淺談橋梁鉆孔樁坍孔的預(yù)防與處理

高雪山，周業(yè)杰

（廣西路橋建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530001）

隨著橋梁建設(shè)的發(fā)展，橋梁鉆孔樁已被廣泛采用。由于橋址處的水文和地質(zhì)條件復(fù)雜，而在鉆孔樁施工中工序較多，工藝流程互相銜接，主要工序都在水下及地下進(jìn)行，不便監(jiān)視，經(jīng)常出現(xiàn)各種坍孔現(xiàn)象。坍孔事故不僅給正常施工帶來眾多困難，嚴(yán)重的坍孔還直接影響到施工以及工程進(jìn)度，并造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，所以深入的研究坍孔的成因及相關(guān)的處理預(yù)防措施是當(dāng)前橋梁鉆孔項(xiàng)目的重要課題。

1 坍孔的成因

坍孔是指鉆孔樁成樁過程中樁壁四周土體不連續(xù)而產(chǎn)生的裂隙、掉塊和坍塌現(xiàn)象等。當(dāng)樁壁四周土體的粘聚力與內(nèi)摩擦角等發(fā)生變化，受樁體周圍土體豎向應(yīng)力、側(cè)向壓力、地下水壓力等影響，達(dá)到臨界狀態(tài)，而出現(xiàn)不同程度的孔壁坍塌。

（1）鉆孔中經(jīng)過砂礫、卵石層等透水性強(qiáng)的土質(zhì)，由于孔內(nèi)水流失而造成孔內(nèi)水頭高度不夠引起坍孔。

（2）泥漿比重不夠及泥漿性能指標(biāo)不符合要求，使孔內(nèi)未形成堅(jiān)實(shí)泥皮而坍孔。在泥漿指標(biāo)性能中，泥漿比重是影響孔壁穩(wěn)定的主要指標(biāo)。泥漿比重增大，鉆孔中泥漿對(duì)孔壁的壓力也就越大，孔壁就越穩(wěn)定；反之，泥漿比重過低，其護(hù)壁作用就會(huì)降低，坍孔的可能性就會(huì)增大，一般情況下，泥漿比重控制在1.2～1.6。

（3）護(hù)筒埋置太淺，下端孔口漏水，坍塌或孔口附近地面受水浸濕泡軟，由于沖擊振動(dòng)引起塌孔。

（4）在松散層中鉆孔，進(jìn)尺太快，孔避周圍不堅(jiān)實(shí)而發(fā)生坍塌。

（5）清孔后泥漿比重、黏度等指標(biāo)降低，孔內(nèi)水位低于地下水位，清孔后停頓時(shí)間過久導(dǎo)致塌孔。

（6）吊入鋼筋骨架時(shí)碰撞引起孔壁塌孔。

（7）地表水與滲流。若孔口附近排水不良或嚴(yán)重積水，地表水流就會(huì)通過滲流對(duì)孔壁產(chǎn)生滲透壓力，就有可能會(huì)因孔壁發(fā)生管涌而發(fā)生坍孔。因此，鉆孔前應(yīng)將孔口一定范圍的地表積水排除，以保持孔口排水通暢，防止地表水滲入孔內(nèi)造成坍孔。

2 坍孔的預(yù)防

根據(jù)上述坍孔原因，為提高鉆孔的成孔率，防止坍孔事故的發(fā)生，必須做好以下工作：

2.1 鉆孔速度要適當(dāng)

在鉆孔樁的成孔施工中，鉆孔速度若過快，則孔壁未形成有效的泥漿膜，施工中易出現(xiàn)孔壁坍塌。而對(duì)于淤泥質(zhì)等軟弱土層，如果鉆孔速度過快，孔徑就會(huì)不規(guī)則，特別是砂、砂礫等土層，若鉆孔速度過快，鉆機(jī)會(huì)產(chǎn)生大幅擺動(dòng)，而發(fā)生孔壁坍塌現(xiàn)象。所以應(yīng)控制鉆孔速度，鉆孔速度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況并參照規(guī)范選取。

2.2 護(hù)筒埋設(shè)要符合規(guī)范要求

護(hù)筒埋設(shè)必須注意護(hù)筒頂端高度和底端埋設(shè)深度以及護(hù)筒本身質(zhì)量。護(hù)筒除了具有固定樁位、引導(dǎo)鉆頭作用外，還具有保持孔內(nèi)水位（泥漿）高出地下水位或施工水位一定高度，形成孔內(nèi)向孔壁的靜水壓以維護(hù)孔壁免于坍塌的作用。護(hù)筒頂高出地下水位或施工水位的高度要求與鉆孔方法、地層情況有關(guān)。采用反循環(huán)鉆孔方法時(shí)，護(hù)筒頂應(yīng)高出地下水位或施工水位2.0 m以上，采用正循環(huán)鉆孔方法時(shí)，應(yīng)高出1.0～1.5 m以上。這時(shí)要注意護(hù)筒設(shè)有缺口時(shí)，護(hù)筒高度應(yīng)從缺口底端算起，另外注意當(dāng)?shù)刭|(zhì)不良（如松散的粉砂、細(xì)砂等砂類土），容易坍孔時(shí)，應(yīng)比同類鉆孔方法而地質(zhì)好不易坍孔時(shí)的孔內(nèi)水頭提高 0.5 m以上。護(hù)筒埋設(shè)主要有挖埋式、填筑式圍堰筑島式、深水平臺(tái)式幾種方法。河道內(nèi)施工水深≤3 m時(shí)，可采用圍堰筑島式埋設(shè)護(hù)筒，若河床為淤泥或軟土，應(yīng)挖除換填黏土或沙土，換填有困難時(shí)，應(yīng)采用長埋護(hù)筒方法，將其底端沉入河床土層中，埋置深度不得小于3 m。當(dāng)水深大于3 m時(shí)，采用平臺(tái)式護(hù)筒。護(hù)筒本身質(zhì)量，要求連接處能抗拉、抗壓、不漏水。

2.3 避免孔內(nèi)因水頭不夠引起砂層坍孔

橋梁樁孔多數(shù)都要穿過厚度不同的河床砂層，這些砂層普遍有極松散、高孔隙比、高透水性、高飽和、內(nèi)磨擦角很小、內(nèi)聚力為零等特點(diǎn)。所以砂層鉆孔的首要問題就是在鉆孔施工前必須詳細(xì)了解掌握橋址各孔位的地質(zhì)鉆探資料，分析各種原因，根據(jù)力學(xué)原理計(jì)算，當(dāng)護(hù)筒內(nèi)支護(hù)力小于砂層側(cè)壓力時(shí)，可在筒內(nèi)設(shè)置一定高度的水頭，構(gòu)成對(duì)孔壁的靜水壓力。這種靜水壓力連同孔壁的園環(huán)作用，使水中的鉆孔壁保持穩(wěn)定不坍，防止流砂坍孔。

2.4 護(hù)壁泥漿的配制和泥漿池的準(zhǔn)備要符合規(guī)范

泥漿配置應(yīng)注意比重、粘度指標(biāo)的控制，配置泥漿原材料的選用等。泥漿除了具有浮懸鉆渣的作用外，同時(shí)在鉆孔中，由于泥漿相對(duì)密度大于水的相對(duì)密度，故護(hù)筒內(nèi)同樣高的水頭，泥漿的靜水壓力比水大，由于靜水壓力的作用泥漿可在孔壁形成一層泥皮，阻隔孔外滲流，因此具有保護(hù)孔壁免于坍塌的作用。泥漿比重性能應(yīng)根據(jù)鉆孔方法和地質(zhì)情況確定，地質(zhì)情況不好、孔徑大、孔深時(shí)取高限。河道內(nèi)施工要取泥漿比重高限，即 1.45。泥漿配置原材料必須選用高質(zhì)量的紅黏土，要求泥漿具有較高粘度和較低的含率。泥漿池在河道內(nèi)安置要根據(jù)筑島面積大小綜合考慮，但要注意泥漿池四周和底部不能漏水，更不能與河水串通，以防止泥漿比重減小。

3 坍孔的處理

（1）在河床水位較深或汛期，嚴(yán)格控制護(hù)筒內(nèi)水頭高度，必要時(shí)應(yīng)升高護(hù)筒，增加水頭，確保水頭相對(duì)穩(wěn)定。

（2）如果砂礫、卵石層發(fā)生孔內(nèi)地主坍塌，應(yīng)判明坍孔位置，回填土或黃土混合物到坍孔位置以上1.0～2.0 m。嚴(yán)重坍孔應(yīng)全部回填，待回填物沉積后，再進(jìn)行鉆孔，并掌握好泥漿比重和泥漿性能指標(biāo)。

（3）發(fā)生孔口坍塌時(shí)，可立即拆除護(hù)筒并回填鉆孔。認(rèn)真確定護(hù)筒埋設(shè)深度，孔位附近要盡可能整平，避免靠近較大坡度的坡腳處鉆孔，防止鉆頭碰坍孔壁。

（4）在松散砂土或流砂中鉆孔時(shí)，應(yīng)控制進(jìn)尺速度，選用較大比重、粘度膠體率的泥漿，投入黏土摻卵石，使黏土膏、卵石擠入孔壁起護(hù)壁作用。

（5）清孔時(shí)應(yīng)指定專人補(bǔ)水，保證鉆孔內(nèi)必要的水頭高度，供水管最好不要直接插入鉆孔中，應(yīng)通過水槽或水池使水減速后流入鉆孔中，可避免沖刷孔壁，清孔后停頓時(shí)間不要過久，灌注混凝土速度要快，以防坍孔。清除鋼護(hù)筒孔內(nèi)的沉碴或泥漿，將原埋入的沖（鉆）頭打撈出來。

（6）在清孔后吊入鋼筋骨架時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心豎直插入，防止碰撞孔壁，造成嚴(yán)重坍孔事故。

（7）設(shè)置混凝土護(hù)筒基座。在松散的河床上進(jìn)行鉆孔施工，護(hù)筒常常因沉陷發(fā)生坍孔，為此，在鉆孔施工中應(yīng)采取在護(hù)筒底部設(shè)置混凝土底座的措施來解決坍孔問題，具體方法如下：①在護(hù)筒底部現(xiàn)澆寬50～60 cm、厚20～30 cm的環(huán)狀混凝土基座，其內(nèi)徑要比護(hù)筒直徑小 2～3 cm。②將護(hù)筒設(shè)置在混凝土基座上，并在護(hù)筒外圍回填黏土夯實(shí)，設(shè)置混凝土基座既彌補(bǔ)了護(hù)筒高度的不足，又使護(hù)筒底部孔壁得到加固，鉆孔中即使發(fā)生輕微的坍孔，只要混凝土基座不傾斜、不下沉，就不會(huì)影響鉆孔施工的正常運(yùn)行，因而能有效地預(yù)防坍孔的發(fā)生。

總之，河道內(nèi)鉆孔灌注樁施工，從現(xiàn)場準(zhǔn)備、鉆孔、清孔，到灌注水下混凝土，各個(gè)環(huán)節(jié)均易發(fā)生坍孔故障，因此施工單位應(yīng)選派有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，結(jié)合地質(zhì)情況，嚴(yán)格按規(guī)范施工，同時(shí)加強(qiáng)檢測，防止坍孔現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，提高各施工人員及機(jī)械操作手的質(zhì)量意識(shí)，并貫穿于整個(gè)施工過程，共同處治坍孔缺陷，不斷提高橋梁鉆孔樁施工水平和施工質(zhì)量。

1 陳晏松.基礎(chǔ)工程［M］.北京：人民交通出版社，2002

2 黃繩武.橋梁施工及組織管理［M］.北京：人民交通出版社，2000

3 王慧東.橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2005