深厚碎块石回填土层旋挖桩施工技术分析

陈 诚（中国轻工业长沙工程有限公司，湖南 长沙 410000）

随着我国工程建设领域的飞速发展，旋挖钻孔灌注桩技术自20 世纪90 时代传入我国以来得到了广泛的应用[1,2]，但在不同的施工环境及地质条件下也暴露出各种各样的施工技术问题。本文以黔西南州某项目五金仓库为例，对松散深厚碎块石回填土层中旋挖钻孔灌注桩施工技术进行分析探讨，为后续类似地质条件下旋挖桩施工提供参考借鉴。

1 工程概况

1.1 设计概况

黔西南州某项目五金仓库建筑面积7712.45m2，地上2 层，采用钢筋混凝土框架结构，基础设计等级为乙级，桩型设计为端承桩，桩径为800mm，桩端持力层为第4层中风化石灰岩，要求桩端全断面进入该层深度不少于1.0d 且不少于1m，桩顶标高为-1.9m，有效桩长介于6m～25.5m之间，根据钻进过程实际地层情况确定。

1.2 水文地质条件

根据地勘报告分析场地无明显地表水及地下水，桩身穿越土层主要为表层回填碎块石土、红黏土、强风化石灰岩、中风化石灰岩。表层回填碎块石土整体厚度较大，均在6m 以上，各地层层厚变化大，且无规律，地质情况较为复杂。以WJ39 号桩为例，地质情况详见表1。

表1 WJ39号桩地质情况

就地质情况而言，本工程施工主要难点为表层回填碎块石土层厚度较大，大部分为6m～7m，最厚处可达10m，且结构松散，回填块石粒径以0.2m～0.6m为主，最大可达到1.0m，架空明显，旋挖钻孔施工过程中极易引起严重塌孔，成桩条件差，危险性大，孔壁塌孔不断，成桩质量，施工进度及安全均不能得到有效保障。

2 方案分析对比及选择

2.1 提出方案

方案一：钢护筒护壁旋挖钻孔灌注桩施工技术（桩径800mm）

清表及场地平整→定位放线→旋挖钻就位→1000mm钻头钻进至回填层底标高→下直径1000mm的钢护筒至回填层底标高→800mm钻头继续钻进至设计桩底标高→清孔验收→安装钢筋笼及导管→沉渣二次验收→灌注混凝土→拔出钢护筒。

方案二：混凝土回灌旋挖钻孔灌注桩施工技术（桩径800mm）

清表及场地平整→定位放线→旋挖钻就位→800mm 钻头钻进至回填层底标高或塌孔→C15 混凝土回填至孔口位置→旋挖钻继续钻进至设计桩底标高→清孔验收→安装钢筋笼及导管→沉渣二次验收→灌注混凝土。

方案三：钢护筒+混凝土回灌旋挖钻孔灌注桩施工技术（桩径800mm）

清表及场地平整→定位放线→旋挖钻就位→1000mm 钻头钻进至孔深3m→下直径1000mm 钢护筒至孔深3m→800mm 钻头钻进至回填层底标高或塌孔→C15混凝土回填至孔深3m→800mm钻头继续钻进至设计桩底标高→清孔验收→安装钢筋笼及导管→沉渣二次验收→灌注混凝土→拔出钢护筒。

2.2 方案分析对比

方案一：钢护筒护壁旋挖钻孔灌注桩施工技术

优点包括①钢护筒能有效防护孔壁，防止塌孔，保证施工安全；②钢护筒可以回收重复利用，节约成本；③不会增加桩芯建筑垃圾，有利于环境保护。

缺点包括①回填层中含有大量块石，无法直接使用震动锤下沉钢护筒；②回填层松散且过厚，一般钻至4m深便容易塌孔，难以实现一次直接钻过回填层后下钢护筒；③回填层中块石架空明显，混凝土易渗透至块石间隙中，过长钢护筒拔出后桩顶混凝土液面下降量较大，桩顶混凝土质量不易控制；④回填层中桩身混凝土与周边块石相互嵌固结合，承台土方开挖时易对桩身产生扰动。

方案二：混凝土回灌旋挖钻孔灌注桩施工技术

优点包括①通过钻进取土，回灌混凝土，二次钻孔形成混凝土护壁[3]，能有效解决塌孔问题，保证施工安全；②混凝土浇筑完成后基本不会出现桩顶混凝土液面下降问题，有利于控制桩顶混凝土质量；③桩身混凝土不会与周边块石形成嵌固，承台土方开挖时对桩身影响小。

缺点包括①钻孔过程中会出现多次塌孔回填现象，所需工期较长；②二次成孔长度较大，回灌混凝土用量较多，二次成孔及回灌增加成本较高；③二次成孔增加混凝土用量及桩芯建筑垃圾，不利于资源节约及环境保护。

方案三：钢护筒+混凝土回灌旋挖钻孔灌注桩施工技术

优点包括①钢护筒+混凝土回灌技术能有效防护孔壁，解决塌孔及成桩困难问题，保证现场施工安全；②钢护筒+混凝土回灌技术能有效减少混凝土回灌次数，通常只需进行一次回灌，节约工期及施工成本；③孔口护壁钢护筒长度仅3m，钢护筒拔出后桩顶混凝土液面下降较小，可通过增加一定超灌量进行平衡，有利于控制桩顶混凝土质量。

缺点包括①桩顶区域桩身混凝土会与周边块石相互嵌固，承台土方开挖时对桩顶混凝土会产生一定影响；②会增加一定的桩芯建筑垃圾，可能对环境保护有一定影响。

2.3 方案比选

通过三个方案的对比分析，方案一因回填层块石较多且松散过厚，1000mm钻头钻穿回填层过程中便容易塌孔，对大部分桩而言，现场实际难以实现，且成桩后对桩身质量控制难度较大；方案二增加成本较大，所需工期较长，不能满足现场工期要求；方案三所需工期较短，节约施工成本，对质量影响小。综上所述，本工程采用方案三进行旋挖成孔灌注桩施工。

3 施工过程

3.1 施工试成桩

根据地勘报告，本工程正式施工前先进场一台中联重科ZR360C-3K 型旋挖钻机进行施工试成孔，但4根桩中3根均出现严重塌孔现象，无法正常成孔（图1～图3），仅1根桩在钢护筒防护下完成成孔，但在护筒拔出后桩顶混凝土液面出现较大沉降量，承台开挖后发现桩身混凝土大量嵌入周边块石间隙并与块石相粘结（图4）。

图1 试成桩1

图2 试成桩2

图3 试成桩3

图4 试成桩4

3.2 钢护筒+混凝土回灌施工

（1）钢护筒制作及安装。施工前采用厚度12mm的Q235 钢板定制直径1000m 高度3.5m 的钢护筒。桩位放线定位后先采用1000mm钻头旋挖机下钻，并时刻注意观察孔口、孔壁稳定情况，钻至3m 孔深后使用挖机配合汽车吊吊放钢护筒至孔底。

（2）混凝土回灌。钢护筒安装好后更换800mm 钻头继续下钻至碎块石回填层底，并回填C15 混凝土至钢护筒位置。

（3）终孔验收及混凝土浇筑。C15 混凝土回填24h后，采用800mm 钻头下钻至设计桩底标高清孔验收后下放钢筋笼及导管，通过再次孔底沉渣厚度验收合格后及时浇筑混凝土[4]，并比设计超灌高度多浇筑一定高度，防止钢护筒拔出后超灌高度不足影响桩顶混凝土质量。

3.3 施工要点

（1）钢护筒护壁深度宜控制在3m左右，不易过深。一方面下钻超过3m 后可能导致塌孔，超过4m 后极易塌孔；另一方面钢护筒护壁深度过深拔出后，桩顶混凝土液面沉降量大，对桩顶混凝土质量有一定影响。

（2）钻头钻透回填层后应立即采用C15 混凝土回灌。施工过程中有个孔钻透回填层后因孔壁看似稳定未采用C15混凝土回填，后钻至孔深8m 处上部回填层塌孔，从而增加了混凝土回填量及施工工期。

（3）C15 混凝土回灌后宜24h 左右进行二次钻孔。时间过短回灌混凝土未形成强度，不能起到有效的护壁效果，时间过长回灌混凝土强度过高影响二次成孔效率及施工工期。

（4）桩身混凝土浇筑时应比设计超灌高度多浇筑一定高度。钢护筒拔出后，桩身混凝土会渗流至周边块石间隙，导致桩顶混凝土液面沉降。为保证桩顶混凝土强度，在桩身混凝土浇筑时应比设计超灌混凝土高度多浇筑一定高度，确保钢护筒拔出后混凝土液面高度符合设计超灌高度要求。

（5）承台基坑土方开挖时应从距离桩身远处开始下挖，靠近桩身处必要时采用人工刨除，避免因桩身混凝土嵌固于块石间，开挖时对桩身产生扰动和损坏。

4 结语

现场工程实际检验表明，采用钢护筒+混凝土回灌施工技术有效解决了深厚碎块石回填土层中旋挖桩灌注桩成孔困难、塌孔严重的问题，保障了现场施工安全、质量及工期并控制了施工成本。相比钢护筒护壁施工，现场实施更具可行性，桩顶混凝土强度质量更能得到保障；相比混凝土回灌护壁技术，节省了施工工期和成本，钢护筒可循环利用并进行回收，增加的少量桩芯建筑垃圾可通过现场合理利用进行消化处理，符合绿色环保的施工要求。