浅谈砂卵石地层洞桩法施工中机械成孔桩坍塌处理技术

高银斌

(中铁十八局集团有限公司市政工程有限公司，北京 100053)

1 工程概况

北京地铁19号线牛街站，为地下三层双柱三跨岛式车站，位于牛街、长椿街(南北向)和广安门内大街(东西向)交汇处北侧，沿长椿街南北向设置。车站总长239m，标准段宽23.7m、高21.83m，覆土约11.1m，底板埋深33.5m，车站底板位于地下水位下6～7m。车站上方有雨水、污水、上水、燃气、热力等多条市政管线，临近宣武医院办公楼，最小水平净距6.3m。

车站主体结构主要位于粉土②层、粉细砂③-3层、卵石圆砾⑤层、粉细砂⑥-3层、卵石⑦层、粉细砂⑦-2层、卵石⑨层，其中车站导洞下所处地层为卵石圆砾⑤层、粉质黏土⑥-2(见图1)。

图1 牛街站地质剖面

车站主体采用4导洞PBA洞桩法施工，边桩为φ1000@1600，中桩为φ1800@7000，边桩及中柱均在小导洞内施工，导洞净高5m，净宽4m。钻机采用8JH-150改进型反循环钻机，钢管柱采用钢管柱安装机进行安装。边桩及中柱均采用洞内机械成孔桩施工，施工过程中确保管线及既有建筑物的安全尤为重要。边桩及中柱参数见表1。

表1 边桩与中桩参数

2 塌孔过程及处理

2.1 塌孔过程

27号边桩于2018年3月27日早上2点开钻，下午4点成孔。随后提升钻杆、钻机移位，于晚上9点完成，开始准备下钢筋笼时，桩孔内水面出现冒泡现象，随即测量孔深，只剩2m。抓紧组织人员进行处理，抽水查看塌孔情况发现导坑护壁下已被刷空，在导洞侧壁开孔查看导洞底板下和东侧壁都已塌空(见图2～图4)。

图2 边桩27号现场施工

图3 边桩27号塌孔情况(导洞底下)

图4 边桩27号塌孔情况(导洞侧壁)

2.2 现场临时处置措施

首先，在导洞侧墙用水钻开孔，探明塌空的位置及大小。其次，对导洞侧墙塌空范围进行回喷填实，回喷时预留回填注浆管，回喷料为预拌砂浆，约20m3(见图5)。最后，对导洞侧壁及拱部从下往上进行回填注浆，注浆材料为水泥浆，用水泥约12t(见图6)。

图5 导洞侧壁开孔

图6 导洞侧壁回填注浆

3 原因分析

为处理好机械成孔桩塌孔的问题，保证现场施工安全及进度，项目部组织召开了塌孔原因分析及处理方案研讨会议，参建各方对此次塌孔原因进行了充分讨论、分析。

3.1 地层不稳定易坍塌

边桩和中柱桩顶下3～5m范围处于卵石⑤层、粉细砂⑥-3层，车站卵石圆砾⑤层，圆砾层所含圆砾、卵石颗粒以沉积岩为主，混有火成岩，磨圆度较好，呈亚圆形，微风化，级配连续。该层上部以圆砾为主，厚度约为3～5m，圆砾粒径一般为0.5～2cm，最大粒径为3cm，细中砂充填，约占总重的45%～50%。随着深度的增加，颗粒粒径逐渐增大，该层逐渐过渡为卵石层，卵石一般粒径3～5cm，最大粒径12cm，细中砂充填，约占35%。

根据实际开挖接露地层情况，粉土⑥-2和卵石⑦上部地层含砂量较大，地层松散，自稳性差，在洞桩钻进成孔过程中易坍塌或遇水易出现流砂现象，进而造成导洞侧壁塌空(见图7)。

图7 导洞塌空示意图

3.2 卵石致密成孔时间长

机械成孔桩从上到下，穿越卵石圆砾⑤层、卵石⑦层、卵石⑨层，三层卵石地层，卵石粒径越来越大，密实度越来越高。成孔钻进困难，耗时长，泥浆静置时间过长，成孔完成到下钢筋笼时间过长，致泥浆比重减小。

在边桩导坑人工护壁(2m)下2～3m范围内以及导洞边墙和拱顶处多为粉细砂地层(见图8)，反循环成孔过程中，长时间对粉细砂层进行冲刷后携带出桩，容易造成塌孔。

图8 导洞下为粉细砂地层

3.3 其他原因

还有一些次要原因也会导致孔口坍塌，如提升钻头或放置钢筋笼时碰撞孔壁；泥浆稠度小起不到护壁作用；泥浆水位高度不够，对孔壁压力小；在松软砂层中钻进进尺过快；泥浆静置时间过长，成孔完成到下钢筋笼时间过长，致泥浆比重减小。

4 塌孔处理措施

由于牛街站上方存在多处大直径市政管线及宣武医院等一级风险源，风险较大，针对后续洞桩施工需穿越此松散地层的情况，为避免以后出现类似问题，综合考虑车站所处水文、地质条件及环境因素，制定后期洞桩施工的处理措施。

4.1 技术措施

分段探明地层实际情况，表明现场卵石⑤和卵石⑦地层之间存在过渡层，该过渡层细中砂填充，含量基本都在50%以上，卵石粒径较小，地层松散，自稳性差，容易出现坍塌。

所有边桩及中柱导坑人工护壁延长施作至黏土层位置(见图9)；在所有边桩及中柱周围进行注浆，对该过渡层进行注浆改良加固，范围为桩外0.5m，长度为黏土层底下2m，主要加固黏土层下粉砂层(见图10、图11)；注浆采用注浆压力和注浆量双控，尤其是注浆量，需对照理论注浆量，并且要求现场试配注浆配合比，以注进去水泥量多为原则。理论注浆量按照注浆管长2m、扩散半径0.5m计算；综合考虑安全及施工可操作性，结合地质情况，机械成桩过程中，控制好泥浆比重，控制好钻进速度，成桩后及时安装钢筋笼，尽量缩短成桩时间。

图9 处理措施示意图

图10 注浆加固范围示意图

图11 边桩位置注浆

4.2 管理措施

a.成立以项目经理为组长，技术负责人、生产副经理、安全副经理、工程部、安全部、风险监测部参加的协调小组，抽调技术骨干进驻施工现场，加强对机械成孔桩施工过程的控制管理，对现场工人进行针对性教育交底，最大程度确保注浆的范围和注浆质量，为安全顺利进行洞桩施工创造条件。

b.建立开挖地层情况记录台账与车站洞桩注浆记录台账，开挖地层情况记录台账主要记录开挖进尺过程中地质实际情况，根据地质情况设置开挖参数，台账包含导坑编号、导坑进尺、地层情况、地层厚度、地层照片等内容；车站洞桩注浆记录台账主要记录每根边桩的注浆情况，台账包含导坑编号、导坑进尺、理论注浆量、实际注浆量、注浆压力、浆液配合比等内容。

c.对施工关键线路工序进行分析，牛街站北端是车站施工控制的重点，为确保关键线路的工期，提前规划，确保关键工序的人、材、机、物的投入，以关键线路的工期保证整个工程的工期。

d.钻孔过程中操作手应详细记录在松散的砂土层或其他不稳定地层的钻进情况，应控制进尺速度，提高泥浆稠度，以保证泥浆护壁的质量，避免由于进尺过快造成塌孔。

e.合理安排各工序的施工，解决施工过程中的主要矛盾。制定周密的网络计划，抓住关键线路，突出重点难点，抓好各工序的保障工作，缩短工序转换和工序衔接时间，提高施工速度；对施工计划实行动态管理，及时进行信息反馈，不断将实际进度与计划相比较，找差距，找原因，及时调整。

f.加强监测，提高监测频率及监测准确性，及时掌控施工对周边结构的沉降变化影响，并根据监测情况及时调整施工步序。

5 结 语

本工程洞桩施工前对桩周围进行注浆加固以及将导坑护壁延长至黏土层位置，虽然增加了工作量，但确保了现场施工安全，尤其保证了车站西侧临近重要建筑物的安全稳定，目前，洞桩施工顺利完成，整体上加快了施工进度，并且此处理措施延伸至金融街站洞桩施工，确保了车站洞桩施工安全有序地进行，降低了风险，社会效益明显，为其他类似车站的施工提供了成功的经验。