采空區內鉆孔灌注樁常見問題及預防措施

閆 旭 杜麗文

(1.山東省路橋集團有限公司，山東 濟南 250098； 2.濟南鐵路局，山東 濟南 251100)

地下采空區內常伴隨塌陷及裂隙，地質結構薄弱且復雜。鉆孔灌注樁隱蔽性大，地質的多變將加大鉆孔難度。施工過程中若沒有采用適合的施工技術，采空區內鉆孔很容易出現質量問題，導致工期延誤、經濟損失。本文根據工程實踐，針對采空區內鉆孔灌注樁常遇到的問題及預防措施進行論述。

1 工程概況

本工程地處山東南部，橋長520 m，跨徑組合為13×40 m，采用樁基礎。該橋跨越某煤礦采空區，該煤礦距今已有120年的歷史，現已荒廢。起初由政府組織開采(露天開采)，后由日本侵略軍接手。開采殆盡后，當地居民開始私自無規則開采(礦洞開采)，地下礦道遍布，走向無法確定。經尋訪當地村民，了解到部分礦道得到回填，但仍有部分保持原狀，地層環境極其復雜。本橋2號～8號樁所處區域便為當時清政府露天開采區域，現已積水成湖，根據墩高、水深本橋采用2.5 m樁基礎。

2 鉆孔歪斜

橋梁樁基施工過程中，容易出現鉆孔傾斜的情況，除鉆機鉆桿磨損不均、鉆桿歪斜等原因外，筑島的密實、平整成為鉆孔豎直的關鍵保證。

2.1 導致原因剖析

采空區內多塌陷地，地下水上涌、露天雨水沉積形成湖，淺水區域一般通過填筑圍堰進行施工平臺搭建，運輸過程會破壞土原有的密實結構，導致土與土顆粒之間間距拉大，土體密實度下降。鉆機施工過程中施工平臺沉降不均，若不及時糾正，將會引發鉆孔歪斜，對橋梁的穩定性帶來一些不利的影響。

2.2 處理及預防措施

針對此情況則要求在平臺填筑時，對出水的平臺用振動壓路機進行碾壓直至達到設計高程。填筑過程中嚴格把控填筑材料的粒徑，針對超大粒徑的孤石進行剔除處理，防止鉆孔過程中對鉆孔產生影響，導致傾斜。鉆機下鋪設鋼板，加大鉆機和地面的接觸面積，亦能達到減少不均勻沉降的目的。另外，針對地質發生改變的地層，鉆孔過程中要注意控制鉆速及鉆壓，能有效防止鉆頭打滑，從而避免鉆孔歪斜的發生。

3 樁基漏漿超方

鉆孔過程可能會遇到完全貫通的巷道，若巷道與鉆孔孔壁相切，則不宜被發覺。灌注過程中會引發樁基漏漿超方。樁基漏漿超方嚴重時，對樁基的質量保證提出很大的挑戰。

3.1 導致原因剖析

混凝土供給不足，會延長灌注時間，上層混凝土流動性降低逐漸凝固，引發鋼筋籠上浮、導管堵塞等問題，嚴重則引發斷樁等質量事故。根據地質報告顯示地下無空洞，本大橋在施工過程中按照正常施工工藝采用旋挖鉆鉆孔作業(干作業法)。施工過程中未出現任何的異常情況，探籠探孔也未發現縮頸現象。但在實際灌注過程中，隨著混凝土灌入孔內，混凝土液面停留在某個高度始終無法繼續上升。經分析為遇到采空區內荒廢的巷道，混凝土通過巷道流失。項目部立馬采取應急措施，多拌合站調撥混凝土，加大灌注的速度及罐車供混凝土效率，同時要求吊車不停上下抽動導管，防止上層混凝土凝固。歷時2個多小時，經過10余車(約160 m3)混凝土灌入孔內，混凝土液面才逐漸開始繼續上升。本樁樁徑為2.5 m，深度為43 m，設計混凝土方量為210 m3，實際混凝土灌注量為460 m3，超方超過1倍，直接經濟損失高達10余萬元。

3.2 處理及預防措施

樁位處原位探孔可發現地層中空洞，可使樁基漏漿超方發生的概率大幅降低，但又因探孔孔徑有限，無法將此問題徹底消除。

事后分析，面對此問題采取的應急措施稍有不妥，緊急調撥混凝土為正確做法，當發現持續加大灌注速度仍無明顯效果時，應適當降低灌注混凝土的速率，留給混凝土初凝的時間，使混凝土能逐漸封閉漏漿區域。

另外，采空區內即使地質良好也應采用濕作業法，利用泥漿進行護壁，使孔內泥漿高于孔外1.0 m以上，保持孔內外泥漿的液面差。若在鉆孔過程中，出現泥漿液面快速下降，則可初步判定遇到地下縫隙，應立即回填低標號混凝土，等混凝土初凝后，再進行鉆孔作業。鉆孔過程中如若再次發生快速泥漿泄露，則重復以上操作。如此反復可徹底消除混凝土漏漿超方事故。若較淺區域內出現漏漿現象，反復使用回填再成孔的方式則會使工期延長，經濟性降低。針對較淺區域則可使用全護筒進行跟進，將漏漿范圍限制在護筒區域內，此方法較為便捷。

4 塌孔

廢棄巷道的封填，通常采用水撼砂的方式，此封堵方式省時省力，快捷便利。但遇到此種地質則極易引發塌孔，嚴重將導致斷樁。地質報告顯示本大橋某小樁號樁基所處區域為中風化巖層，自穩效果良好。加之場內區域受限無處設置泥漿池，于是采用旋挖鉆干作業法進行鉆孔作業。灌注過程中出現混凝土超方現象，采取補發混凝土處理。灌注完成后進行超聲檢測時發現該樁27 m～35 m均無波形反饋，于是對該樁進行取芯處理(取芯圖片如圖1，圖2所示)，27 m～35 m芯樣均為不完整小顆粒。項目部會同業主、設計院、監理研究決定，根據該樁設計類型對該樁采取原位破除后進行重新澆筑處理，直接經濟損失高達90萬元。

4.1 導致原因剖析

通過搜集斷樁區域渣樣后觀察發現，斷層部位并非為混凝土而是表觀類似砂漿的無強度粗砂；考慮該樁在灌注過程中超方約90 m3?；谝陨蠋c判斷是遇到用砂封填的巷道或砂質軟層，造成此問題是因為既有地層結構松散且不密實，受到外界擾動后便坍塌而形成斷樁夾層，見圖3，圖4。除此之外，鉆孔灌注樁產生斷樁的原因主要有以下幾個方面：

1)拌制混凝土和易性較差，水泥漿與粗細骨料分離，整體性較差；

2)灌注時導管內漏水，導管內混凝土配比發生改變，漿液與骨料分離；

3)灌注混凝土中途因故中斷，停頓時間過長，不得不將導管提離混凝土面造成斷樁。

4.2 處理及預防措施

針對塌孔的成因，可采取以下預防措施:1)不管地質是否良好，均應采用泥漿護壁配合鉆孔作業，選用合適的泥漿比重、泥漿粘度和鉆孔速度。2)如遇砂層時，可提高泥漿稠度并適當降低鉆進速度。3)不具備灌注混凝土條件時，暫時不要清孔，避免降低泥漿比重。4)保證混凝土的和易性，確?；炷临|量滿足施工要求。5)根據施工安排，合理配置混凝土罐車的數量，運輸過程中應保持料斗不停轉動，灌注前應加大油門攪拌1 min左右，灌注過程中要一灌到位，灌注前要對導管進行嚴密性檢查，按照編號連接，準確記錄每節導管的長度，不可混用，避免灌注混凝土的過程中發生漏水漏氣。6)雨季施工應采取相應措施，避免暴雨淋入管內。

發現塌孔情況后，應查明原因，針對不同情況采取相應的處置措施，根據嚴重情況可采取以下三種方法:1)發生輕微塌孔時，可加大泥漿比重，提高泥漿水頭。2)塌孔深度不大時，可加大護筒埋設深度，夯實基礎后重新開鉆。3)若塌孔嚴重，應立即采用粘土回填，必要時移走鉆機，待回填穩定后再重新開鉆。

針對已發生斷樁事故的樁基，應根據樁基設計類型進行處理。若為摩擦樁應采用在斷樁樁基兩側分別鉆孔，采用“扁擔樁”形式進行補救；若為端承樁則可對原樁進行破碎后重新灌注，鉆孔過程中應注意斷層區域內土體穩定保護及孔底沉渣的清理。

5 結語

對采空區內樁基施工中遇到問題進行研究，加強筑島平臺密實度管理對鉆孔垂直度的保證極為有效，利用泥漿配合鉆孔作業對空洞預警及塌孔預防具有良好效果。綜合來說，采空區內鉆孔施工與其他地質內樁基施工基本類似，采用常規施工工藝輔助鉆孔即可實現提前預判、預警提醒、質量把控，從而將采空區內鉆孔灌注質量事故杜絕。