喀斯特地貌下高回填区旋挖钻孔桩施工技术

喀斯特地貌下高回填区旋挖钻孔桩施工技术

王广利

中铁北京局一公 司

摘要：本文以贵阳龙洞堡新领地物流港工程A1、A2栋桩基施工为例，探索喀斯特地貌下高回填区旋挖钻孔灌注桩施工技术，通过调整施工方案，有效解决了施工难点，具有较好的经济效益。

关键词：喀斯特地貌；高回填区；旋挖钻孔灌注桩；

工程概况

贵阳龙洞堡新领地物流港工程位于贵州省贵阳市南明区小碧乡。该工程A1A2栋地基基础设计等级为丙级，基础持力层为中风化白云岩，承载力特征值fa=3000KPa。该处地形特点主要是西北低、最大回填深度超过33m。

根据地勘报告，该位置土层情况主要由素填土（主要由建筑垃圾、碎石及红粘土组成）、硬塑红粘土、可塑红粘土、软塑红粘土、强风化白云岩、中风化白云岩组成。设计桩径分为两种：D=1200，D=1400。

施工重难点

根据地勘报告及现场实际勘查，施工中回填土位置实际由碎石和红粘土组成，碎石成分为白云岩、灰岩，粒径3～90cm，粒径较大，结构松散，局部为建筑垃圾回填。回填时采用机械回填（采用碎石、建筑垃圾进行简单的堆积），未按相关技术标准进行分层夯实，由于回填材料为粒径较大碎石、施钻过程中容易出现较大孔洞，因此可能导致钻进过程中出现缩孔、塌孔、卡钻、局部无法成孔等问题，由于回填材料结构松散、孤石、溶洞、夹层较多，孔位、孔桩垂直度、桩底沉渣厚度的控制是工程的重点。

施工工艺

1.施工设备选择

根据旋挖钻机的钻孔深度、钻孔直径及最大设计孔深、设计桩径，拟选中型旋挖钻机，该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业。根据现场地质土层条件，选用筒钻和单开门旋挖钻斗。其中筒钻用于钻取地质较硬的基岩、回填区中较大的孤石、漂石和取芯。单开门旋挖钻斗主要用于钻取地质较软的粉状（回填土）和粘性较大红粘土层及清孔。

由于施工区域为高回填区，选择壁厚1cm钢护筒作为护壁进行钻孔桩施工，一次性钢护筒成本过高，故选用12m长钢护筒循环利用，（根据现场地质条件结合钢护筒拆除设备的功率分析，选用12m长钢护筒能达到循环利用的目的），故选择335型液压振动锤一台和60t履带吊一台相互配合进行钢护筒的安装和拆除。

2.施工工艺流程

平整场地→施工放线→旋挖成孔（安装钢护筒）→验孔、清底→移机→吊装钢筋笼→安装导管→灌注混凝土→拔钢护筒。

2.1平整场地

施工前对施钻场地进行平整，保证钻机平稳，以免钻进过程发生钻孔歪斜，从而保证钻孔施工质量。

2.2施工放线

按照桩基布置图，提前对桩基进行编号，测量人员按照桩基施工顺序对桩基进行一一放样，用十字线标示出桩心位置，并向外延伸出控制线。

2.3旋挖成孔（安装钢护筒）

钻机平稳就位对中后，先采用筒钻进行钻孔，开始时严格控制钻进速度，钻进过程安排专人进行跟机旁站，随时记录土质情况及钻孔坍塌情况，以便采取相应措施。当钻进至操作面下11.7m位置时停止施钻，检查孔位、钻孔垂直度是否符合规范要求。当检查符合要求后，采用振动锤进行钢护筒安装，安装完成后保证钢护筒顶面比施钻操作面高出30cm，钢护筒安装完成后继续进行施钻，直至钻至设计标高，且达到桩基持力层（中风化白云岩）。

2.4验孔、清底

当钻至设计标高，且达到桩基持力层（中风化白云岩），邀请地勘单位进行验孔，验收通过后清孔方可进入下道工序施工，清孔需保证孔底沉渣厚度不大于50mm。

2.5移机

验孔通过后，将钢筋笼运至相应位置，再次测量孔深，保证孔底沉渣厚度不大于50mm，然后将钻机沿着既定路线缓慢平稳移出。

2.6吊装钢筋笼

吊放钢筋笼入孔时，应对准孔位，轻放，如钢筋笼遇阻时，不得进行硬压，应查明原因后再进行吊放。钢筋笼如需要焊接连接时，应安排专人进行旁站，严格控制焊接长度，保证焊接质量。

2.7安装导管

根据成孔深度提前计算好导管长度，保证导管底部距孔底距离控制在30cm-50cm之间，导管安放过程中，保持垂直安装，避免撞击钢筋笼，造成钢筋笼变形或导致已成孔坍塌。

2.8灌注混凝土

混凝土灌注时，宜保证所需混凝土全部到达现场后方可进行灌注，以免因混凝土供应不及时造成断桩。砼灌注前要首先准确计算出首批砼方量，埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要。灌注过程应连续进行，同时保证导管埋置深度不得小于1m。

2.9拔钢护筒

混凝土灌注完成后，待混凝土不在出现明显下沉，采用液压振动锤配合履带吊将钢护筒竖直拔出，钢护筒拔出过程中应缓慢进行，保证混凝土有足够时间充盈。

3.控制要点

3.1由于回填材料为建筑垃圾，且未按照相应的规范进行分层夯实回填，回填材料松散，坍塌严重，造成旋挖钻无法成孔。（见图一）

解决措施：采用挖机开挖基坑2m*2m*2m，然后采用低标号混凝土“回填锁口”，混凝土内配构造钢筋（主筋直径C12@200，箍筋直径A8@200）。待混凝土具有一定强度后，然后采用旋挖钻开孔。

3.2混凝土灌注完成后出现钢筋笼下沉

原因分析：高回填区旋挖钻成孔过程中形成大的空腔，拔护筒时速度过快，混凝土瞬时下沉填充空腔形成巨大弯矩造成钢筋笼拉弯下沉。钢筋笼下沉量与空腔的形式有关。偏心空腔是由于旋挖钻成孔时地质情况不均匀，某一侧地质较软，造成该侧位置塌方造成的，浇筑混凝土时混凝土对钢筋笼一侧挤压造成钢筋笼受弯偏心下沉，钢筋笼下沉量较大。四周空腔是由于旋挖钻孔四周地质均匀且较软，孔洞四周均存在塌方，且塌方程度相近，混凝土浇筑过程中，混凝土对钢筋笼主筋造成瞬时压力，但由于箍筋的存在，主筋不会产生大的变形，钢筋笼下沉量极小。

解决措施：旋挖钻施钻过程中，施工技术管理人员严格进行旁站，若发现较小偏心空腔，随即向孔内投入粘性较大红粘土，然后钻机加压反转，将红粘土挤入偏心空腔内，并准确测量偏心空腔的位置，浇筑完成拔钢护筒时控制钢护筒的拔出速度，即可有效解决此问题。若遇见较大的偏心空腔，待钻至空腔下50-100cm时，随即采用低标号混凝土回填，待混凝土具有一定强度后重新进行施钻。若发现四周空腔，需旁站人员准确记录空腔位置，待混凝土浇筑完成后通过控制钢护筒的拔出速度可有效解决钢筋笼变形下沉。

偏心空腔 四周空腔

3.3钻孔过程中遇到溶洞、裂隙等特殊地质,出现卡钻、埋钻、钻孔歪斜等现象。

解决措施：地勘资料显示，本工程A1、A2栋共有8根桩底部存在溶洞，而溶洞上部中风化白云岩基层厚度普遍小于5m，不满足地基承载力要求。故需将溶洞钻穿，由于该部位地质较硬，钻孔过程中要适当降低进尺速度，以防钻具损坏，钻孔歪斜。此时，当钻孔至溶洞部位时，采用低标号混凝土进行回填处理，待混凝土初凝并具有一定强度后，重新施钻。

效益分析

1.经济效益：利用循环钢护筒（12m）代替一次性全钢护筒进行施工，大大地节省了施工费用，降低了施工成本。

2.工期效益：利用循环钢护筒（12m）代替一次性全钢护筒进行施工，节省了护筒加工及安装时间，缩短了施工工期。

3.安全效益：利用钢护筒进行施工，有效解决了高回填区钻孔桩施工的难题，较人工挖孔桩相比，其适用性更强，安全性更高。

钻孔桩施工应注意以下几点

1.施工现场所有施工机械严格按照规定路线移动，减少对土体的扰动，降低高回填区成孔或浇筑时发生坍塌的可能性。

2.液压振动锤及履带吊吊装钢筋笼和安拆钢护筒过程中，安排专业跟机手进行跟机指挥，以防发生安全事故。

3.根据桩基的平面布置，确定钻孔顺序，采取跳打的方式进行，一方面防止窜桩；另一方面为混凝土灌注创造工作面。

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