高填方區(qū)樁基礎(chǔ)塌孔處理實(shí)例分析

馬飛鶴

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，太原 030013）

1 工程概況

為達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求，山西省某儲煤場新建一座面積為8 000 m2的儲煤棚，結(jié)構(gòu)形式為充氣膜結(jié)構(gòu)。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示，基底土層主要由煤矸石組成，含大量的灰?guī)r塊石、碎石以及建筑垃圾等，無結(jié)構(gòu)性?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑0.8 m，共計(jì)136 根樁基，長度共計(jì)3 300 m，樁基長度17.5～34.5 m?？辈焐疃确秶鷥?nèi)未見地下水，成孔過程中樁孔內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)地下水，現(xiàn)場施工采用干成孔作業(yè)，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30。樁基礎(chǔ)采用旋挖機(jī)鉆成孔，在成孔過程中出現(xiàn)反復(fù)塌孔現(xiàn)象。

2 塌孔處理方法對比

2.1 處理方法

針對該高填方儲煤場區(qū)域樁基礎(chǔ)塌孔問題，提出以下幾種處理方法：（1）人工挖孔；（2）土體注漿加固；（3）高壓旋噴固結(jié)土體；（4）回填低標(biāo)號混凝土[1]；（5）鋼管護(hù)筒或水泥管護(hù)筒；（6）回填紅黏土。通過對各處理方法進(jìn)行技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)可行性對比，可以最終確定處理方法。

2.2 技術(shù)可行性

2.2.1 人工挖孔

該方法采用人工挖土成孔、鋼筋混凝土護(hù)臂進(jìn)行支護(hù)，施工簡單方便。但當(dāng)成孔深度超過15 m 后，護(hù)壁吊裝和出渣難度均大幅增加，塌孔風(fēng)險(xiǎn)也隨之提高，無法保證挖孔人員安全[2]。同時(shí)由于護(hù)壁每段長度通常為2 m，澆筑完成后每段護(hù)臂均需養(yǎng)護(hù)至少7 d 后才能再開挖下一段，假設(shè)護(hù)壁總長度為20 m，施工周期至少20/2×7=70 d，難以滿足工期要求。因此該方法不宜采用。

2.2.2 土體注漿加固

該方法采用在高填方回填土區(qū)域注入漿液以擠密土體，產(chǎn)生膠結(jié)現(xiàn)象，形成具有一定固結(jié)作用的結(jié)石體，能有效解決塌孔問題。但由于該區(qū)域?yàn)槊喉肥咛罘剑瑹o結(jié)構(gòu)性，分布不均，深度較大，且深度≥10 m 的樁基其膠結(jié)作用不明顯，注漿量難以控制，注漿后加固土體作用無法保證。因此該方法不宜采用。

2.2.3 高壓旋噴固結(jié)土體

該方法采用在樁孔周圍高壓旋噴水泥漿使周圍土體固結(jié)形成護(hù)臂，在高壓旋噴護(hù)臂達(dá)到一定強(qiáng)度后再二次成孔，可適用于各種地質(zhì)條件下旋挖樁施工過程中各種塌孔情況的處理，塌孔處理成功率較高。但是該方法主要缺點(diǎn)為水泥用量大、施工后需有足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間、現(xiàn)場文明施工難以控制。因此該方法不宜采用。

2.2.4 回填低標(biāo)號混凝土

該方法采用鉆頭鉆孔至塌孔底部位置后清孔，然后澆灌低標(biāo)號混凝土再二次成孔。該方法適用性較強(qiáng)，施工方便，工藝簡單，塌孔處理成功率較高，可廣泛進(jìn)行應(yīng)用及推廣，對干成孔作業(yè)及濕成孔作業(yè)中塌孔情況處理均適用[3]。因此該方法技術(shù)上可行。

2.2.5 鋼管護(hù)筒或水泥管護(hù)筒

該方法采用機(jī)械錘擊的方式將護(hù)筒壓入土體，使護(hù)筒穿過高填方區(qū)域，在護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行成孔作業(yè)。該方法主要適用于樁基嚴(yán)重塌孔，且塌孔區(qū)域?yàn)檩^厚的砂層、淤泥層及樁孔周邊地下水涌水較為嚴(yán)重區(qū)域[4]。因此該方法技術(shù)上可行。

2.2.6 回填紅黏土

該方法能夠縮短工期，一臺設(shè)備連續(xù)工作8 h 最少能完成2 根樁基，而傳統(tǒng)工藝同等時(shí)間只能完成完成1 根；現(xiàn)場不設(shè)泥漿池和泥漿泵，作業(yè)場地干燥且容易清理，便于環(huán)境保護(hù)。因此該方法技術(shù)上可行。

2.3 經(jīng)濟(jì)可行性

綜上分析，回填低標(biāo)號混凝土、鋼管護(hù)筒、水泥管護(hù)筒和回填紅黏土這4 種處理方法可用于本工程樁基塌孔處理。下面對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行性分析，確定最終處理方法。以本工程最長的樁為例，樁長為34.5 m，樁徑為0.8 m，回填深度為20 m，分別對這4 種處理方法進(jìn)行費(fèi)用對比，見表1。

表1 各方法處理費(fèi)用對比

2.4 處理方法確定

綜上所述，最終確定采用旋挖鉆機(jī)分段進(jìn)行干鉆成孔，再回填紅黏土，最后重新成孔，逐級鉆進(jìn)的處理方法。

3 塌孔處理方法簡述

本方法使用旋挖鉆機(jī)鉆孔，當(dāng)遇到塌孔地層時(shí)，對孔內(nèi)回填紅黏土，利用旋挖鉆機(jī)的鉆頭往復(fù)旋轉(zhuǎn)，向四周擠壓黏土，形成干土護(hù)壁，穩(wěn)固周邊塌孔地層，施工過程中按照旋挖鉆的操作流程組織施工，可輕松穿透煤矸石地層，保證工程進(jìn)度及工程質(zhì)量。所使用的的黏土，以紅黏土為最優(yōu)選擇，一般呈褐色、棕紅等顏色，液限大于50%。

具體施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

3.1 施工準(zhǔn)備

清理場地，黏土進(jìn)場，對面層松散部分使用壓路機(jī)碾壓密實(shí)，具備一定的硬度，能夠穩(wěn)定孔口，保證施工機(jī)械在一個(gè)平整穩(wěn)定的場地施工。

3.2 樁基放樣

按照設(shè)計(jì)要求，在場地平整好后，進(jìn)行樁基放樣，見圖2。定位誤差控制在±30 mm 范圍內(nèi)，垂直度容許偏差不大于1.5%。

圖2 樁基放樣

3.3 鉆機(jī)就位

定位完成后，在指揮人員的帶領(lǐng)下，進(jìn)行鉆機(jī)就位，如圖3所示。

圖3 鉆機(jī)就位

3.4 鉆孔施工

鉆機(jī)就位后進(jìn)行鉆孔施工，見圖4。本工程旋挖鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)備型號三一SR280R，最大打孔深度：56 m，最大扭矩250 kN·m，鉆孔轉(zhuǎn)速6～30 r/min，最大加壓力450 kN，最大起拔力450 kN，整機(jī)重量7.4 t，履帶式行走。

圖4 鉆孔施工

3.5 回填紅黏土形成護(hù)壁

鉆進(jìn)過程中若遇到塌孔現(xiàn)象發(fā)生，使用推土機(jī)往孔內(nèi)回填紅黏土，然后操作旋挖鉆機(jī)對孔內(nèi)黏土進(jìn)行擠壓，在鉆頭旋轉(zhuǎn)的過程中，將黏土向四周孔壁擠壓，形成干土護(hù)壁，見圖5，以此穩(wěn)定塌孔地層，隨后繼續(xù)進(jìn)行鉆孔作業(yè)。鉆孔施工過程中，當(dāng)碰到大面積塌孔、地下水或使孔體傾斜時(shí)，則整樁回填，重新鉆孔。

圖5 回填紅黏土形成護(hù)臂

3.6 成孔檢驗(yàn)

成孔后經(jīng)自檢合格后，向監(jiān)理單位報(bào)驗(yàn)，在確保樁基樁徑、樁深、鋼筋籠加工都符合設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)入下道工序施工。

4 結(jié)語

通過對多種塌孔處理方法進(jìn)行技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性的分析，最終采用回填紅黏土加固孔壁的方式完成了所有樁基塌孔的處理。該方法能夠節(jié)省資金，提高效率，節(jié)約工期，降低能耗，符合綠色環(huán)保的理念。該方法在高填方區(qū)尤其是煤矸石高填方地質(zhì)條件具備一定的實(shí)際應(yīng)用性和借鑒意義，可為類似塌孔處理提供參考思路。