關(guān)于砂質(zhì)地區(qū)鉆孔灌注樁塌孔原因及防治技術(shù)探究

楊希斌

（中鐵八局集團(tuán)第七工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610300）

1 概述

鉆孔灌注樁是指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)機(jī)械鉆孔等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁；鉆孔灌注樁具有入土深、能入巖、剛度大、承載力高、樁身變形小、適用于各種地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用到工程建設(shè)中。隨著鉆孔灌注樁應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)，尤其是砂土地區(qū)鉆孔灌注樁塌孔率居高不下，嚴(yán)重影響施工質(zhì)量、速度、成本等方面，給施工企業(yè)的進(jìn)度和成本造成了極大損失。因此，運(yùn)用科學(xué)的施工工藝，加強(qiáng)過(guò)程控制鉆孔灌注樁塌孔率顯得極為重要。

2 塌孔原因分析

省道S222 漯河新西環(huán)線橋梁工程總計(jì)757 根樁基，項(xiàng)目沿線地層在勘探深度內(nèi)為第四系松散堆積層，分為兩大層，上層為全新統(tǒng)沖積層，巖性主要為粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂，下層為上更新統(tǒng)沖積層，巖性主要為粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂，分述如下。

2.1 第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）

（1）粉土（Q4al）：黃褐色、灰褐，稍濕，稍密～中密，搖振反應(yīng)強(qiáng)烈，無(wú)光澤反應(yīng)，可見(jiàn)銹黃色染斑及植物根系，斷面可見(jiàn)針狀孔隙。

（2）粉質(zhì)黏土（Q4al）：褐黃色、灰褐色，可塑，刀切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，夾粉土薄層。

（3）粉質(zhì)黏土（Q4al）：灰黑色、灰褐色，軟塑～可塑，刀切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，該層為軟弱土。

（4）粉砂：褐黃色，飽和，稍密至中密，下部密實(shí)，成分以石英、長(zhǎng)石為主，云母次之，夾粉質(zhì)黏土薄層。

（5）細(xì)砂：褐黃色、灰黃色，飽和，稍密至中密，下部密實(shí)，成份以石英、長(zhǎng)石為主，云母次之，夾粉質(zhì)黏土薄層。

（6）粉質(zhì)黏土（Q4al）：黃褐色，可塑～硬塑，刀切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，夾粉土薄層。

2.2 第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3al）

（1）粉質(zhì)黏土（Q3al）：棕褐色、紅褐色，硬塑，刀切面稍光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，局部夾密實(shí)粉土。

（2）細(xì)砂（Q3al）：褐黃色，飽和，下部密實(shí)，成份以石英、長(zhǎng)石為主，云母次之。

2.3 塌孔的主要因素

工前期經(jīng)過(guò)對(duì)沙河大橋已經(jīng)完成的30 根樁基進(jìn)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)在鉆孔過(guò)程中有4 處出現(xiàn)塌孔情況，清孔過(guò)程中2 處發(fā)生塌孔情況，安裝鋼筋籠過(guò)程中有2 處出現(xiàn)塌孔情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析出以下7 條既有因素和潛在因素。

（1）砂質(zhì)土地質(zhì)本身松散，粘聚力小，泥漿護(hù)壁成型慢且成型質(zhì)量不高，施工過(guò)程中鉆進(jìn)速度過(guò)快，導(dǎo)致孔內(nèi)壓強(qiáng)突變，造成塌孔。

（2）泥漿蒸發(fā)、滲漏導(dǎo)致漿液不足而造成塌孔。

（3）鋼筋籠刮碰導(dǎo)致塌孔。

（4）清孔后未能及時(shí)灌注混凝土，放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致孔道坍塌。

（5）鉆孔附近有大型設(shè)備或車(chē)輛振動(dòng)導(dǎo)致孔道坍塌。

（6）鉆進(jìn)時(shí)中途停鉆時(shí)間較長(zhǎng)，孔內(nèi)水頭位置偏差，降低了水頭對(duì)孔壁的壓力。

（7）泥漿稠度小、護(hù)筒埋置較淺、周?chē)舛虏幻軐?shí)、筒底部土層厚度不足等原因造成泥漿水頭高度不足，對(duì)孔壁壓力小造成塌孔。

3 塌孔防治

樁基施工無(wú)論是在鉆孔過(guò)程中，還是在安裝鋼筋籠過(guò)程中，甚至在澆筑混凝土過(guò)程中都會(huì)隨時(shí)發(fā)生塌孔現(xiàn)象，所以每一個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，均關(guān)系著樁基成孔質(zhì)量，進(jìn)而影響整座橋梁的質(zhì)量，所以無(wú)論是哪個(gè)環(huán)節(jié)施工，都應(yīng)該引起施工人員及管理人員的高度重視。

針對(duì)塌孔的主要原因及采取的措施分析如下。

3.1 鉆機(jī)鉆進(jìn)速度太快導(dǎo)致樁基孔道坍塌

（1）單獨(dú)針對(duì)鉆機(jī)鉆進(jìn)速度進(jìn)行技術(shù)交底，組織現(xiàn)場(chǎng)施工人員、管理人員進(jìn)行培訓(xùn)并考核（如圖1 所示）。施工時(shí)由施工人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工人進(jìn)行鉆孔作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)時(shí)對(duì)鉆進(jìn)速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，由交底人員在現(xiàn)場(chǎng)不定時(shí)監(jiān)督檢查，速度太快或太慢都要及時(shí)調(diào)整，保證鉆孔鉆進(jìn)速度按技術(shù)交底執(zhí)行。

圖1 鉆機(jī)鉆進(jìn)速度技術(shù)交底會(huì)

（2）砂、砂礫等土層的鉆孔施工，若成孔速度過(guò)快，會(huì)產(chǎn)生樁徑向擺動(dòng)而發(fā)生孔壁坍塌，為防止塌孔，鉆機(jī)鉆進(jìn)速度不宜過(guò)快，但為了保證正常的進(jìn)度需求，鉆進(jìn)速度也不宜過(guò)慢。所以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及鉆機(jī)性能將鉆機(jī)鉆進(jìn)速度控制在最佳范圍10～15m/h，鉆進(jìn)過(guò)程中勻速、穩(wěn)步，保證鉆孔質(zhì)量的同時(shí)保證施工進(jìn)度。在鉆機(jī)開(kāi)鉆后于出漿口每隔5min 對(duì)鉆渣進(jìn)行一次取樣并做好記錄[2]。

（3）在硬黏土質(zhì)中鉆進(jìn)時(shí)，用一檔轉(zhuǎn)速，放松起吊鋼絲繩，自由進(jìn)尺，在高液限黏土、含砂低液限黏土中鉆進(jìn)時(shí)，可用二、三檔轉(zhuǎn)速，自由進(jìn)尺，在砂類(lèi)土或含少量卵石中鉆進(jìn)時(shí)，宜用一、二檔轉(zhuǎn)速，并控制進(jìn)尺，以免陷沒(méi)鉆頭或抽吸鉆渣的速度跟不上鉆進(jìn)速度。

（4）在易塌孔的粉質(zhì)土中鉆進(jìn)時(shí)，宜用低檔慢速鉆進(jìn)，減少鉆錐對(duì)粉質(zhì)土的攪動(dòng)，同時(shí)應(yīng)加大泥漿相對(duì)密度和提高水頭以加強(qiáng)護(hù)壁。遇地下水豐富季節(jié)應(yīng)提高泥漿濃度檢測(cè)頻率，以便及時(shí)掌握泥漿濃度情況，如圖2 所示。

圖2 泥漿濃度檢測(cè)

3.2 泥漿蒸發(fā)滲漏造成樁基孔道坍塌

（1）在施工前，組織項(xiàng)目部技術(shù)人員、試驗(yàn)室，對(duì)泥漿相對(duì)密度、用量進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算，確定泥漿濃度范圍。

（2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)泥漿池（含回漿用沉淀池及泥漿儲(chǔ)備池）一般為2根樁鉆孔容積的1.5～2.0 倍[5]。泥漿妥善處理，不得隨意排，防止污染環(huán)境[1]。泥漿池采取封閉措施且做好安全防護(hù)，如圖3 所示。

圖3 泥漿池防護(hù)

（3）造漿后應(yīng)試驗(yàn)全部性能指標(biāo)，鉆孔過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)檢驗(yàn)?zāi)酀{比重和含砂率，并填寫(xiě)泥漿試驗(yàn)記錄表，并隨時(shí)注意地質(zhì)變化，根據(jù)地質(zhì)情況的變化隨時(shí)調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)。保證泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求，即相對(duì)密度為1.03～1.10，粘度為17～20 Pa·s，含砂率小于2%；膠體率大于98%[5]如圖4 所示。

圖4 相對(duì)密度檢測(cè)

3.3 安裝鋼筋籠過(guò)程中的刮碰，造成樁基孔道坍塌

（1）鋼筋籠安裝時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員全程跟蹤，及時(shí)掌握鋼筋籠安裝動(dòng)態(tài)。

（2）在鋼筋房?jī)?nèi)提前安裝圓形可轉(zhuǎn)動(dòng)保護(hù)層墊塊[3]，可防止鋼筋籠對(duì)泥漿護(hù)壁的刮碰?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在鋼筋籠安裝過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)鋼筋位置和混凝土墊塊的檢查，若發(fā)現(xiàn)鋼筋籠移位或混凝土墊塊破碎、脫落時(shí)，要立即督促施工人員進(jìn)行位置調(diào)整和增補(bǔ)混凝土墊塊，如圖5 所示。

圖5 鋼筋及混凝土墊款驗(yàn)收

（3）安裝鋼筋籠時(shí)，選擇吊裝技術(shù)嫻熟的吊車(chē)司機(jī)，配備專(zhuān)業(yè)的司索工、信號(hào)工。大風(fēng)天氣不得進(jìn)行吊裝作業(yè)[4]，吊裝作業(yè)時(shí)非施工人員不得進(jìn)入吊車(chē)作業(yè)范圍，如圖6 所示。

圖6 鋼筋籠吊裝

（4）在每一根樁基安裝鋼筋籠之前先安放探籠，嚴(yán)格按照相關(guān)要求控制探籠尺寸，防止因?yàn)闃痘阢@孔過(guò)程中孔道傾斜或縮頸等原因造成鋼筋籠安放過(guò)程中形成孔道塌孔現(xiàn)象。

3.4 清孔后未能及時(shí)灌注混凝土， 放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致孔道坍塌

（1）鉆孔施工時(shí)之前應(yīng)關(guān)注天氣變化情況，選擇短期無(wú)降水的天氣進(jìn)行施工，避免在惡劣天氣下施工，保證樁基成孔后不因天氣原因而耽擱混凝土澆筑時(shí)間導(dǎo)致清孔后不能及時(shí)灌注混凝土而致使孔道坍塌。

（2）在樁基成孔之前應(yīng)做好后續(xù)施工步驟的準(zhǔn)備工作，提前檢查施工道路通行情況及通行能力、混凝土供應(yīng)能力，保證成孔后能及時(shí)澆筑混凝土，不因準(zhǔn)備工作不充分而延后混凝土澆筑時(shí)間，導(dǎo)致孔道放置時(shí)間過(guò)久而導(dǎo)致孔道坍塌。

（3）清孔完成并報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收后，同時(shí)通知施工班組到場(chǎng)候場(chǎng)及攪拌站開(kāi)始發(fā)料。

3.5 鉆孔附近有大型設(shè)備或車(chē)輛振動(dòng)

（1）樁孔附近應(yīng)禁止一切非必要大型機(jī)械作業(yè)，避免因機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致孔道坍塌。

（2）樁基施工周?chē)O(shè)置臨時(shí)護(hù)欄，樁基附近施工便道應(yīng)與樁基保持足夠凈距且樁基鉆孔時(shí)應(yīng)臨時(shí)封禁道路，避免車(chē)輛來(lái)往擾動(dòng)孔道導(dǎo)致孔道坍塌。澆筑時(shí)禁止罐車(chē)直接行駛至樁基旁邊直接卸料，應(yīng)選用泵車(chē)或吊車(chē)的卸料方式，汽車(chē)吊和泵車(chē)?？课恢脩?yīng)該與孔道保持一定安全距離。

3.6 停鉆時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致孔道坍塌

（1）孔道鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)保持連續(xù)施工，中途非必要原因不得停止鉆進(jìn)，定期安排專(zhuān)人對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行設(shè)備檢查及保養(yǎng)，避免因鉆機(jī)自身故障導(dǎo)致鉆進(jìn)停頓，導(dǎo)致孔道坍塌。

（2）樁基成孔時(shí)必須保證孔內(nèi)水頭在孔外水位或地下水位線以上2.0m，確保水頭對(duì)孔壁的壓力，若由于汛期或潮汐水位變化較大時(shí)，采取升高護(hù)筒的方式，提高水頭保證水頭壓力相對(duì)穩(wěn)定以保證孔道安全。

3.7 護(hù)筒埋置不當(dāng)導(dǎo)致孔道坍塌

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)部門(mén)提供的地質(zhì)勘探資料，對(duì)于不同的地質(zhì)情況，選用適宜的泥漿比重、泥漿粘度和不同的鉆進(jìn)速度。如在砂層中，應(yīng)選用較好的造漿材料，提高泥漿稠度及泥漿粘度以加強(qiáng)護(hù)壁，并適當(dāng)降低進(jìn)尺速度。

（2）在陸地上埋置護(hù)筒時(shí)，底部應(yīng)夯填密實(shí)，護(hù)筒周?chē)惨靥蠲軐?shí)，如圖7 所示。

圖7 護(hù)筒埋設(shè)

（3）水中振動(dòng)沉入護(hù)筒時(shí)，根據(jù)地質(zhì)資料，將護(hù)筒穿過(guò)淤泥及透水層，護(hù)筒銜接嚴(yán)密不漏水。

4 塌孔處理

4.1 鉆進(jìn)過(guò)程中、清孔過(guò)程中塌孔處理

（1）樁基正在鉆進(jìn)過(guò)程中造成孔道輕微塌孔現(xiàn)象，應(yīng)該立即增大泥漿比重，提高泥漿水頭，增大水頭壓力。

（2）若塌孔不深時(shí)，此時(shí)應(yīng)改為深埋護(hù)筒，護(hù)筒周?chē)盟赝梁粚?shí)，重新開(kāi)鉆。

（3）在孔道鉆進(jìn)和清孔過(guò)程中若發(fā)生嚴(yán)重塌孔，應(yīng)該立即提出鉆頭，防止鉆頭埋在孔道中無(wú)法提出。塌孔的樁孔應(yīng)及時(shí)回填粘土等適宜材料，且回填的粘土中應(yīng)避免磚頭、雜草、生活垃圾等其他物質(zhì)，以免造成二次鉆孔時(shí)候堵塞關(guān)口?；靥钔瓿珊髴?yīng)停置7d 以上，一般情況應(yīng)停置15d，待當(dāng)?shù)貙映史€(wěn)定狀態(tài)后才能再度進(jìn)行鉆孔施工。

4.2 安放鋼筋籠時(shí)塌孔處理

由于安裝樁基鋼筋籠時(shí)，吊車(chē)司機(jī)的操作失誤、安裝時(shí)起強(qiáng)風(fēng)或安裝人員操作不慎，導(dǎo)致鋼筋籠不垂直、鋼筋籠擺動(dòng)、孔道傾斜、孔道縮頸等都可能造成樁基孔道塌孔現(xiàn)場(chǎng)，塌孔的部位可能發(fā)生在樁基孔道的任何一個(gè)位置。

（1）若塌孔部位發(fā)生在樁孔上部，一般塌孔的方量不大，鋼筋籠被埋深度一般較小，甚至鋼筋籠未被埋住，可以采用人工配合吊車(chē)緩慢的將鋼筋籠吊出。若樁基孔深度較淺，可一次性吊出全部鋼筋籠待處理好坍孔后重復(fù)使用。若樁基孔深較深，可采用吊車(chē)反復(fù)多次起吊鋼筋籠并截?cái)噤摻罨\，在截?cái)噤摻罨\之前焊接吊環(huán)，多次進(jìn)行吊裝，吊出鋼筋籠后后回填少量粘土，重新進(jìn)行樁基刷孔施工，截?cái)嗟匿摻罨\若保存完好可按規(guī)范連接后再次進(jìn)行利用。

（2）若塌孔部位發(fā)生在中部或下部，此時(shí)塌孔方量較大，若樁基孔深較淺，可嘗試先用一臺(tái)吊車(chē)將鋼筋籠吊出，若一臺(tái)吊車(chē)無(wú)法正常起吊鋼筋籠，可根據(jù)實(shí)際情況更換一臺(tái)大噸位吊車(chē)進(jìn)行起吊，或采用兩臺(tái)吊車(chē)進(jìn)行四角起吊，起吊過(guò)程中應(yīng)逐步加力，接近汽車(chē)吊安全起吊范圍最大力值時(shí)，應(yīng)持荷幾分鐘，讓粘土和鋼筋籠脫離，然后歸零重新起吊，如此反復(fù)幾次，將鋼筋籠吊出，最后回填適量粘土，重新進(jìn)行樁基刷孔施工。若樁基孔深較深，鋼筋籠過(guò)長(zhǎng)，采用上述一臺(tái)大噸位吊車(chē)進(jìn)行起吊，或采用兩臺(tái)吊車(chē)進(jìn)行四角起吊，將鋼筋籠吊出護(hù)筒頂?shù)囊欢ǜ叨群?，可在鋼筋籠上焊接四個(gè)吊環(huán)，將吊環(huán)上部的鋼筋籠截?cái)啵缓笤俅芜M(jìn)行鋼筋籠吊裝作業(yè)，如此反復(fù)幾次吊出孔內(nèi)全部鋼筋籠。截?cái)嗟匿摻罨\若保存完好，按規(guī)范連接后可再次進(jìn)行利用。

4.3 灌注混凝土?xí)r發(fā)生塌孔處理

在樁基灌注混凝土?xí)r發(fā)生塌孔現(xiàn)象，無(wú)論混凝土灌注的多與少、灌注時(shí)間長(zhǎng)與短，鋼筋籠大概率已經(jīng)無(wú)法正常提出。

（1）若塌孔時(shí)灌注的混凝土較多，混凝土澆筑高度已經(jīng)接近護(hù)筒標(biāo)高，且此時(shí)已經(jīng)澆筑的混凝土面高于地下水位時(shí)，在地勢(shì)較為平坦具備深挖基坑的條件，應(yīng)該停止混凝土澆筑，并且及時(shí)拔出剩余導(dǎo)管，將孔道內(nèi)多余泥漿抽出后，在孔口周?chē)龊冒踩雷o(hù)且設(shè)置醒目安全標(biāo)識(shí)，已經(jīng)灌注的樁等待樁檢合格后，將樁基挖開(kāi)做深接樁處理。

（2）若灌注的混凝土較少，塌孔處距離護(hù)筒頂面標(biāo)高較遠(yuǎn)或塌孔處位于地下水位以下時(shí)，此時(shí)應(yīng)該立即停止混凝土澆筑，拔出多余導(dǎo)管，再用片石和黏糊混合回填孔道，用沖擊鉆沖毀鋼筋籠和混凝土。將鋼筋混凝土清除干凈后應(yīng)用片石或砂類(lèi)土回填，用摻入不小于5%水泥砂漿的粘土回填，待回填穩(wěn)定后重新鉆孔施工。當(dāng)回填后片石的巖面傾斜較大時(shí)，鉆頭易擺動(dòng)，撞擊護(hù)筒或孔壁，造成偏孔或塌孔、卡孔的現(xiàn)象，這時(shí)先選用小沖程進(jìn)行沖擊，待將孔底的浮土、凸出部分鑿平出現(xiàn)平臺(tái)后，再加大沖程轉(zhuǎn)入正常沖程。

5 結(jié)語(yǔ)

本文是在參考漯河市新西環(huán)（省道S222 開(kāi)遂線）新店鎮(zhèn)三趙村至大陳村段新建工程S222SDRJ-1 標(biāo)段鉆孔灌注樁專(zhuān)項(xiàng)施工方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況及多條公路施工經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)鉆孔灌注樁的施工工藝、成孔質(zhì)量控制、塌孔質(zhì)量事故預(yù)防、各種情況下塌孔處理方式進(jìn)行了研究，從而得出的結(jié)論。