圓礫土地層鉆孔灌注樁施工質量問題的成因分析及預防處理

劉洪江

(烏魯木齊鐵路局 喀什和田鐵路建設指揮部，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預應力混凝土簡支梁橋。橋基礎采用鉆孔灌注樁基礎。樁徑φ1.25 m，數量136根摩擦樁，樁長在13～16 m范圍內。樁基施工采用沖擊成孔灌注樁技術。

從地質鉆孔資料揭示，地質情況為:第四系全新統細圓礫土埋深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，河水由冰川融雪補給，水量受季節變化明顯。鉆孔灌注樁基礎施工時，5#～28#墩在河道內，其余兩橋臺和橋墩均在河道邊。

2 鉆孔常見質量問題及處理

2.1 孔壁坍陷

2.1.1 坍孔原因

1)鉆孔就位處土質為松散粉細砂，如在河道邊4#～3#樁鉆孔時，泥漿性能指標不符合要求，泥漿相對密度為1.06(太小)，黏度17 s(過低)，鉆進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，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，孔壁不能形成堅實的泥皮，當地層中的水含量達到一定程度時，孔壁就會被泡塌。

2)鉆進開孔時鉆速過快，在地質變化地段未能采取措施。鉆進速度過快、空鉆時間過長，使泥漿在孔內高速流動，泥漿來不及在孔內壁形成堅實的泥漿層;相反，高速流動的泥漿對孔壁產生較強的沖刷作用，如沖刷時間過長，就可能引起坍孔。成孔后，待灌時間過長和灌注時間過長，也會引起孔壁坍陷。

3)鉆進成孔后，由于長時間清孔、下鋼筋籠和導管，也會造成坍孔。

4)護筒埋設不當。在埋設過程中，護筒埋設過淺，護筒底部所在地層和護筒周圍未用黏土緊密填封，在孔口地面被水淹埋時，均會引起護筒下端漏水，導致坍孔。鉆機工作時的振動較大，也是產生坍孔的原因之一。

2.1.2 坍孔的預防

1)在松散地層中鉆進時，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實泥皮的形成，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，應保持泥漿頂面高度的相對穩定，為此，可以采用提高護筒，使用連通管或虹吸管等措施。

3)在松散地層中鉆進時，應當控制鉆進速度。鉆進速度不能過快，以保證泥漿形成有效的護壁，應盡量縮短清孔終了到澆筑水下混凝土這段時間間隔。在此期間，應隨時注意孔內泥漿高度的變化，及時補充。

4)起吊鋼筋籠時，應保持垂直，下放時，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，孔口發生坍塌時，拔出護筒，填平鉆孔，然后重新埋設護筒，用黏土密實填封護筒四周，使用優質的泥漿，提高泥漿的相對密度和黏度，保持護筒內泥漿水位高于地下水位，再鉆孔。3#墩2號樁按本方法進行處理。

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

3)在鉆進過程中，要經常及時提取鉆孔渣樣，核對地質情況，根據地質鉆孔提供的地質資料及鉆孔渣樣的情況，在地質變化地段及時調整泥漿相對密度和黏度，及時調整鉆機沖程。如18#墩2號樁樁基是典型的地質變化地段，根據地質鉆孔揭示的資料，地表下伏3～7 m厚的中砂層，此時，應調整泥漿的相對密度及黏度，使之加大，并利用鉆頭進行多次緩慢的空鉆，上下緩動使此段在進入中砂層前形成較好的泥漿護壁。

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

5)搬運和吊裝鋼筋籠時，應防止變形，安放要對準孔位，避免碰撞孔壁，鋼筋籠接長時，要加快焊接時間，盡可能縮短沉放時間。

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

2.2 偏孔

2.2.1 偏孔原因

1)鉆機安裝就位穩定性差，底座下面的地面產生不均勻沉降，作業時鉆機安裝不穩，使鉆機在傾斜狀態下工作。21#墩1號樁因鉆機底座移動10 cm，后來采用掃孔糾正。

2)鉆孔彎曲或鉆桿作業平面與鉆桿不垂直，使鉆頭工作時產生較大擺動，當各方受力不均時，鉆頭偏向受力小的一側。

3)地質原因造成的偏孔。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，均會使鉆頭各個方向受力不均，從而產生偏孔。

4)在流沙層中鉆進時，由于流沙易流動使孔擴大，孔壁未能約束鉆頭，鉆頭擺動偏向一側。

2.2.2 處理措施

1)先將場地夯實平整，軌道枕木宜均勻著地。安裝鉆機時，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，采用自重大的鉆頭。

2)進入不均勻地層，碰到孤石時，鉆速要打慢擋。

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

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，未對準孔位而碰撞孔壁，使泥土坍落樁底。

4)清孔后，待灌時間過長，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，如發現沉渣超厚，則提高泥漿相對密度。

2)鋼筋籠吊放時，使鋼筋籠的中心與樁中心保持一致，避免碰撞孔壁。可采用鋼筋籠冷壓接頭工藝加快對接鋼筋籠速度，減少空孔時間，從而減少沉渣。

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

4)開始灌注混凝土時，導管底部至孔底的距離宜為30～40 mm，應有足夠的混凝土儲備量，使導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，就很容易造成堵管現象，需要花費大量的時間去清管，大大降低了沖擊效率，影響鉆進速度。

2.4.2 處理措施

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

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

2.5 糊鉆

在黏土層中鉆進時，鉆機負荷小、進度快，易產生糊鉆。糊鉆產生的原因有:進度快，排渣能力小，鉆渣來不及排除，排渣管堵塞。

預防糊鉆的措施有:控制進度，加大排渣能力，使鉆渣及時排除;使用相對密度小、低黏度的泥漿或清水作循環液，進行提鉆清除。

2.6 擴孔和縮孔

擴孔和縮孔是指鉆進過程中或鉆成的孔直徑大于或小于要求的孔徑。松散地層中鉆進時，鉆頭鉆進后，泥漿不能隨即將孔壁護住，暴露的孔壁在泥漿回流的沖刷下，部分坍落使孔徑增大。當鉆頭尺寸較大或偏心，工作時鉆頭擺動可能產生擴孔。對于擴孔，可根據具體情況作不同處理，不影響鉆進時，可不作處理。

縮孔原因有:鉆頭直徑小，在塑性土層中鉆進時，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時，土層遇水膨脹也會形成縮孔。產生縮孔后，可用反復掃孔的方法予以處理。如遇縮孔嚴重，通過反復掃孔不能解決問題時，可用增長護筒的辦法予以處理，護筒長度應大于縮孔段的長度。

3 水下混凝土灌注的質量問題及處理

3.1 導管進水或卡管

水下灌注混凝土過程中，導管被混凝土堵塞，無法繼續進行混凝土的灌注。造成原因有:①初灌時，隔水栓在導管內某個位置被卡住堵管;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各種機械故障引起混凝土澆筑不連續，在導管中停留時間過長，最初的混凝土已經初凝，增大了管內混凝土的下降阻力，混凝土堵在管內而卡管;④混凝土澆筑過快，進口處入口面積較大，導管內形成氣塞;⑤導管埋深過大，未按照要求及時拆管，導致內外壓差過小。

處理措施有:①使用的隔水栓直徑應與導管內徑相配，同時具有良好的隔水性能，保證順利排出;②在混凝土灌注時，應加強對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制;③應確保導管連接部位的密封性，導管使用前應試拼裝和試壓，試水壓力為0.6～1.0 MPa，以避免導管進水;④在導管進口注入混凝土時，可采用長空心鋼管插入導管內，排出高壓氣塞空氣后繼續灌注。

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管時的掛碰，使鋼筋籠頂面高程超過設計高程。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當混凝土灌至鋼筋籠底端時，由于澆筑的混凝土自導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管埋深較大時，導管底端未及時提到鋼筋籠底部以上，混凝土在導管流出后以一定的速度向上頂升，同時也帶動鋼筋籠上升。

處理措施有:①鋼筋籠初始位置應定位準確，并與孔口固定牢固，加快混凝土灌注速度，縮短灌注時間，或摻外加劑，防止混凝土頂層進入鋼筋籠時流動性變小;②導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，嚴禁把導管提出混凝土面;③當發生鋼筋籠上浮時，應立即停止灌注混凝土。

3.3 斷樁

混凝土凝固后不連續，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導管底端距孔底過遠，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導管密封不良，沖洗液浸入混凝土，水灰比增大，使樁身中段出現混凝土不凝體;③在澆筑混凝土時，導管提升和起拔過多，或因停電、待料等原因，造成夾渣;④澆筑混凝土時，沒有從導管內灌入，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，必須認真清孔，一般采用沖洗液清孔;②灌注混凝土前，認真進行孔徑測量，準確算出全孔及首次混凝土灌注量;③混凝土澆筑過程中，應隨時控制混凝土面的高程和導管的埋深;④在地下水活動較大的地段，事先要用套管或水泥進行處理，止水成功后，方可灌注混凝土。

4 結語

鉆孔灌注樁施工要求各個工序必須連續地一次完成。成孔后，立即下放鋼筋籠、灌注混凝土，各個工序要環環相扣，不得脫節。

［1］鐵道第三勘察設計院.橋涵地基和基礎［M］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［2］北京土木建筑學會主編.地基與基礎工程現場處理方法與技巧［M］.北京:機械工業出版社，2009.