關于砂質地區鉆孔灌注樁塌孔原因及防治技術探究

楊希斌

（中鐵八局集團第七工程有限責任公司，四川 成都 610300）

1 概述

鉆孔灌注樁是指在工程現場通過機械鉆孔等手段在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁；鉆孔灌注樁具有入土深、能入巖、剛度大、承載力高、樁身變形小、適用于各種地質復雜地區等優點，已被廣泛的應用到工程建設中。隨著鉆孔灌注樁應用范圍的日益擴大，地質復雜地區，尤其是砂土地區鉆孔灌注樁塌孔率居高不下，嚴重影響施工質量、速度、成本等方面，給施工企業的進度和成本造成了極大損失。因此，運用科學的施工工藝，加強過程控制鉆孔灌注樁塌孔率顯得極為重要。

2 塌孔原因分析

省道S222 漯河新西環線橋梁工程總計757 根樁基，項目沿線地層在勘探深度內為第四系松散堆積層，分為兩大層，上層為全新統沖積層，巖性主要為粉土、粉質黏土、粉細砂，下層為上更新統沖積層，巖性主要為粉質黏土、粉土、粉細砂，分述如下。

2.1 第四系全新統沖積層（Q4al）

（1）粉土（Q4al）：黃褐色、灰褐，稍濕，稍密～中密，搖振反應強烈，無光澤反應，可見銹黃色染斑及植物根系，斷面可見針狀孔隙。

（2）粉質黏土（Q4al）：褐黃色、灰褐色，可塑，刀切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，夾粉土薄層。

（3）粉質黏土（Q4al）：灰黑色、灰褐色，軟塑～可塑，刀切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，該層為軟弱土。

（4）粉砂：褐黃色，飽和，稍密至中密，下部密實，成分以石英、長石為主，云母次之，夾粉質黏土薄層。

（5）細砂：褐黃色、灰黃色，飽和，稍密至中密，下部密實，成份以石英、長石為主，云母次之，夾粉質黏土薄層。

（6）粉質黏土（Q4al）：黃褐色，可塑～硬塑，刀切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，夾粉土薄層。

2.2 第四系上更新統沖積層（Q3al）

（1）粉質黏土（Q3al）：棕褐色、紅褐色，硬塑，刀切面稍光滑，干強度中等，韌性中等，局部夾密實粉土。

（2）細砂（Q3al）：褐黃色，飽和，下部密實，成份以石英、長石為主，云母次之。

2.3 塌孔的主要因素

工前期經過對沙河大橋已經完成的30 根樁基進調查后發現在鉆孔過程中有4 處出現塌孔情況，清孔過程中2 處發生塌孔情況，安裝鋼筋籠過程中有2 處出現塌孔情況。根據現場實際情況，分析出以下7 條既有因素和潛在因素。

（1）砂質土地質本身松散，粘聚力小，泥漿護壁成型慢且成型質量不高，施工過程中鉆進速度過快，導致孔內壓強突變，造成塌孔。

（2）泥漿蒸發、滲漏導致漿液不足而造成塌孔。

（3）鋼筋籠刮碰導致塌孔。

（4）清孔后未能及時灌注混凝土，放置時間過長導致孔道坍塌。

（5）鉆孔附近有大型設備或車輛振動導致孔道坍塌。

（6）鉆進時中途停鉆時間較長，孔內水頭位置偏差，降低了水頭對孔壁的壓力。

（7）泥漿稠度小、護筒埋置較淺、周圍封堵不密實、筒底部土層厚度不足等原因造成泥漿水頭高度不足，對孔壁壓力小造成塌孔。

3 塌孔防治

樁基施工無論是在鉆孔過程中，還是在安裝鋼筋籠過程中，甚至在澆筑混凝土過程中都會隨時發生塌孔現象，所以每一個環節都至關重要，均關系著樁基成孔質量，進而影響整座橋梁的質量，所以無論是哪個環節施工，都應該引起施工人員及管理人員的高度重視。

針對塌孔的主要原因及采取的措施分析如下。

3.1 鉆機鉆進速度太快導致樁基孔道坍塌

（1）單獨針對鉆機鉆進速度進行技術交底，組織現場施工人員、管理人員進行培訓并考核（如圖1 所示）。施工時由施工人員現場指導工人進行鉆孔作業，現場計時對鉆進速度進行嚴格控制，由交底人員在現場不定時監督檢查，速度太快或太慢都要及時調整，保證鉆孔鉆進速度按技術交底執行。

圖1 鉆機鉆進速度技術交底會

（2）砂、砂礫等土層的鉆孔施工，若成孔速度過快，會產生樁徑向擺動而發生孔壁坍塌，為防止塌孔，鉆機鉆進速度不宜過快，但為了保證正常的進度需求，鉆進速度也不宜過慢。所以根據現場地質情況及鉆機性能將鉆機鉆進速度控制在最佳范圍10～15m/h，鉆進過程中勻速、穩步，保證鉆孔質量的同時保證施工進度。在鉆機開鉆后于出漿口每隔5min 對鉆渣進行一次取樣并做好記錄[2]。

（3）在硬黏土質中鉆進時，用一檔轉速，放松起吊鋼絲繩，自由進尺，在高液限黏土、含砂低液限黏土中鉆進時，可用二、三檔轉速，自由進尺，在砂類土或含少量卵石中鉆進時，宜用一、二檔轉速，并控制進尺，以免陷沒鉆頭或抽吸鉆渣的速度跟不上鉆進速度。

（4）在易塌孔的粉質土中鉆進時，宜用低檔慢速鉆進，減少鉆錐對粉質土的攪動，同時應加大泥漿相對密度和提高水頭以加強護壁。遇地下水豐富季節應提高泥漿濃度檢測頻率，以便及時掌握泥漿濃度情況，如圖2 所示。

圖2 泥漿濃度檢測

3.2 泥漿蒸發滲漏造成樁基孔道坍塌

（1）在施工前，組織項目部技術人員、試驗室，對泥漿相對密度、用量進行試驗和計算，確定泥漿濃度范圍。

（2）現場設泥漿池（含回漿用沉淀池及泥漿儲備池）一般為2根樁鉆孔容積的1.5～2.0 倍[5]。泥漿妥善處理，不得隨意排，防止污染環境[1]。泥漿池采取封閉措施且做好安全防護，如圖3 所示。

圖3 泥漿池防護

（3）造漿后應試驗全部性能指標，鉆孔過程中應隨時檢驗泥漿比重和含砂率，并填寫泥漿試驗記錄表，并隨時注意地質變化，根據地質情況的變化隨時調整泥漿的性能指標。保證泥漿的各項指標符合規范要求，即相對密度為1.03～1.10，粘度為17～20 Pa·s，含砂率小于2%；膠體率大于98%[5]如圖4 所示。

圖4 相對密度檢測

3.3 安裝鋼筋籠過程中的刮碰，造成樁基孔道坍塌

（1）鋼筋籠安裝時，現場管理人員全程跟蹤，及時掌握鋼筋籠安裝動態。

（2）在鋼筋房內提前安裝圓形可轉動保護層墊塊[3]，可防止鋼筋籠對泥漿護壁的刮碰。現場技術人員在鋼筋籠安裝過程中加強對鋼筋位置和混凝土墊塊的檢查，若發現鋼筋籠移位或混凝土墊塊破碎、脫落時，要立即督促施工人員進行位置調整和增補混凝土墊塊，如圖5 所示。

圖5 鋼筋及混凝土墊款驗收

（3）安裝鋼筋籠時，選擇吊裝技術嫻熟的吊車司機，配備專業的司索工、信號工。大風天氣不得進行吊裝作業[4]，吊裝作業時非施工人員不得進入吊車作業范圍，如圖6 所示。

圖6 鋼筋籠吊裝

（4）在每一根樁基安裝鋼筋籠之前先安放探籠，嚴格按照相關要求控制探籠尺寸，防止因為樁基在鉆孔過程中孔道傾斜或縮頸等原因造成鋼筋籠安放過程中形成孔道塌孔現象。

3.4 清孔后未能及時灌注混凝土， 放置時間過長導致孔道坍塌

（1）鉆孔施工時之前應關注天氣變化情況，選擇短期無降水的天氣進行施工，避免在惡劣天氣下施工，保證樁基成孔后不因天氣原因而耽擱混凝土澆筑時間導致清孔后不能及時灌注混凝土而致使孔道坍塌。

（2）在樁基成孔之前應做好后續施工步驟的準備工作，提前檢查施工道路通行情況及通行能力、混凝土供應能力，保證成孔后能及時澆筑混凝土，不因準備工作不充分而延后混凝土澆筑時間，導致孔道放置時間過久而導致孔道坍塌。

（3）清孔完成并報監理工程師驗收后，同時通知施工班組到場候場及攪拌站開始發料。

3.5 鉆孔附近有大型設備或車輛振動

（1）樁孔附近應禁止一切非必要大型機械作業，避免因機械振動導致孔道坍塌。

（2）樁基施工周圍設置臨時護欄，樁基附近施工便道應與樁基保持足夠凈距且樁基鉆孔時應臨時封禁道路，避免車輛來往擾動孔道導致孔道坍塌。澆筑時禁止罐車直接行駛至樁基旁邊直接卸料，應選用泵車或吊車的卸料方式，汽車吊和泵車停靠位置應該與孔道保持一定安全距離。

3.6 停鉆時間長導致孔道坍塌

（1）孔道鉆進時應保持連續施工，中途非必要原因不得停止鉆進，定期安排專人對鉆機進行設備檢查及保養，避免因鉆機自身故障導致鉆進停頓，導致孔道坍塌。

（2）樁基成孔時必須保證孔內水頭在孔外水位或地下水位線以上2.0m，確保水頭對孔壁的壓力，若由于汛期或潮汐水位變化較大時，采取升高護筒的方式，提高水頭保證水頭壓力相對穩定以保證孔道安全。

3.7 護筒埋置不當導致孔道坍塌

（1）根據設計部門提供的地質勘探資料，對于不同的地質情況，選用適宜的泥漿比重、泥漿粘度和不同的鉆進速度。如在砂層中，應選用較好的造漿材料，提高泥漿稠度及泥漿粘度以加強護壁，并適當降低進尺速度。

（2）在陸地上埋置護筒時，底部應夯填密實，護筒周圍也要回填密實，如圖7 所示。

圖7 護筒埋設

（3）水中振動沉入護筒時，根據地質資料，將護筒穿過淤泥及透水層，護筒銜接嚴密不漏水。

4 塌孔處理

4.1 鉆進過程中、清孔過程中塌孔處理

（1）樁基正在鉆進過程中造成孔道輕微塌孔現象，應該立即增大泥漿比重，提高泥漿水頭，增大水頭壓力。

（2）若塌孔不深時，此時應改為深埋護筒，護筒周圍用素土夯實，重新開鉆。

（3）在孔道鉆進和清孔過程中若發生嚴重塌孔，應該立即提出鉆頭，防止鉆頭埋在孔道中無法提出。塌孔的樁孔應及時回填粘土等適宜材料，且回填的粘土中應避免磚頭、雜草、生活垃圾等其他物質，以免造成二次鉆孔時候堵塞關口。回填完成后應停置7d 以上，一般情況應停置15d，待當地層呈穩定狀態后才能再度進行鉆孔施工。

4.2 安放鋼筋籠時塌孔處理

由于安裝樁基鋼筋籠時，吊車司機的操作失誤、安裝時起強風或安裝人員操作不慎，導致鋼筋籠不垂直、鋼筋籠擺動、孔道傾斜、孔道縮頸等都可能造成樁基孔道塌孔現場，塌孔的部位可能發生在樁基孔道的任何一個位置。

（1）若塌孔部位發生在樁孔上部，一般塌孔的方量不大，鋼筋籠被埋深度一般較小，甚至鋼筋籠未被埋住，可以采用人工配合吊車緩慢的將鋼筋籠吊出。若樁基孔深度較淺，可一次性吊出全部鋼筋籠待處理好坍孔后重復使用。若樁基孔深較深，可采用吊車反復多次起吊鋼筋籠并截斷鋼筋籠，在截斷鋼筋籠之前焊接吊環，多次進行吊裝，吊出鋼筋籠后后回填少量粘土，重新進行樁基刷孔施工，截斷的鋼筋籠若保存完好可按規范連接后再次進行利用。

（2）若塌孔部位發生在中部或下部，此時塌孔方量較大，若樁基孔深較淺，可嘗試先用一臺吊車將鋼筋籠吊出，若一臺吊車無法正常起吊鋼筋籠，可根據實際情況更換一臺大噸位吊車進行起吊，或采用兩臺吊車進行四角起吊，起吊過程中應逐步加力，接近汽車吊安全起吊范圍最大力值時，應持荷幾分鐘，讓粘土和鋼筋籠脫離，然后歸零重新起吊，如此反復幾次，將鋼筋籠吊出，最后回填適量粘土，重新進行樁基刷孔施工。若樁基孔深較深，鋼筋籠過長，采用上述一臺大噸位吊車進行起吊，或采用兩臺吊車進行四角起吊，將鋼筋籠吊出護筒頂的一定高度后，可在鋼筋籠上焊接四個吊環，將吊環上部的鋼筋籠截斷，然后再次進行鋼筋籠吊裝作業，如此反復幾次吊出孔內全部鋼筋籠。截斷的鋼筋籠若保存完好，按規范連接后可再次進行利用。

4.3 灌注混凝土時發生塌孔處理

在樁基灌注混凝土時發生塌孔現象，無論混凝土灌注的多與少、灌注時間長與短，鋼筋籠大概率已經無法正常提出。

（1）若塌孔時灌注的混凝土較多，混凝土澆筑高度已經接近護筒標高，且此時已經澆筑的混凝土面高于地下水位時，在地勢較為平坦具備深挖基坑的條件，應該停止混凝土澆筑，并且及時拔出剩余導管，將孔道內多余泥漿抽出后，在孔口周圍做好安全防護且設置醒目安全標識，已經灌注的樁等待樁檢合格后，將樁基挖開做深接樁處理。

（2）若灌注的混凝土較少，塌孔處距離護筒頂面標高較遠或塌孔處位于地下水位以下時，此時應該立即停止混凝土澆筑，拔出多余導管，再用片石和黏糊混合回填孔道，用沖擊鉆沖毀鋼筋籠和混凝土。將鋼筋混凝土清除干凈后應用片石或砂類土回填，用摻入不小于5%水泥砂漿的粘土回填，待回填穩定后重新鉆孔施工。當回填后片石的巖面傾斜較大時，鉆頭易擺動，撞擊護筒或孔壁，造成偏孔或塌孔、卡孔的現象，這時先選用小沖程進行沖擊，待將孔底的浮土、凸出部分鑿平出現平臺后，再加大沖程轉入正常沖程。

5 結語

本文是在參考漯河市新西環（省道S222 開遂線）新店鎮三趙村至大陳村段新建工程S222SDRJ-1 標段鉆孔灌注樁專項施工方案的基礎上，結合現場實際施工情況及多條公路施工經驗，通過對鉆孔灌注樁的施工工藝、成孔質量控制、塌孔質量事故預防、各種情況下塌孔處理方式進行了研究，從而得出的結論。