浅谈土石回填挤密成孔技术在湿陷性黄土地区的应用

中铁二十五局集团西北分公司  邹小刚

 [摘要]本文结合柳家庄大桥的工程实践，从施工角度认真分析了湿陷性黄土地区存在陷穴时钻孔桩施工方案和施工工艺，重点介绍了土石回填挤密技术在钻孔桩施工中的具体应用，为类似地区钻孔桩施工提供参考。

[关键词]失陷性黄土   陷穴   土石回填挤密    钻孔    施工技术

1.工程概况

榆商线韦罗高速Ⅱ标段柳家庄大桥位于大荔县境内，桥全长167m，中心里程K37+440。桥址区位于黄土沟壑地貌，地形起伏，地势较开阔，地基土上部为上更新统黄土构成，土质疏松，垂直节理发育，具大孔隙，呈典型的架空结构，受水浸湿后由于自重压力或附加压力与自重力的共同作用，结构迅速破坏而发生湿陷，为湿陷性黄土。 该地区属新生代汾渭盆地西段渭河断陷部分，地表覆盖层深厚，基底隐断层发育，受NE向活动断裂带与EW向壳级断裂复合影响，地壳活动性较强，并且形成应力集中区，为中、强地震多发区，地震烈度Ⅷ级。桥轴线地面高程412~451m，地表物质为第四系晚更新统风积黄土。全桥横跨黄土塬冲沟，黄土冲沟深30m，宽度为20m，桥梁与冲沟交角60o，最大墩高33m。桥梁基础为钻孔桩基础。

2.桩基地质情况

桥址区地层均为第四系松散层，由第四系晚、中更新统风积黄土层与早更新统冲积粉质粘土组成，第四系松散覆盖层厚度巨大。

在施工过程中，发现柳家庄大桥0#、1#桩位处存在多处大小不一的陷穴。陷穴分布密集，相互串联，成网状分布。其中一处陷穴深12m，宽30~70cm，贯穿0-0桩位。

2.1陷穴的成因

此处地处黄土台塬，紧邻冲沟，雨水充足。

其主要原因是：

①斜坡滑动而造成表面土体开裂；

②黄土地层受地表水及地下水浸湿湿陷而成；

③常年雨水侵蚀、冲刷。

2.2陷穴分布

现场采取人工挖孔的方法探明陷穴深度，具体方法是采用人工挖孔桩工艺在设计桩位

进行施工，直到完全探出各裂缝的宽度、深度，再向孔内注水，寻找其出水口，以确定陷穴长度及走向等。

现场探明，此处陷穴呈NW向分布。陷穴宽30~70cm宽，深度17.8m，直通冲沟沟壁。

3.施工方案选择

陷穴范围内土体松散、分离，影响摩擦桩承载力，和设计单位联系，重新进行承载力验算，变更桩长，以确保摩擦桩能够提供足够的承载力。

此处地形紧邻边坡，不适宜大型机械作业；由于陷穴的存在，不能采用反循环回旋钻成孔工艺；地下水位在38~45m，未超过桩长，不能使用人工挖孔、洛阳铲等干桩成孔工艺。

3.1采用旋挖钻成孔，半孔造浆、静态泥浆护臂工艺

优点：该工艺成孔速度快，能大大缩短桩基施工时间。

缺点：泥浆置换复杂，泥浆比重不容易控制影响桩基质量。上层陷穴贯通、串联，灌注混凝土后容易沿着陷穴四处流动，影响到其他桩位成孔。

3.2采用土石回填挤密，冲击钻成孔工艺

优点：先期人工挖孔，然后采用土石回填，冲击钻反复冲击挤密成孔，能将孔壁周围陷穴填实，大大增加桩基摩阻力，保证桩基质量。

缺点：该工艺成孔速度慢，增加桩基施工时间。

综上所述，从工期、经济、安全等方面考虑，根据我单位施工水平、施工经验及现有物资设备，本工程采用冲击钻冲击成孔。

4.施工工艺

在本工程中采用冲击钻成孔工艺，需特别注意的是要挤密堵塞其陷穴，以免在钻进过程中发生跑浆、漏浆及塌孔事故。

4.1原孔回填

冲击钻施工前需对原桩位人工挖挖孔进行回填，采用大级配片石与黏土混合料，将人工挖孔回填至原地面，用浸水法让其自然沉降15天后，再次回填、平整场地。

4.2测量放线

场地平整后，测量组根据桩基中心放样图用全站仪放出桩基中心桩，并设立护桩，确认无误且监理工程师确认无误方可开钻。

4.3埋设护筒

护筒采用厚度为10mm的A3钢板卷制而成，内径大于桩径30cm，高度为3m一节，挖坑埋设，并在护筒周围对称、均匀回填粘土，分层夯实，埋置深度不小于2.5m。严格控制护筒的垂直度和位置。护筒顶面高出地面30cm，以免杂物、地面水流入孔内。

4.4造浆

采用粘土和水造制泥浆，在合适的地方开挖泥浆池、沉淀池、泥浆槽，泥浆比重控制在1.2~1.4之间。

4.5钻机就位

首先利用护桩检查桩孔的中心位置是否正确，然后调整钻架，使钻架上的起吊滑轮线、冲击锥中心和桩孔中心三者在同一铅垂线上，其偏差不得大于20mm。钻机精确就位后，固定好钻机，启动卷扬机吊起冲击锥，把冲击锥徐徐放进护筒中准备冲击钻进，冲孔之前，对主要机具及配套设备需进行检查、维修。

4.6陷穴段挤密成孔、钻进

钻机安装就位后，底座和顶端要平稳，不得产生位移和沉陷。初钻时进尺适当控制，采用小冲程，使最初成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌。

为防止钻孔过程中发生跑浆、漏浆以及塌孔等事故，在存在地裂缝范围内，需使用小冲程（不大于3m）缓慢冲孔钻进，以便片石粘土混合料充分计入裂缝内，填塞裂缝。当钻入裂缝底部2m后，再次回填片石粘土混合料，使用小冲程缓慢冲孔钻进，如此2~3次后方可正常钻进。需注意冲程不大于5m，且在钻进过程中设专人全程注意孔内水位变化、泥浆性能是否达标。如有异常情况，应立即停钻并分析原因。在该段需加大泥浆比重。

进入正常钻进后，采用4-5m中冲程。钻进过程中及时排渣，并保持泥浆的密度和粘度。同时经常注意地层的变化，在地层的变化处均应捞取渣样，判断地质的类型，填入记录表中。钻渣渣样均编号保存，以便分析备查。钻孔作业要连续进行，不得间断，因故必须停钻时，孔口应加盖，并严禁把冲击锥留在孔内，以防埋钻。

4.7终孔检查  

钻孔达到设计要求深度后，对孔深、孔位、孔径、孔形和倾斜度进行检查，并将检查结果填入终孔检查表。确认满足设计要求后，立即填写终孔检查证书，并经监理工程师签认，方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。孔径、孔形和倾斜度采用检孔器吊入钻孔内检测。 

4.8清孔  

钻孔达到图纸规定深度或根据桩基终孔原则经监理工程师批准同意终孔后立即进行清孔。清孔采用换浆法，用换浆法清孔不需另加机具，且孔内仍为泥浆护壁，不易塌孔，但容易造成清孔不彻底，应特别注意，一定要保证清孔时间及清孔质量，避免孔底沉渣过厚。

5.灌注水下混凝土

灌注水下混凝土按照水下灌注桩施工工艺进行，在这里不再敷述。

6.结束语

西安及周边地区广泛分布着这种湿陷等级比较高的湿陷性黄土以及黄土陷穴等不良地质。当遇到此种地质情况，不能采用反循环回旋钻、人工挖孔、旋挖钻等施工工艺成孔时，可采用上述施工方案。该工艺的关键点是粘土的选择和泥浆比重的控制，在不同的钻进阶段需要及时调整相应的泥浆比重，以达到预期效果。该工艺的成功实践，为我单位在类似工程中积累了宝贵的经验，提供了可参考的技术指标。

【参考文献】

 [1]  张雁，刘金波 桩基手册. 北京：建筑工业出版社，2010

［2］ 杨文渊，徐犇，桥梁施工工程师手册. 北京：人民交通出版社，2001