某工程高填方区桩基工程机械成孔塌方处理

某工程高填方区桩基工程机械成孔塌方处理

陈涛

四川西南工程项目管理咨询有限责任公司四川成都610041

关键词：高填方区，桩基工程，机械成孔，塌方处理

一、产生背景

目前，在我国工程建设领域中，桩基已是建筑物或构筑物基础的重要形式。桩基是由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的基础或由柱与桩直接联结的单桩基础，其构造分为混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩和钢桩。而混凝土灌注桩，在施工过程中其成孔质量直接影响到整个桩身质量。

为此，作者通过某个工程实例来给大家分享“高填方区桩基工程机械成孔塌方”如何进行有效处理。

二、高填方区地层特征

某工程所处地理位置的地形为浅丘地带，场地经过挖填整平，其地层具有以下特征：

1．填方区填土厚度在5米以上，回填料多为粒径5-10㎝的岩石碎片，甚至更大粒径的石块；

2．一般情况下，填方区均设有水平和竖向疏水通道（碎石褥垫层和碎石桩）；

3．填方区基层地质较差，多为湖积层、粉质黏土（可塑）和黏土（软塑和可塑）；

4．土体摩阻力较小；

5．地层内水为上层滞水和孔隙水。

三、机械成孔塌孔原因

由于该工程地层具有较为特殊的地层，在桩基施工时采用了机械成孔的方式。但在桩基实际施工过程中，成孔钻进时出现了一孔多次塌孔现象，通过分析主要有一下几种原因。

1．回填料存在较大粒径的片石或石块；

2．碎石褥垫层和碎石桩；

3．土体固结时间较短；

4．可塑或软塑黏土被挤压后容流动；

5．回填土体内孔隙水；

6．在缓坡和冲沟地带的上层滞水。

四、塌孔处理的方法及成效分析

塌孔处理的几种方式：泥浆护壁，回灌填料，埋设护筒，高压旋喷桩，以及深沉搅拌等。由于该工程高填方区土体具有特殊的地层特征，其处理方式经现场试验、论证后，最后确定采用回灌料和高压旋喷桩的方式来处理。

处理方式一：回灌填料（C15砼）

处理方法：

在旋挖过程中，如遇到孔壁土体脱落立即停止旋进，测量已成孔深度后可再次旋进；但在此旋进过程中需随时观察孔壁情况（每旋进50㎝停滞观察一次），若出现孔壁土体大量脱落，则应停止旋进，进行第一次回灌；回灌后待砼强度达50%时方可继续旋进。一孔可多次回灌，直至达到设计孔深。

优点：针对较强---可以遇到塌孔后再处理，且处理后成孔质量较好，尤其是在成孔过程中孔壁土体脱落严重的情况；

经济性高---回灌料可做他用，比如：铺筑施工临时道路，拌入一定水泥后再次用于回灌等。

缺点：有较长的施工间歇期，仅适合干孔的塌孔处理。

适用范围：有较大粒径片石或石块的填方区，设置了疏水通道的填方区，土体固结时间较短的填方区；同时，该填方土体内无孔隙水和地表水渗透。

处理方式二：高压旋喷桩

加固原理：高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液（可伴空气）或水成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的

成桩机理：

高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用

（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。

（2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷嘴移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。

（3）升扬置换作用。高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。

（4）充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。

（5）压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

桩位排布：

在工程桩圆周上均匀排布单桩直径为600㎜的高压旋喷桩，高压旋喷桩中心点距工程桩圆周200mm（可将200mm优化至100mm，这样可以减少1-2根高压旋喷桩），高压旋喷桩下部根据土层情况搭接0.5-1.0m。高压旋喷桩加固布置如图所示：

优点：工艺成熟---高压旋喷技术成熟，机具设备简单，料源广泛；

施工周期短---可大面积多点展开，形成流水作业，对后续工作影响较小；

成孔质量好----对淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等不良地层产生的缩颈处理效果较好，有利于保证工程桩的质量；

缺点：现场需设置泥浆池，环保措施必须到位；费用较高，建议使用前做好技术论证和成本分析，确定使用范围。

适用范围：填土基层地质较差的填方区，且基层不良土质厚度较厚、埋深较深（10m以上）；不良土质指淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂土、黄土及人工填土中的素填土甚至碎石土等；在缓坡和冲沟地带，且地层内有上层滞水和孔隙水的填方区。

四、结语

常言道“万丈高楼从地起”。桩的成孔虽然只是一道小小的