硬的复杂情况，旋挖机械在掘进至深层硬岩面时，将面临掘进速度骤减的问题。

3 施工特点及控制要点

3.1 旋挖设备的选型

旋挖设备、钻头的选型应根据工程桩直径、钻孔深度以及地质条件综合考虑[3]。为适应本工程复杂的地质条件，本工程选用4台中联360A旋挖钻机，均采用机锁式钻杆。钻斗选用筒式钻斗和双底开门钻斗，前者适用于回填区存在较大孤石、漂石和较硬岩地层的情况，后者适用于杂填土、淤泥以及风化软基岩施工[4]。

3.2 施工重、难点控制

本工程施工场地回填厚度大、结构松散。为了确保旋挖钻孔灌注桩施工质量，在施工过程中须重点对桩身垂直度、桩底沉渣、坍孔、颈缩、混凝土浇筑和声测管等进行验收、控制。本工程主体桩基采用全钢护筒护壁旋挖钻孔施工工艺，下面将以本工程旋挖钻孔灌注桩为例，结合旋挖作业常见的质量通病和技术难题，对高回填地区旋挖钻孔灌注桩施工特点及控制要点进行简要分析、总结，并提出了部分对策和建议。

3.2.1 高回填区坍孔控制

据悉，本工程场地在回填时采用抛填的方式，造成场地内土方回填不实、孔隙或空洞过大等不良地质现象。同时，大部分主体桩均位于高回填区域，且场地地下水位较高，桩基在施工过程中，极易发生孔壁垮塌的现象。

可采取的措施如下：

1）回填土段采用全钢护筒跟进护壁工艺，为确保施工安全和防止形成“活塞”效应，钢护筒直径应较桩径大20 cm，如坍孔严重导致无法下钢护筒，可采取以下第2、第3项措施。

2）如当地有可用黏土，可考虑采用黏土回填的方法，即选用黏度较高、干湿度合适的黏土，通过旋挖钻机加压反转将黏土挤入孔隙或空洞中，通过黏土的胶结作用形成相对稳定的护壁。

3）如果坍塌严重，也无黏土可用，可考虑向孔内浇筑髙强度砂浆或低强度混凝土，同时须确保混凝土/砂浆顶面高于坍孔段0.5 m以上，待混凝土终凝后再次钻进成孔。

4）在土层黏结度低、溶洞裂隙发育且地下水位高、地下水丰富的地区，还可以采取高压旋喷桩与旋挖桩组合工艺，即在四周采用3～4根高压旋喷桩对桩周围土体进行加固（桩长跟回填层深度保持一致），再进行旋挖作业。

3.2.2 深层硬岩掘进控制

本工程地层整体表现为上松下硬（地层由上至下依次为：回填土、粉质黏土、黄色泥岩、炭质页岩、细砂岩），在土石方开挖至基坑设计底标高开始工程桩作业后，此时回填土深度为0～10.56 m，平均深度约为7.8 m；同时，根据超前钻资料结合场地实际情况，旋挖机在掘进约18 m处时，存在一层厚8～16 m的黄绿色细砂岩，此时旋挖掘进速度骤降；同时，由于此时深度较大，钻头扭力下降，通常需更换2～3次不同直径的钻头通过扩孔方可成孔，远不能满足施工进度要求。

可采取的措施如下：

在此种复杂地质条件下，可采用旋挖＋冲击成孔模式，即首先在回填层和软硬层采用旋挖钻机，待钻至黄绿色细砂岩时，更换为冲击钻继续钻进，成孔后再利用旋挖钻斗进行清孔。采用此方法时须注意：为避免发生卡钻事故，应保证护筒直径＞旋挖钻头直径＞冲击钻头直径；冲击钻进后需旋挖钻机扫孔和清底，以校核和保证桩的垂直度和沉渣厚度。

3.2.3 漏浆与颈缩的控制

场地内回填土由抛填形成，且级配差、松散度高，块石、孤石的附近易形成空洞、孔隙，在混凝土浇筑过程中容易“漏浆”，不仅会造成成本的浪费，还会导致局部桩身混凝土不密实；同时，在拔护筒的过程中，如操作不当，容易导致周边土体向孔内位移，造成颈缩，影响桩身质量。

可采取的措施版块如下：

1）配制密度、黏度较高的水泥浆形成泥浆护壁，并保持足够的液面高度使得泥浆产生足够的压力以对抗土压力，防止产生颈缩现象。同时，通过泥浆充盈空洞、孔隙，能有效预防灌注混凝土时漏浆。

2）采用地层预注浆的方式防治漏浆和颈缩，即在桩位四周预先钻孔注入配比合适的水泥浆，通过水泥浆的固结作用，提高桩位部分土层的整体性。

3）为防止颈缩，灌注和拔护筒的速度要保持一致，随灌随拔，且护筒底要低于灌注面2 m以上，并随时监测护筒内混凝土面下降数值。

3.2.4 沉渣控制

为确保混凝土与基岩结合良好，需满足孔底沉渣厚度≤50 mm的设计要求。但本项目场地位于高回填区，且钻孔深度普遍较深，要达到该要求存在一定难度。经过现场技术人员总结、分析，影响沉渣控制因素有：在钻头提升、钢筋笼吊放过程中，钻头和钢筋笼碰剐孔壁土体和松动岩层，导致其坍落；钻孔周边施工振动或大型机械行走，导致孔口或者孔壁松土滑落；清孔后未及时浇筑混凝土，在浇筑前因周边施工振动导致孔壁、松动岩层局部坍孔；地下水位较高、雨水冲刷等原因造成孔壁浸泡或泥浆进入孔底沉淀等。

可采取的措施如下：

1）当钻至设计底标高后，更换为双底清渣钻斗，将钻斗降至距孔底0.2～0.3 m处，操作旋挖机空转将残渣吸出。

2）在钢筋笼吊装过程中，须安排技能过硬、经验丰富的机械操作人员将钢筋笼缓慢、垂直地放入孔中。

3）因地制宜地选择合理的二次清孔工艺，可根据场地布置情况、空旷程度选择如旋挖捞渣钻斗、泥浆正循环、泥浆反循环等清孔措施，清孔完成后及时安排混凝土浇筑。

4）在施工过程中，须保证钢护筒高出地面0.3 m，以防止积水或雨水冲刷孔口、孔壁或携带泥浆流入孔内。

3.2.5 混凝土浇筑的控制

考虑到本工程地下水位较高、地下水较丰富，为防止水量大导致水灰比变化，进而影响混凝土强度，主体桩基均采用导管浇筑水下混凝土的方式。混凝土浇筑的控制对浇筑工人和起重机械操作人员技术要求较高，如果过程中控制不好，将直接影响桩身质量。

可采取的措施如下：

1）提前计算好初灌量，保证一次埋管深度不小于1.0 m。

2）为确保桩身质量，灌注混凝土必须连续进行，不得中断，否则容易造成断桩。

3）浇筑时，须提前策划、协调好各队伍和各工序，确保混凝土在场内不得滞留2 h以上，且浇筑时坍落度应控制在180～220 mm。

4）整个浇筑过程中，需始终保持导管底位于混凝土面下2～6 m，导管每次上提高度为0.3 m。在提升过程中，需注意观察钢筋笼，如发现钢筋笼随导管上升，应立即停止并控制起重机械使导管降落，轻轻摇动使之与笼体脱开。

5）灌注过程中，需实时测量混凝土面的标高，并确保超灌量（0.8～1.0 m），以确保凿除浮浆后桩顶的混凝土强度满足设计要求。

3.2.6 声测管的控制

声测管原材验收、安装及成品保护对于桩基施工亦十分重要。若施工中控制不好，导致发生声测管堵管的情况，将影响下道工序的施工。声测管堵管造成桩无法声测，不仅造成高额的处理费用，还将直接影响施工进度。

可采取的措施如下：

1）在钢筋笼制作过程中，选用质量满足要求的声测管，同时严格按照规范要求对声测管的连接、端头密封和数量等进行验收。

2）在拔钢护筒的过程中，为防止周边填土的挤压，控制好混凝土浇筑高度和拔筒速度。

3）在混凝土浇筑完成后，加强对成品的保护措施，防止大型机械直接碾压桩身。

4）在凿桩头过程中，严格要求工人按照规范和交底进行，过程中加强对声测管的保护。

5）桩头凿完之后，应立即采取土工布封堵、覆盖等保护措施，防止石块或地梁垫层混凝土覆盖、封堵声测管，造成无法声测的后果。

4 结语

旋挖钻孔灌注桩虽具有很强的技术和环保优势，但在现阶段仍存在土层制约作用明显、缺乏在复杂地质条件下的施工经验等一系列问题。如何因地制宜，选择合理的施工工艺和防治措施，制定切实有效的技术方案，仍是施工企业需要思考和关注的重点问题。

本文以实际工程为背景，对高回填地区旋挖钻孔灌注桩施工特点及控制要点进行了系统分析，简要剖析了关于坍孔、硬岩掘进、漏浆、颈缩和混凝土浇筑质量不佳等重、难点问题产生的原因，并提出了切实可行的防控措施和建议。通过工程实践证明，这些措施取得了良好的综合效益，有效地提高了施工质量和进度，为高回填地区的旋挖钻孔灌注桩施工积累了技术经验。