水上鉆孔灌注樁護筒穿孔漏漿的預防與處理

秦濤濤

(中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南長沙 410004)

水上鉆孔灌注樁在施工難度、質量要求以及質量問題的處理等方面均比陸地上的施工情況復雜。施工過程中某一環節沒有規范操作,極易造成質量問題,并且處理過程施工難度較大[1]。護筒穿孔、樁身包裹泥沙是樁基施工中常見的問題，護筒埋設是否穩定，受水流、水深、潮汐以及平臺固定的制約。護筒埋設是否穩妥，直接影響成孔、成樁，護筒埋設如留隱患，就可能出現護筒穿孔，形成管涌、跨孔，嚴重影響施工進度及施工質量。本文以安慈高速公路澧水特大橋為背景，對其樁基施工過程中出現的護筒穿孔問題進行分析，并提出相應的處理方案與建議，并對不同的處理方案進行對比，為實際工程案例提供參考。

1 工程概況及水文地質條件

1.1 工程概況

安慈高速公路澧水特大橋，為跨度150 m連續梁，全長2.347 km；共設置59個墩臺，樁基均為摩擦樁，孔徑1.5～2 m，最大樁長95 m；樁基直徑2.0 m，采用整體式承臺，單個承臺布置樁基數量28根，采用搭設水上鉆孔平臺進行施工；施工水位+34.5 m，鉆孔樁施工平臺標高+37.0 m。

1.2 水文地質條件

本工程河道屬于澧水及西江，河水主要接受大氣降水及上游溪水匯聚補給，水量受季節變化影響較大，一般雨季水量豐富，旱季水量較大。4～8月為汛期，河水水位受降水影響明顯，水位陡漲陡落，最高洪水位41.89 m (1998年12月14日)。一般11 月至翌年1 月為枯水期，枯水季節實測水位28.5～30.5 m，為橋梁基礎工程的良好施工期。樁基范圍內主要地質從上至下主要如表1所示。

2 水上鉆孔灌注樁護筒穿孔原因分析

護筒下設的主要作用是為了隔絕海水、河水進入鉆孔內。如果護筒底部穿漏,就會造成施工無法進行和環境污染[2]。常見護筒穿孔的原因如下：

(1)護筒長度不夠,一般設計護筒長度以護筒下端進入黏土層3～5 m。若護筒下端插入黏土層深度不夠或根本就沒有進入黏土層，由于孔內泥漿循環的震動，護筒內外水頭差

表1 樁基范圍內土質類型

的影響，以及汛期水流潮汐的沖擊作用，使得護筒的直立很不穩定，從而很容易發生護筒穿孔。

(2)平臺橫梁、方木及鉆機對護筒擠靠、振動、碰撞，使護筒底沿中某一段懸空于孔內，也會造成護筒穿孔，形成管涌。所以在制作和埋設護筒時要保證護筒良好的垂直度和同心度，并合理安放橫梁，避免平臺對護筒的擠靠。

(3)泥漿參數不合理，造成孔壁不穩定，以致坍塌，形成管涌。

(4)成孔周期過長，護筒松動也會產生護筒穿孔，形成管涌。

因此，在施工過程中，應全面分析護筒穿孔產生管涌的原因，并制定相應的預防措施，杜絕管涌現象的產生。

3 水上鉆孔灌注樁護筒穿孔預防措施及處理方案

3.1 護筒穿孔預防措施

為了防止樁基施工過程中出現護筒穿孔，形成管涌、跨孔，從護筒加工到沉放，必須嚴格按照施工規范操作，為避免出現施工事故，主要采用以下預防措施：

(1)保證護筒加工精度與質量，護筒采用10～12 mm厚的鋼板卷制而成，保證每節護筒對接同心度滿足規范要求，護筒長度和埋深應以地質條件勘測報告為依據。

(2)護筒一般插入黏土隔水層3～5 m，保證護筒中心與導正井字架中心基本重合，孔位偏差滿足規范要求，護筒在振動壓入土層時應保證其垂度偏差不大于5 %，雙端合理固定，避免在壓入土層時發生晃動傾斜。

(3)鉆頭設計應該按照設計需求，保證鉆頭與護筒上法蘭垂直，防止在鉆進過程中對護筒發生不規則的擾動，進而造成護筒和黏土層分離而發生漏漿，造成管涌、跨孔，并且應防止鉆機擠靠和振動護筒。

(4)鉆進過程中要針對不同地層及時調整泥漿性能,特別是在護筒內施工中一定要制備高性能泥漿。

(5)鉆進過程中對鉆速、壓力、進尺速度要嚴格控制，平穩鉆進，減小鉆機鉆具的跳動。

3.2 護筒穿孔處理方案

施工過程中一旦發現護筒穿孔,應該立刻停止鉆進，結合現場實際情況認真分析事故原因，并找出最便捷、有效的處理方案，避免長時間裸孔和盲目鉆進，使事故進一步擴大，具體處理措施應視現場具體情況而定。

3.2.1 鉆孔較淺時

這種情況適用于當鉆頭超過護筒底沿10 m內發生的護筒穿孔事故，先根據現場情況確定穿孔的嚴重程度，然后制定相應的處理措施[1]。

(1)若護筒輕微穿孔，采用孔內造漿，采用加大泥漿密度、膨潤土用量、水泥量，增加護壁能力。

(2)若泥漿無法堵漏時，應盡快回土后將護筒拔出，然后在護筒下端接一比原護筒直徑大50～60 cm的更大護筒，大護筒的長度以進入原土層深度為準，增加護筒總長度。

(3)采取回土靜置15～20 d，然后重新沉放護筒的方法，護筒在原來的基礎上增加2～3 m。

(4)采用高壓旋噴槍在護筒周圍形成灰土止水墻，將護筒密封堵漏。

3.2.2 鉆孔較深時

(1)采用反循環鉆進工藝，控制鉆桿內泵吸收量與泥漿補給量相等，護筒內外壓強相等，使得護筒滲流量基本為零。

(2)采用旋挖鉆機施工，調整護筒內水頭高度，減小水頭差，降至與河床面基本相平。

4 水上鉆孔灌注樁護筒穿孔施工案例

水上鉆孔灌注樁的施工不同于陸地，本工程通過搭建施工平臺，采用振動錘下埋護筒，本文以55#～57#墩三個臺位鉆孔樁施工為例，對其施工方案以及在施工過程中遇到護筒底部穿孔處理方案分別簡述如下。

4.1 55#墩樁基施工案例

根據地形核實，55#墩位于航道邊緣，無法采用護筒外部填筑反壓土的方案，經過設備分析比選，采用旋挖鉆機進行施工，并對原有鋼棧橋進行加固處理。旋挖機使用三一360D型旋挖機，鉆桿長度102 m，鉆孔深度100 m，滿足施工需求。鋼棧橋加固處理主要根據旋挖鉆機鉆孔路線進行加設貝雷片，確保履帶處于其上，保證旋挖機的施工及行走安全。

由于低水位施工，并基于以往施工經驗，通過采用降低護筒內水頭高度，減少水頭差，降至與河床面基本相同的方案進行處理。具體施工方案如下：

(1)造漿：鉆孔用泥漿在陸地泥漿池進行造漿。

(2)旋挖機鉆進施工：在鉆進過程中，使用泥漿泵進行補漿，補漿過程中注意泥漿面高度，控制在河床面±1.5 m。

(3)混凝土澆筑施工：澆筑過程中，將大型泥漿泵懸吊至河床面±1.5m處，進行孔內泥漿的抽取，排放至陸地泥漿循環池中，以重復使用。

4.2 56#、57#墩樁基施工案例

56#、57#墩施工由于受汛期水位情況影響，為避免出現鋼護筒穿孔現象，故采取如下措施進行預防處理。

(1)樁基施工時由于汛期水位上漲，根據設計計算制定護筒埋置長度為17 m。順利施工完成3根樁基。

(2)施工至汛期水位下降時，原有17 m鋼護筒內水頭過高，出現護筒底部穿孔現象。

基于上述情況，采取2種方案進行處理：①鋼護筒進行加深，由原有17 m增加至25 m。②孔內造漿，采用添加膨潤、水泥增加護壁能力。但由于現場實際施工情況復雜多變，仍舊無法完全避免護筒底部穿孔發生。故采用第三種方法進行處理。

由于護筒外部(土+水)壓力小于護筒內泥漿壓力，護筒埋置地質屬于淤泥質黏土，在不增加鋼護筒長度的前提下，在外部對鋼護筒周邊進行回填黏土施工，增大護筒外部土壓力，減少與護筒內泥漿的壓力差。并采用反循環泵組，使得護筒內外壓強基本一致。該樁基礎屬于群樁基礎，計算得反壓護筒黏土填筑高度達6 m，回填反壓土約合3 700 m3。根據現場實際施工情況，可確保護筒底部不穿孔漏漿。

4.3 施工方案對比分析

55#～57#墩樁基護筒底部穿孔漏漿采用不同的處理方案，但是不同的方案有不同的優缺點，現對兩種方案進行對比分析，如表2所示。55#墩由于場地條件的限制，無法采用護筒外部填筑反壓土的方案，故采用旋挖機+降低護筒內水頭高度的方案1，56#、57#墩反循環+護筒外側反壓土的施工方案2。但是方案2相比方案1施工周期更長，并且所需附屬設備多,儲漿池要加大，操作時不易控制泥漿補給流量,只適用于接近成孔時出現的穿孔事故的處理,而且要求施工單位具有現成的設備[2]。方案2整體樁基范圍內土方填筑高度為6 m，土方量約合3 700 m3，考慮承臺開挖回填土方返挖費用，所需總費用為61萬元，而方案1只需購置一臺泥漿泵進行泥漿外抽，考慮平臺加固費用(增加貝雷片租賃費用及安拆費用)，綜合費用約為12萬元。

通過對比分析施工進度、施工成本，對于水上鉆孔灌注樁施工，為了避免或減少護筒底部穿孔漏漿，在施工地質及場地允許的情況下，優先選旋挖機+泥漿外抽循環方案，其次為反循環鉆機+護筒外側反壓土方案。

5 結束語

通過安慈高速公路澧水特大橋水上主墩臺鉆孔灌注樁的施工實踐，認識到水上樁基施工中護筒的設計制作與埋設對樁基施工質量有直接的影響。雖然對于護筒穿孔的處理技

表2 護筒穿孔處理方案對比

術已經比較成熟，但是不同的工程往往有不同的施工條件，故需結合現場實際工程情況具體分析。本文結合施工過程中遇到的護筒穿孔問題，對比分析了不同的處理方案，從中總結了一些經驗,為今后水上灌注樁施工防止類似事故的發生以及發生后的處理措施提供了一定的參考價值。