钻孔桩施工过程砂层塌孔预防

钻孔桩施工过程砂层塌孔预防

张雨昊

中铁上海工程局集团华海工程有限公司上海市201101

摘要：随着道路桥梁的不断发展，钻孔桩施工技术在施工过程中被广泛应用。钻孔桩对于桥梁的支撑、桥梁的耐受力以及桥梁的质量都有着非常重大的影响。塌孔是针对钻孔桩出现的施工问题。在桥梁施工中，一旦出现钻孔桩塌孔的现象，就意味着桥梁的施工存在了问题，或是施工的技术应用存在了缺陷。

关键词：钻孔桩施工；砂层塌孔；原因；预防措施

1工程概况

跨斗尾疏港特大桥里程为DK143+112.420～DK144+911.295，全长1798.875m，桥址区位于坳谷地段，分布松散-稍密的中粗砂，层厚1.70-6.0m，砂层中水量较丰富，流量和水位变动大，受季节或降雨影响显著，DK143+247-DK143+541桥址坳谷区局部地段在7度地震作用下，稍密粗砂存在砂土液化现象。

2桥梁钻孔桩施工过程中塌孔的原因简析

2.1施工外部环境

本工程地址条件较差，地下水位高，淤泥土层与砂层较厚，个别区域还存在流沙。粉砂层有“空隙大、渗透性好、内聚力小，对外力反应灵敏，在微弱动水或外力作用下易产生移动，丧失稳定”的特性。若钻孔灌注桩在钻进过程中未采取恰当的处理措施就会破坏土体本身的应力平衡，形成塌孔。

2.2护筒埋设不当

护筒埋置太浅，护筒不能穿越砂层，采用开挖埋置后未采用黏土分层夯填压实，导致无法阻隔高水位地下水渗流或护筒刃脚处漏浆造成周遭土体长时间浸泡变软，加之受地面施工扰动，桩孔在护筒下端刚柔交接位置处坍塌。

2.3护壁泥浆性能

泥浆性能指标不能满足施工要求是造成塌孔的主要原因。泥浆的性能指标决定了泥浆能否形成均质、致密的泥皮，避免由于地下水渗流等形成水土流失通道而造成土体失稳。孔内水头高度不够或孔内出现承压水、降低了静水压力。

2.4钻进过程中泥浆未进行循环

现场钻进过程中泥浆未进行循环，导致孔内泥浆未及时进行置换循环，泥浆护壁差，孔壁未能形成坚实的泥皮，孔壁易坍塌、掉块。

2.5后续工序衔接

桩基成孔下放钢筋笼时，由于钢筋笼倾斜及未严格对中对孔壁的刮蹭作用，导致孔壁坍塌,部分原来由泥浆渗入孔壁周围砂层并具有一定的粘结力的保护层被破坏，清孔时在重力作用下，孔壁发生坍塌；首罐混凝土浇注时，在较大的上浮力冲击作用下，孔壁土体突然受较大扰动、土层强度破坏造成坍塌；施工过程中工序衔接不到位，导致桩基成孔后停放时间过长，造成塌孔。

3砂层中塌孔预防措施与处理探讨

3.1优化泥浆配置

泥浆是钻孔灌注桩钻孔成钻施工质量控制的关键。不同的施工阶段对泥浆的配制要求不一样。钻孔泥浆由水、粘土（膨润土）和添加剂组成。具有清洗孔底、浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力等作用，并能在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定其稠度。泥浆配置时应注意控制五个方面：

3.1.1控制泥浆液面

要控制护筒内液面标高高于河水面1m左右，由专人看管，以保证足够水头压力，维护下部孔壁安全。

3.1.2控制泥浆比重

泥浆比重过大，失水量大，孔壁易剥落、崩解的可能性就大。泥浆比重过小，孔内水压力就小，易造成坍孔。在砂性土质或较厚的夹砂层中成孔时宜用膨润土做造浆原料，应控制泥浆相对密度在1.1-1.3之间；在砂夹卵石和易塌孔的部位成孔时，应控制泥浆的相对密度在1.4左右，并在泥浆中适当掺入水泥浆及早强剂，对增强孔壁稳定性有积极作用。成孔时泥浆的相对密度以1.1～1.25左右为宜。

3.1.3控制泥浆粘度

粘度过高会使泵压升高，排量显著减少，钻速下降，排粉困难，压力增长，泥浆粘度控制在16～22s，一般为20s。

3.1.4控制泥浆PH值

泥浆PH值的大小，表示了泥浆酸碱性的强弱。如果PH值大于11，则泥浆会产生分层现象，失去固壁作用。一般控制泥浆PH值在8～10范围为宜，此时泥浆能较快形成薄而坚实的泥皮，固壁性能好。

3.1.5泥浆的配备要求

选用优质膨润土作为主要制浆材料，膨润土直接从厂家购买，并含有合格证。购买的膨润土内已加入纤维素、重晶石、火碱等参合料，跨斗尾疏港特大桥泥浆配合比为膨润土：CMC:纯碱：水=0.1:0.005：0.004：1，以上配比根据实际情况适当调整。

3.2钻进过程中控制

3.2.1使用适当外掺剂

在泥浆中适当掺入水泥浆及早强剂，对孔壁有一定的护壁作用，特别是在刚开始钻进、钻进至护筒底部和进入沙层时。初钻时启动泥浆泵和转盘，空转一段时间，待泥浆输进钻孔中一段时间和一定数量后开始钻进。进尺至沙层部位时，必须用泵回水以减少泵量钻进，防止泥浆冲刷孔壁而造成沙层扩径；钻进过程中及时检查泥浆指标并适当调整，及时补充泥浆或净化，保证泥浆循环，每钻进2米或岩层变化处捞取钻渣样品并记录与设计资料核对。

3.2.2维持孔内水头

二次清孔时应指定专人补水，保证钻孔内必要的水头高度。供水管最好不直接插入钻孔中，应通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中，可避免冲刷孔壁。二次清孔时严格控制孔底泥浆比重，防止泥浆比重过低；泥浆指标：比重1.1，漏斗粘度17～20s。

3.2.3遇流沙层的处理

若钻孔过程中发现孔位穿过流沙层时，应进一步加大泥浆比重，掺入上述外掺剂，减缓进尺速度。

3.3选择适应地层特性的钻速

钻进速度是厚砂层钻孔灌注桩施工值得重视的内容。成孔速度太快，则泥浆在孔内循环时间短，护壁不好，而且造成沉渣太多，不但孔径达不到要求，而且易诱发孔内事故。钻进速度太慢，则工作效率低，难以保证工期。所以，选择合适的钻进速度尤为重要。通过摸索总结，开孔5m内及地质情况发生变化部位（如护筒底端与下部土体相接位置、粘土层与砂层交接位置等）应慢慢进尺，其余钻进速度以稳定在6m/h～8m/h为宜。且根据实际地质状况，严格控制不同地质时的成孔速度，对砂、砂砾等土层必须注意转台旋转不可过快，如过快有时将产生径向摆动。且成孔速度太快，在孔壁周围来不及形成泥膜就容易使孔壁坍塌。旋挖钻钻斗提升时严格控制其速度，升降速度保持在0.75m/s较为适宜，特别在刚提离孔底时，应减慢速度，待提升一段高度孔底被泥浆充满后恢复正常升降速度。

3.4加强工序衔接

吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直缓慢插入，以防钢筋笼触动孔壁，破坏阻隔渗流的泥皮及扰动周遭土体结构引起坍塌。首罐混凝土量适当加大。加强对施工过程监管，避开雨天灌注混凝土，确保桩基成桩过程顺利，可避免因各种因素影响造成的因桩基成孔后停放时间过长而导致塌孔。

结论

总而言之，在处理桥梁钻孔桩塌孔时，首先应该关注塌孔形成的原因，针对具体的成因来进行解决。对于施工技术上的问题，就应该改进技术，增强对于桥梁施工的技术管理；对于施工工序上的问题，就应该制定严格规范的施工流程，促进施工人员的具体操作，保证操作步骤精准正确。砂层塌孔在现场施工中普遍存在，为保证施工质量，故在处理砂层问题时一定要先考虑泥浆质量及钻进过程控制。

参考文献

[1]王成，李金有.浅谈桥梁钻孔桩坍孔的预防及处理[J].黑龙江交通科技，2010,33(8):202.

[2]郭孝坤.桥梁施工钻孔灌注桩坍孔的预防与处理[J].企业技术开发,2015(8):158.

[3]侯昌全，王笃仙.浅谈钻孔灌注桩施工质量事故处理方法[J].中国科技博览,2014(24):192.

[4]高雪山，周业杰.浅谈桥梁钻孔桩坍孔的预防与处理[J].科学之友,2011(10):75-76.