高填方区桩基础塌孔处理实例分析

马飞鹤

（中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，太原 030013）

1 工程概况

为达到环境保护要求，山西省某储煤场新建一座面积为8 000 m2的储煤棚，结构形式为充气膜结构。根据地质报告显示，基底土层主要由煤矸石组成，含大量的灰岩块石、碎石以及建筑垃圾等，无结构性。基础采用钢筋混凝土灌注桩，桩径0.8 m，共计136 根桩基，长度共计3 300 m，桩基长度17.5～34.5 m。勘察深度范围内未见地下水，成孔过程中桩孔内也未发现地下水，现场施工采用干成孔作业，桩身混凝土强度等级为C30。桩基础采用旋挖机钻成孔，在成孔过程中出现反复塌孔现象。

2 塌孔处理方法对比

2.1 处理方法

针对该高填方储煤场区域桩基础塌孔问题，提出以下几种处理方法：（1）人工挖孔；（2）土体注浆加固；（3）高压旋喷固结土体；（4）回填低标号混凝土[1]；（5）钢管护筒或水泥管护筒；（6）回填红黏土。通过对各处理方法进行技术可行性及经济可行性对比，可以最终确定处理方法。

2.2 技术可行性

2.2.1 人工挖孔

该方法采用人工挖土成孔、钢筋混凝土护臂进行支护，施工简单方便。但当成孔深度超过15 m 后，护壁吊装和出渣难度均大幅增加，塌孔风险也随之提高，无法保证挖孔人员安全[2]。同时由于护壁每段长度通常为2 m，浇筑完成后每段护臂均需养护至少7 d 后才能再开挖下一段，假设护壁总长度为20 m，施工周期至少20/2×7=70 d，难以满足工期要求。因此该方法不宜采用。

2.2.2 土体注浆加固

该方法采用在高填方回填土区域注入浆液以挤密土体，产生胶结现象，形成具有一定固结作用的结石体，能有效解决塌孔问题。但由于该区域为煤矸石高填方，无结构性，分布不均，深度较大，且深度≥10 m 的桩基其胶结作用不明显，注浆量难以控制，注浆后加固土体作用无法保证。因此该方法不宜采用。

2.2.3 高压旋喷固结土体

该方法采用在桩孔周围高压旋喷水泥浆使周围土体固结形成护臂，在高压旋喷护臂达到一定强度后再二次成孔，可适用于各种地质条件下旋挖桩施工过程中各种塌孔情况的处理，塌孔处理成功率较高。但是该方法主要缺点为水泥用量大、施工后需有足够的养护时间、现场文明施工难以控制。因此该方法不宜采用。

2.2.4 回填低标号混凝土

该方法采用钻头钻孔至塌孔底部位置后清孔，然后浇灌低标号混凝土再二次成孔。该方法适用性较强，施工方便，工艺简单，塌孔处理成功率较高，可广泛进行应用及推广，对干成孔作业及湿成孔作业中塌孔情况处理均适用[3]。因此该方法技术上可行。

2.2.5 钢管护筒或水泥管护筒

该方法采用机械锤击的方式将护筒压入土体，使护筒穿过高填方区域，在护筒内进行成孔作业。该方法主要适用于桩基严重塌孔，且塌孔区域为较厚的砂层、淤泥层及桩孔周边地下水涌水较为严重区域[4]。因此该方法技术上可行。

2.2.6 回填红黏土

该方法能够缩短工期，一台设备连续工作8 h 最少能完成2 根桩基，而传统工艺同等时间只能完成完成1 根；现场不设泥浆池和泥浆泵，作业场地干燥且容易清理，便于环境保护。因此该方法技术上可行。

2.3 经济可行性

综上分析，回填低标号混凝土、钢管护筒、水泥管护筒和回填红黏土这4 种处理方法可用于本工程桩基塌孔处理。下面对其进行经济可行性分析，确定最终处理方法。以本工程最长的桩为例，桩长为34.5 m，桩径为0.8 m，回填深度为20 m，分别对这4 种处理方法进行费用对比，见表1。

表1 各方法处理费用对比

2.4 处理方法确定

综上所述，最终确定采用旋挖钻机分段进行干钻成孔，再回填红黏土，最后重新成孔，逐级钻进的处理方法。

3 塌孔处理方法简述

本方法使用旋挖钻机钻孔，当遇到塌孔地层时，对孔内回填红黏土，利用旋挖钻机的钻头往复旋转，向四周挤压黏土，形成干土护壁，稳固周边塌孔地层，施工过程中按照旋挖钻的操作流程组织施工，可轻松穿透煤矸石地层，保证工程进度及工程质量。所使用的的黏土，以红黏土为最优选择，一般呈褐色、棕红等颜色，液限大于50%。

具体施工工艺流程如图1 所示。

图1 施工工艺流程

3.1 施工准备

清理场地，黏土进场，对面层松散部分使用压路机碾压密实，具备一定的硬度，能够稳定孔口，保证施工机械在一个平整稳定的场地施工。

3.2 桩基放样

按照设计要求，在场地平整好后，进行桩基放样，见图2。定位误差控制在±30 mm 范围内，垂直度容许偏差不大于1.5%。

图2 桩基放样

3.3 钻机就位

定位完成后，在指挥人员的带领下，进行钻机就位，如图3所示。

图3 钻机就位

3.4 钻孔施工

钻机就位后进行钻孔施工，见图4。本工程旋挖钻机技术参数如下：设备型号三一SR280R，最大打孔深度：56 m，最大扭矩250 kN·m，钻孔转速6～30 r/min，最大加压力450 kN，最大起拔力450 kN，整机重量7.4 t，履带式行走。

图4 钻孔施工

3.5 回填红黏土形成护壁

钻进过程中若遇到塌孔现象发生，使用推土机往孔内回填红黏土，然后操作旋挖钻机对孔内黏土进行挤压，在钻头旋转的过程中，将黏土向四周孔壁挤压，形成干土护壁，见图5，以此稳定塌孔地层，随后继续进行钻孔作业。钻孔施工过程中，当碰到大面积塌孔、地下水或使孔体倾斜时，则整桩回填，重新钻孔。

图5 回填红黏土形成护臂

3.6 成孔检验

成孔后经自检合格后，向监理单位报验，在确保桩基桩径、桩深、钢筋笼加工都符合设计要求后，进入下道工序施工。

4 结语

通过对多种塌孔处理方法进行技术可行性和经济可行性的分析，最终采用回填红黏土加固孔壁的方式完成了所有桩基塌孔的处理。该方法能够节省资金，提高效率，节约工期，降低能耗，符合绿色环保的理念。该方法在高填方区尤其是煤矸石高填方地质条件具备一定的实际应用性和借鉴意义，可为类似塌孔处理提供参考思路。