圓礫土地層鉆孔灌注樁施工質(zhì)量問題的成因分析及預(yù)防處理

劉洪江

(烏魯木齊鐵路局 喀什和田鐵路建設(shè)指揮部，新疆 喀什 844000)

1 工程概況

新疆南疆新建喀什和田鐵路葉爾羌河特大橋全長1 061 m，為32孔32 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋。橋基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。樁徑φ1.25 m，數(shù)量136根摩擦樁，樁長在13～16 m范圍內(nèi)。樁基施工采用沖擊成孔灌注樁技術(shù)。

從地質(zhì)鉆孔資料揭示，地質(zhì)情況為:第四系全新統(tǒng)細(xì)圓礫土埋深16 m、厚為1.7 m，分布在7#～9#墩;粗圓礫土分布在橋址范圍內(nèi)地表，厚度 ＞40 m，粒徑20～60 mm約占50%;喀什臺至4#墩之間表層間分布薄層粉細(xì)砂，厚為1～2 m;喀什臺至4#墩之間、17#墩附近的中砂層，厚為3～7 m。

地下潛水層以孔隙水為主，地下水埋深0.2～5.0 m，受大氣降水及河水補(bǔ)給，地下水水量豐富。該工程的水面寬度697 m，河水由冰川融雪補(bǔ)給，水量受季節(jié)變化明顯。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工時(shí)，5#～28#墩在河道內(nèi)，其余兩橋臺和橋墩均在河道邊。

2 鉆孔常見質(zhì)量問題及處理

2.1 孔壁坍陷

2.1.1 坍孔原因

1)鉆孔就位處土質(zhì)為松散粉細(xì)砂，如在河道邊4#～3#樁鉆孔時(shí)，泥漿性能指標(biāo)不符合要求，泥漿相對密度為1.06(太小)，黏度17 s(過低)，鉆進(jìn)3.5 m后在砂礫層中塌孔。使用這樣的泥漿在松散的含砂量較大的地層中鉆進(jìn)，由于地層的孔隙較大，砂礫間的黏聚力較小，泥漿很容易從孔壁大量滲入四周的地層中，孔壁不能形成堅(jiān)實(shí)的泥皮，當(dāng)?shù)貙又械乃窟_(dá)到一定程度時(shí)，孔壁就會被泡塌。

2)鉆進(jìn)開孔時(shí)鉆速過快，在地質(zhì)變化地段未能采取措施。鉆進(jìn)速度過快、空鉆時(shí)間過長，使泥漿在孔內(nèi)高速流動，泥漿來不及在孔內(nèi)壁形成堅(jiān)實(shí)的泥漿層;相反，高速流動的泥漿對孔壁產(chǎn)生較強(qiáng)的沖刷作用，如沖刷時(shí)間過長，就可能引起坍孔。成孔后，待灌時(shí)間過長和灌注時(shí)間過長，也會引起孔壁坍陷。

3)鉆進(jìn)成孔后，由于長時(shí)間清孔、下鋼筋籠和導(dǎo)管，也會造成坍孔。

4)護(hù)筒埋設(shè)不當(dāng)。在埋設(shè)過程中，護(hù)筒埋設(shè)過淺，護(hù)筒底部所在地層和護(hù)筒周圍未用黏土緊密填封，在孔口地面被水淹埋時(shí)，均會引起護(hù)筒下端漏水，導(dǎo)致坍孔。鉆機(jī)工作時(shí)的振動較大，也是產(chǎn)生坍孔的原因之一。

2.1.2 坍孔的預(yù)防

1)在松散地層中鉆進(jìn)時(shí)，選用相對密度大高黏度的泥漿。這樣做，一方面有利于孔壁堅(jiān)實(shí)泥皮的形成，防止因滲漿引起的坍孔，另一方面有利于提高排渣的效率和鉆進(jìn)速度。

2)保持一定的泥漿高度。從開始到澆筑水下混凝土前，應(yīng)始終保持泥漿頂面高度高出地下水位1～2 m，目的是保持泥漿對孔壁有0.1～0.2 MPa以上的側(cè)壓力，以支持泥漿孔壁，這是保證鉆孔過程中不坍孔的重要手段之一。在地下水位變化大的地方施工，應(yīng)保持泥漿頂面高度的相對穩(wěn)定，為此，可以采用提高護(hù)筒，使用連通管或虹吸管等措施。

3)在松散地層中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)控制鉆進(jìn)速度。鉆進(jìn)速度不能過快，以保證泥漿形成有效的護(hù)壁，應(yīng)盡量縮短清孔終了到澆筑水下混凝土這段時(shí)間間隔。在此期間，應(yīng)隨時(shí)注意孔內(nèi)泥漿高度的變化，及時(shí)補(bǔ)充。

4)起吊鋼筋籠時(shí)，應(yīng)保持垂直，下放時(shí)，要緩慢并防止掛碰孔壁。

2.1.3 坍孔的處理

1)在松散易坍的土層中，孔口發(fā)生坍塌時(shí)，拔出護(hù)筒，填平鉆孔，然后重新埋設(shè)護(hù)筒，用黏土密實(shí)填封護(hù)筒四周，使用優(yōu)質(zhì)的泥漿，提高泥漿的相對密度和黏度，保持護(hù)筒內(nèi)泥漿水位高于地下水位，再鉆孔。3#墩2號樁按本方法進(jìn)行處理。

2)在細(xì)圓礫土、粗圓礫土地層中用沖擊鉆機(jī)，應(yīng)采用小沖程開孔，將部分被砸碎的細(xì)圓礫土同黏土一起一點(diǎn)點(diǎn)擠入孔壁周圍形成孔壁，并在外部形成一層泥漿皮。使初成孔堅(jiān)實(shí)、豎直、圓順，能起導(dǎo)向作用，鉆進(jìn)深度超過鉆頭全高加沖程后，方可進(jìn)行正常的沖擊。

3)在鉆進(jìn)過程中，要經(jīng)常及時(shí)提取鉆孔渣樣，核對地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)鉆孔提供的地質(zhì)資料及鉆孔渣樣的情況，在地質(zhì)變化地段及時(shí)調(diào)整泥漿相對密度和黏度，及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)沖程。如18#墩2號樁樁基是典型的地質(zhì)變化地段，根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭示的資料，地表下伏3～7 m厚的中砂層，此時(shí)，應(yīng)調(diào)整泥漿的相對密度及黏度，使之加大，并利用鉆頭進(jìn)行多次緩慢的空鉆，上下緩動使此段在進(jìn)入中砂層前形成較好的泥漿護(hù)壁。

4)在鉆進(jìn)過程中，必須勤松繩、少量松繩，不得打空錘，勤抽渣，使鉆頭經(jīng)常沖擊新鮮地層。

5)搬運(yùn)和吊裝鋼筋籠時(shí)，應(yīng)防止變形，安放要對準(zhǔn)孔位，避免碰撞孔壁，鋼筋籠接長時(shí)，要加快焊接時(shí)間，盡可能縮短沉放時(shí)間。

6)成孔后，待灌時(shí)間一般不應(yīng)大于3 h，并控制混凝土的灌注時(shí)間。在保證施工質(zhì)量的情況下，盡量縮短灌注時(shí)間。

2.2 偏孔

2.2.1 偏孔原因

1)鉆機(jī)安裝就位穩(wěn)定性差，底座下面的地面產(chǎn)生不均勻沉降，作業(yè)時(shí)鉆機(jī)安裝不穩(wěn)，使鉆機(jī)在傾斜狀態(tài)下工作。21#墩1號樁因鉆機(jī)底座移動10 cm，后來采用掃孔糾正。

2)鉆孔彎曲或鉆桿作業(yè)平面與鉆桿不垂直，使鉆頭工作時(shí)產(chǎn)生較大擺動，當(dāng)各方受力不均時(shí)，鉆頭偏向受力小的一側(cè)。

3)地質(zhì)原因造成的偏孔。在傾斜的土巖層鉆孔或土層中夾有大的孤石或其它硬物等情形時(shí)，均會使鉆頭各個(gè)方向受力不均，從而產(chǎn)生偏孔。

4)在流沙層中鉆進(jìn)時(shí)，由于流沙易流動使孔擴(kuò)大，孔壁未能約束鉆頭，鉆頭擺動偏向一側(cè)。

2.2.2 處理措施

1)先將場地夯實(shí)平整，軌道枕木宜均勻著地。安裝鉆機(jī)時(shí)，要求樁位中心與鉆架上起吊滑輪在同一軸線。在不均勻地層中鉆孔時(shí)，采用自重大的鉆頭。

2)進(jìn)入不均勻地層，碰到孤石時(shí)，鉆速要打慢擋。

3)安裝導(dǎo)正裝置也是防止孔斜的簡單有效的方法。鉆孔偏斜時(shí)，可提起鉆頭，上下反復(fù)掃鉆幾次，以便削去硬土。如糾正無效，應(yīng)于孔中局部回填黏土至偏孔處0.5 m以上，重新鉆進(jìn)。

2.3 樁底沉渣量過多

2.3.1 造成原因

1)清孔不干凈或未進(jìn)行二次清孔。

2)泥漿相對密度過小或泥漿注入量不足而難以將沉渣浮起。

3)鋼筋籠吊放過程中，未對準(zhǔn)孔位而碰撞孔壁，使泥土坍落樁底。

4)清孔后，待灌時(shí)間過長，致使泥漿沉積。

2.3.2 處理措施

1)成孔后每隔10 min測量沉渣厚度，如發(fā)現(xiàn)沉渣超厚，則提高泥漿相對密度。

2)鋼筋籠吊放時(shí)，使鋼筋籠的中心與樁中心保持一致，避免碰撞孔壁?？刹捎娩摻罨\冷壓接頭工藝加快對接鋼筋籠速度，減少空孔時(shí)間，從而減少沉渣。

3)下完鋼筋籠后，檢查沉渣量，如沉渣量超過規(guī)范要求，則應(yīng)利用導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔，直至孔口返漿相對密度及沉渣厚度均符合規(guī)范要求。

4)開始灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部至孔底的距離宜為30～40 mm，應(yīng)有足夠的混凝土儲備量，使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下1.0 m以上，以利用混凝土的巨大沖擊力來濺除孔底沉渣。

2.4 抽渣堵管

2.4.1 造成原因

在先期鉆進(jìn)沖擊過程中，由于鉆頭齒牙的間距過大，齒牙的形式為錐形不適合將粗圓礫土沖擊粉碎，故在沖擊行程中，鉆頭沒有把礫石沖擊粉碎，而是把大量較大的渣樣和礫石翻起，這樣，在抽渣時(shí)，就很容易造成堵管現(xiàn)象，需要花費(fèi)大量的時(shí)間去清管，大大降低了沖擊效率，影響鉆進(jìn)速度。

2.4.2 處理措施

1)改變鉆頭齒牙形式，減小齒牙間距，使之在鉆進(jìn)沖擊過程中能夠有效地達(dá)到粉碎礫石作用，從而有效地抽渣，減小堵管現(xiàn)象。

2)對于粗圓礫土地層，由于鉆頭的形式不對，在鉆進(jìn)的過程中將大量的礫石翻起，不僅造成抽渣堵管現(xiàn)象，也對孔壁的穩(wěn)定起了一定的破壞作用，在沖擊進(jìn)程中沒有形成對孔壁的擠壓密實(shí)作用，所以，在改變了鉆頭齒牙的形式和增加了齒牙的密度后，不僅加強(qiáng)了對礫石的粉碎，也加固了孔壁的密實(shí)度，大大減小了坍孔的可能。

2.5 糊鉆

在黏土層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆機(jī)負(fù)荷小、進(jìn)度快，易產(chǎn)生糊鉆。糊鉆產(chǎn)生的原因有:進(jìn)度快，排渣能力小，鉆渣來不及排除，排渣管堵塞。

預(yù)防糊鉆的措施有:控制進(jìn)度，加大排渣能力，使鉆渣及時(shí)排除;使用相對密度小、低黏度的泥漿或清水作循環(huán)液，進(jìn)行提鉆清除。

2.6 擴(kuò)孔和縮孔

擴(kuò)孔和縮孔是指鉆進(jìn)過程中或鉆成的孔直徑大于或小于要求的孔徑。松散地層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭鉆進(jìn)后，泥漿不能隨即將孔壁護(hù)住，暴露的孔壁在泥漿回流的沖刷下，部分坍落使孔徑增大。當(dāng)鉆頭尺寸較大或偏心，工作時(shí)鉆頭擺動可能產(chǎn)生擴(kuò)孔。對于擴(kuò)孔，可根據(jù)具體情況作不同處理，不影響鉆進(jìn)時(shí)，可不作處理。

縮孔原因有:鉆頭直徑小，在塑性土層中鉆進(jìn)時(shí)，塑性土在土體壓力作用下回流入孔，形成縮孔;在濕陷性黃土地層中鉆進(jìn)時(shí)，土層遇水膨脹也會形成縮孔。產(chǎn)生縮孔后，可用反復(fù)掃孔的方法予以處理。如遇縮孔嚴(yán)重，通過反復(fù)掃孔不能解決問題時(shí)，可用增長護(hù)筒的辦法予以處理，護(hù)筒長度應(yīng)大于縮孔段的長度。

3 水下混凝土灌注的質(zhì)量問題及處理

3.1 導(dǎo)管進(jìn)水或卡管

水下灌注混凝土過程中，導(dǎo)管被混凝土堵塞，無法繼續(xù)進(jìn)行混凝土的灌注。造成原因有:①初灌時(shí)，隔水栓在導(dǎo)管內(nèi)某個(gè)位置被卡住堵管;②混凝土坍落度小，骨料中夾有大粒徑卵(塊)石，粗骨料粒徑過大，混凝土和易性、流動性差造成離析;③各種機(jī)械故障引起混凝土澆筑不連續(xù)，在導(dǎo)管中停留時(shí)間過長，最初的混凝土已經(jīng)初凝，增大了管內(nèi)混凝土的下降阻力，混凝土堵在管內(nèi)而卡管;④混凝土澆筑過快，進(jìn)口處入口面積較大，導(dǎo)管內(nèi)形成氣塞;⑤導(dǎo)管埋深過大，未按照要求及時(shí)拆管，導(dǎo)致內(nèi)外壓差過小。

處理措施有:①使用的隔水栓直徑應(yīng)與導(dǎo)管內(nèi)徑相配，同時(shí)具有良好的隔水性能，保證順利排出;②在混凝土灌注時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對混凝土攪拌時(shí)間和混凝土坍落度的控制;③應(yīng)確保導(dǎo)管連接部位的密封性，導(dǎo)管使用前應(yīng)試拼裝和試壓，試水壓力為0.6～1.0 MPa，以避免導(dǎo)管進(jìn)水;④在導(dǎo)管進(jìn)口注入混凝土?xí)r，可采用長空心鋼管插入導(dǎo)管內(nèi)，排出高壓氣塞空氣后繼續(xù)灌注。

3.2 鋼筋籠上浮

鋼筋籠在混凝土浮力作用下或由于提升導(dǎo)管時(shí)的掛碰，使鋼筋籠頂面高程超過設(shè)計(jì)高程。造成原因有:①鋼筋籠放置初始位置過高，混凝土流動性過小，導(dǎo)管在混凝土中埋置深度過大，使鋼筋籠被混凝土的頂推力上升;②當(dāng)混凝土灌至鋼筋籠底端時(shí)，由于澆筑的混凝土自導(dǎo)管流出后沖擊力較大，推動了鋼筋籠的上浮;③由于混凝土灌注過鋼筋籠且導(dǎo)管埋深較大時(shí)，導(dǎo)管底端未及時(shí)提到鋼筋籠底部以上，混凝土在導(dǎo)管流出后以一定的速度向上頂升，同時(shí)也帶動鋼筋籠上升。

處理措施有:①鋼筋籠初始位置應(yīng)定位準(zhǔn)確，并與孔口固定牢固，加快混凝土灌注速度，縮短灌注時(shí)間，或摻外加劑，防止混凝土頂層進(jìn)入鋼筋籠時(shí)流動性變小;②導(dǎo)管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2～4 m，不宜大于5 m或小于1 m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管提出混凝土面;③當(dāng)發(fā)生鋼筋籠上浮時(shí)，應(yīng)立即停止灌注混凝土。

3.3 斷樁

混凝土凝固后不連續(xù)，中間被沖洗液等疏松體及泥土填充，形成間斷樁。

造成原因有:①導(dǎo)管底端距孔底過遠(yuǎn)，混凝土被沖洗液稀釋，使水灰比增大，造成混凝土不凝固;②受地下水活動的影響或?qū)Ч苊芊獠涣?，沖洗液浸入混凝土，水灰比增大，使樁身中段出現(xiàn)混凝土不凝體;③在澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)管提升和起拔過多，或因停電、待料等原因，造成夾渣;④澆筑混凝土?xí)r，沒有從導(dǎo)管內(nèi)灌入，而采用從孔口直接倒入的辦法灌注混凝土。

處理措施有:①成孔后，必須認(rèn)真清孔，一般采用沖洗液清孔;②灌注混凝土前，認(rèn)真進(jìn)行孔徑測量，準(zhǔn)確算出全孔及首次混凝土灌注量;③混凝土澆筑過程中，應(yīng)隨時(shí)控制混凝土面的高程和導(dǎo)管的埋深;④在地下水活動較大的地段，事先要用套管或水泥進(jìn)行處理，止水成功后，方可灌注混凝土。

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁施工要求各個(gè)工序必須連續(xù)地一次完成。成孔后，立即下放鋼筋籠、灌注混凝土，各個(gè)工序要環(huán)環(huán)相扣，不得脫節(jié)。

［1］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院.橋涵地基和基礎(chǔ)［M］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［2］北京土木建筑學(xué)會主編.地基與基礎(chǔ)工程現(xiàn)場處理方法與技巧［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.