关键词：岛状冻；钻孔灌注桩；塌孔；分析；处理
1.引言
岛状冻土，又称不连续冻土，是多年连续冻土与季节性冻土地区的中间过渡带，由许多分散的冻土块体组成，这些分散的冻土块体即岛状冻土。在岛状冻土地区季节性冷热极端的气候条件下施工桥梁钻孔灌注桩，如施工不当，将会引起岛状冻土内部水热平衡状态的极限破坏，其力学性能明显降低，极易出现大面积塌孔等情况，严重影响桥梁钻孔灌注桩成桩质量和施工过程中的安全，造成工期滞后和工程成本超额增加。
本文以内蒙古室韦至拉布大林公路项目为依托，工程所在区位于内蒙古高原东北部，大兴安岭北段西北麓。
2.塌孔经过及原因分析
桥址区处于低洼地、塔头草生长茂盛的岛状多年冻土发育地，冻土上限1.8米、下限5米、平均厚度3.2米，平均含水率39.1％，塔头草植被覆盖率在70%，上部主要为粉质粘土、砾砂、圆砾，下部为凝灰岩。某桥梁钻孔灌注桩采用埋设护筒，冲击钻成孔，掏渣筒清空，设计桩直径1.3米，桩长22米，实际孔深22.5米。
针对项目桥梁桩基处于岛状冻土区，平均含水率较高，上层极不稳定，选择于当年9月12日气温适宜时开始施工，1-0#、2-1#桩基在埋设护筒时采用挖埋式护筒（1节2米），护筒周围外侧采用黏土片石挤压牢固。2根桩基都在钻进过程中出现不同程度的护筒下沉现象，针对这一现象，现场技术人员采用小冲程，加大泥浆比重，并采取了平台周围加固措施，防止护筒继续下沉，造成塌孔、扩孔等不良情况。1-0#桩钻孔过程中三次实测护壁泥浆比重分别为：1.12、1.14、1.1，粘度为：18、19、18。直至9月24日9时15分钻孔完毕，准备清孔灌注，清孔后实测泥浆比重1.04，粘度17，9时55分吊车吊移钻机，钻机移走后孔内水位明显下降，孔四周突然塌陷，护筒突然消失，5分钟后孔内水位稳定，浆面下降4米左右，但不见护筒，塌孔后为防止情况继续扩大，立刻从旁边泥浆池向孔内补充泥浆，但由于孔四周塌陷无法测量孔深及沉渣、护筒位置。在2-1#桩基也出现类似塌孔现象，护筒消失，作业平台四周坍塌。
分析造成塌孔的主要原因是钻孔灌注桩钻进过程中穿过岛状冻土层，护筒埋深深度又较浅，钻孔时间较长，由于泥浆不断循环带进热量，致使岛状冻土层缓慢融化，清孔后泥浆比重下降，造成孔内3-7米处岛状冻土层垮塌，造成孔四周大面积坍塌。
3.塌孔处理措施
就此类塌孔，按常规的一般处理方法采用回填废桩，然后在原桩的附近补梅花桩或扁担桩，但此法施工工期较长，易错过最佳施工期。且本桥为桩接柱，须在原桩位重新钻进、灌注，为保证桩基的质量、节约工程成本，缩短处理时间，根据现场桩基塌孔实际情况，提出了不同处理方案，分别如下：
方案一：直接向孔内填筑黏土及片石，填筑完成后平整孔位四周，采用挖掘机作为碾压机械，碾压补强孔四周作业平台强度，重新挖埋护筒，护筒增加至4米，钻进过程中不断向孔内回填片石和黏土。
方案二：采用吊车提起载人吊笼至塌孔上方，人工实测塌孔深度及护筒大致位置，根据塌孔深度增加护筒长度，护筒送入孔内后，向护筒外塌陷处填筑黏土袋将其挤压密实，待其稳定后，向护筒外四周回填片石至平台顶面，并将其作业平台平整压实，预留护筒外露高度距作业平面30cm以上，开钻前先向孔内填入少量片石，开钻采用小冲程钻进，待钻头稳定后填入适量黏土，加大泥浆比重。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆钻进过程中定时观测护筒沉降情况，如有下沉，应停止钻进，向孔内继续添加少量片石，待起稳定后小冲程钻进。
施工现场技术人员结合现场情况决定2-1#桩基采用方案一处理，1-0#桩基采用方案二处理。在方案一施工中虽然回填筑片石并加固，但原岛状冻土层热平衡已被破坏，重新钻进穿过回填片石层后不久再次塌孔、扩孔情况，施工人员停止施工。方案二施工过程中虽遇护筒下沉情况，但没有再发生塌孔现象，所以决定采用方案二处理1-0#、2-1#桩基。
4.处理过程及注意事项
4.1埋设护筒
1-0#桩基经人工实测塌孔约7.5米，护筒掉入约至平台顶6米处，根据此种情况，下设1节长6.5米护筒，护筒吊入前向孔内补充泥浆，吊车将护筒送入孔内6米处碰到掉入孔内的护筒。待护筒稳定不再下沉后，采用人工护筒外抛填1米左右黏土袋，黏土袋抛填完成后将事先准备好的片石抛填至黏土袋上方，直至作业平台顶部，作业平台修整完成后，夯实碾压，施工完成后在原孔位置安装钻机、就位。
4.2抛片石黏土
由于护筒的掉入，如果直接开钻会造成掉入的护筒倾斜，导致卡钻、偏孔、钻进困难等问题，所以在开钻前向孔内抛入少量片石保证掉入节护筒的垂直度，防止钻进过程中继续坍塌，片石应选择坚硬带棱角岩石，不易采用风化岩。
4.3冲程的选用
当片石抛入孔内后，钻机应采用小冲程钻进，如遇钻头摆动，应减缓冲击频率，适当抛入无大棱角的片石，待将孔底的片石凿出平台后，抛入少量黏土加大冲程转入正常冲程。
4.4泥浆
虽然护筒已穿过岛状冻土层，但在钻进过程中仍需控制好泥浆比重，钻进过程中应根据测量结果，适时调节。泥浆采用向孔内填入黏土，利用钻孔的冲击力制作泥浆，为了起到很好的护壁作用，此次泥浆比重控制在1.2～1.3，粘度不小于20s。
4.5淘渣
由于是塌孔处理，孔内的沉渣虽然很厚，但根据现场实际情况，钻进稳定后选择钻进2～3米淘渣一次，淘渣前后需向孔内抛入黏土并测定泥浆比重、粘度，防止淘渣后孔内泥浆比重下降，底部再次发生塌孔。
4.6清孔成桩
应尽量缩短清孔时间，泥浆比重、粘度、沉渣符合设计要求，清孔完毕后，做好工序衔接，立即成桩混凝土浇筑。
5.结束语
结合工程实践证明，在岛状冻土区施工钻孔灌注桩时，穿过岛状冻土层依靠采取传统改变泥浆比重等措施施工不能保证施工要求，极易造成塌孔，扩孔等现象。为保证一次成桩施工质量，应在施工前详细调查、核对桩基地质情况，准确掌握钻孔灌注桩下穿岛状冻土层厚度，根据岛状冻土层厚度，考虑泥浆、钻孔时间对岛状冻土层的影响，尽量加长护筒长度，使护筒进入岛状冻土层1～2米，施工中适量填入片石和黏土，同时还要考虑护筒回收利用，不能盲目的增加护筒长度，忽略工程成本。
在处理塌孔、扩孔情况时，在钻进过程中向孔内填入一定数量的片石和黏土，孔外采用黏土袋和片石相结合固定护筒，隔绝岛状冻土层，采用此种方法处理岛状冻土钻孔灌注桩大面积塌孔，不仅保证了钻孔灌注桩的质量和施工安全，减少处理成本，而且处理时间短（仅用48小时），达到快速处理的效果，为指导后续岛状冻土地区钻孔灌注桩施工起到了指导作用。
【参考文献】
[1]陈东丰;郑纯宇;钱劲松;李冬雪. 用于岛状冻土地区路基换填的新型材料及其性能.公路交通科技.2016
[2]铁道部第三勘测设计院.冻土工程.中国铁道出版社,1994,9:170-223
[3]张玉强.内蒙古岛状冻土地区公路路基施工技术研究. [D],天津:天津大学,2008
论文作者:张再强
论文发表刊物:《建筑实践》2019年16期
论文发表时间:2019/11/20
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