浅谈河道深孔桩基施工塌孔原因及防治措施

浅谈河道深孔桩基施工塌孔原因及防治措施

王宗汉 ,史明鉴,徐广辉 ,谷佳霖,艾热提

中建八局浙江建设有限公司

摘要：随着我国工程技术水平的不断提高，大直径深孔桩基的应用愈发广泛。但宁波为海积平原，地质条件较差，淤泥质黏土、粉砂地质条件下桩基施工质量控制难度更大，容易发生夹泥、塌孔、缩颈、断桩等质量问题。

关键词：桩基；塌孔；防治

该工程全长 200m，宽度80m，中间有原河道20m；桩基础长度49~65m，在施工中对塌孔采取多项措施防治塌孔，取得了显著的效果。

一、概况

场内河道宽度约20m，钢筋笼总长 65.5m，主筋采用 φ25mm 螺纹钢双筋设计，最大总重量达 16t，每套钢筋笼分为 8 节，每节间连接方式为机械连接，桩基施工范围土层无较好持力层，抗冲能力弱，施工难度大，需采取有效的措施来保证桩基施工质量。①基钻孔深度 76.57m，桩基垂直度和成孔质量要求高。且黄河内地质情况复杂，含砂高、不可控因素多，钻孔施工难度大。②水中大直径超长护筒打设的垂直度控制及护筒在粉砂河床的抗冲刷稳定是一个重点。对该工程所处渭河河道的地质和桩基深度达 76.57m的实际情况，施工中采用反循环回旋钻机进行施工，混凝土采用商混，罐车运输至施工现场，桩基混凝土采用导管进行水下灌注。开工初始因施工河滩处地质较好，施工正常无塌孔情况发生。后转入河道内施工，施工时对场地平整，部分地段挖机碾压筑岛，护筒采用 6mm厚钢板卷制，护筒内径大于桩径直径40cm，护筒长度 3m，护筒周围用粘土分层夯，使用当地粘土造浆，循环使用。在开钻前，备足了良好的造浆土，人工在护筒孔内造浆，钻孔钻进速度适中。钢筋笼采用 2 根穿孔钢棒支撑于孔壁枕木上。在以上施工措施下，多次在钢筋笼下注拼接过程中发生塌孔，给施工带来麻烦。

二、防治措施

1、地基换填处理。对河道内低洼积水桩基处进行地基换填，加高筑岛，并采用压实机械碾压填筑，确保填筑质量，保证施工平台坚实稳固。

2、加长护筒。护筒埋设采用人工开挖及回填，加长护筒，最长达到6.5m，采用挖掘机及振动锤压埋，并对顶口采用混凝土封闭。

3、掺加添加剂，控制好泥浆性能。本工程采用成品袋装膨润土造浆，并掺加护壁液、氢氧化钠、纤维素等添加剂，钻孔中泥浆比重控制在 1.06～1.1，粘度在 18Pa·s～28Pa·s，含砂率≤4%，胶体率≥95%，失水率≤20ml/30min，确保护壁效果。保持孔内水头在河流水位 1.5m～2.0m以上。泥浆膨润土是制备泥浆的专用土，具有相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。经试验本工程膨润土用量为水的 8％，即 8kg 的膨润土掺 100L的水。片状氢氧化钠它的作用可使泥浆的 pH值增大到 10。泥浆中 pH 值过小时，粘土颗粒难于分解，粘度降低，失水量增加，流动性降低；小于 7 时，还会使钻具受到腐蚀；若 pH 值过大，则泥浆将渗透到孔壁的粘土中，使孔壁表面软化，粘土颗粒之间凝聚力减弱，造成裂解而使孔壁坍塌。pH值以 8～10 为宜，这时可增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。本工程经试验片状氢氧化钠掺入量为膨润土的 0.3％～0.5％时，pH值在 8～10 之间（见图 7）。

4、减小井口压力。钻孔中，对承重荷载大的钻机后支腿采用 1m×2m×15mm钢板进行支垫，扩大受力面积，减小钻机对井口的压力。钢筋笼下注时加大井口支垫方木间距，并在方木底下放置 1m×3m×15mm的钢板，以减小对护筒周围孔壁的压力，同时将原穿孔钢棒改为 18 cm加肋工字钢。

5、缩短拼接时间。严格钢筋制作尺寸控制，减小安装时钩挂护壁形成坍塌的几率, 钢筋笼采用三点吊装，避免弯曲变形，最后一节钢筋笼采用专用扁担吊具进行提升，钢筋笼确保平稳入孔避免冲撞孔壁。清孔必须保持孔内水头。清孔采用抽浆法，在清孔排渣时，必须保持孔内水头，防止塌孔。清孔后应及时从孔底提取泥浆试样进行性能检测，为其它工序提供依据。做好各种紧急情况下的预案，充分做好桩基施工中各种紧急情况下的预案，协调好各个施工环节的衔接。

6、钻孔控制

（1）桩的轴线控制。在钻进过程中，组织有资质的测量人员进行不定期复核控制桩的精度，然后拉上十字线复核护筒中心点是否在施工过程中进行了位移，以确保桩位的轴线准确。

（2）桩的垂直度控制。钻盘钻机在钻进过程中是人工控制，施工技术人员实时监测的钻孔深度、垂直度，以免施工震动导致垂直度存在偏差。

（3）钻进控制。为确保在相邻桩基施工时不免对已完成的桩基扰动，或导致下部淤泥质土松动而导致地基松软失去设备承载力，在桩基开挖施工时不能相序施工，在同一蹲位施工时间间隔最小为 12小时，间距 20m 以上。淤泥质土地层的原承载力较差，流动性大，一旦桩基开孔施工，桩孔护壁忌讳扰动过大而导致塌孔现象。旋挖机旋挖过程中严格控制钻进速度，避免钻进尺度较大，造成埋钻或塌孔事故钻进过程，若旋挖机升降钻斗时速度过快，钻斗外壁和孔壁之间的泥浆冲刷孔壁或钻头直接与孔壁相碰，再加上钻斗下部产生较大负压作用，容易造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在 0． 5 ～ 0． 80m/s 为宜。

对泥浆性能要求较高，钻孔过程中，高性能的泥浆是保证成孔质量的必要条件。采用优质膨润土进行造浆，开动钻机进行泥浆循环，在制作过程中往泥浆内加入适量碱以调节泥浆稠度，制作完成后需经过浆液各项指标的检测，达到规范要求：相对密度＜1.05、黏度 20Pa·s-22Pa·s 之间，含砂率＜0.3%后方可进行钻孔施工。为方便施工时泥浆的沉淀和储存，每台钻机各配一个泥浆箱，长 9m 宽 4m 高 2m，分为长 7m 宽 4m 的沉淀区与长 2m 宽 4m 的回流区两部分，两区域用钢板隔开且钢板高度比泥浆箱矮 50cm，保证沉淀后的泥浆可溢流至回流区，回流区外侧下端割出直径 40cm 孔并安装管路通至护筒内用于泥浆回流。开始钻孔，孔内泥浆携带着钻渣通过反循环泵吸进入泥浆箱沉淀区，在泥浆箱内沉淀经过二级沉淀后通过循环管路回流至孔内，在泥浆箱沉淀后的钻渣通过挖机装至渣土车内运至弃渣场。每 2m 或地质变化位置留存渣样，现场根据渣样情况及时调解泥浆比重。本工程控制含砂率是关键，含砂率控制不到位将导致孔内沉淀过厚无法下放钢筋笼、也会增加二清时间及难度。在桩基一清过程中利用泥沙分离机，将孔内泥浆含砂率降低至 1%以内，最大程度减少后续泥浆沉淀，降低对下道工序施工的影响，保证桩基的成孔质量。

桩基二次清孔采用气举反循环法进行清孔，通过空压机往导管内通入高压气体，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在气压动量的联合作用下，不断补浆，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，排出导管以外，经过泥浆过滤，再将过滤后的泥浆返流回孔内参与泥浆循环，清孔过程中必须始终保持钻孔桩内的原有水头高度。气举反循环清孔换浆速度快，清渣效果好，尤其对于大直径深长桩基清孔效果显著，此类桩基一般 3-4 小时可达到灌注条件。

本工程采取以上措施后，再未发生过塌孔情况，不但加快了桩基施工进度，而且防治措施中使用的材料利用了一部分废料，而且制作的工具都是可重复利用的。为了核对地质资料、检验设备、工艺以及技术要求是否适宜，桩基在施工前，宜进行“试成孔”，为后续施工顺利进行总结经验。对施工中存在的问题要积极分析原因，找出投入最小、效果最好、切实可行的解决办法和措施。目前钻孔桩施工的技术日渐成熟，要进一步强化操作和管理人员的培训，加强交流沟通，避免施工中的失误，施工中力争做到程序化、标准化。

参考文献：

[1]邓忠，姚清.桥梁桩基施工工艺技术及质量控制探究[J].工程建设与设计，2018（17）：168-170.

[2]缪克棋.浅谈深长钻孔灌注桩的施工[J].硅谷，2018（8）：65，72.

[3]郑策.深水大直径超深钻孔灌注桩施工技术[J].工程技术研究，2019，6（10）：87-89.