鉆孔灌注樁在不良地層中的施工問題及對策

史根強

（甘肅省交通工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，甘肅蘭州730030）

0 引言

鉆孔灌注樁施工相對于工程建設(shè)中時常使用到的其他預(yù)制樁柱而言，具備較高的施工難度。尤其是在建設(shè)工程處于地質(zhì)不良的土地層面時，要在所處區(qū)域進(jìn)行鉆孔、打樁等操作，會變得更為困難。大多數(shù)的不良地層都存在硬度不均勻、組成元素復(fù)雜多樣、穩(wěn)定性不足等問題，比如硬度不高的黏土地層、較為疏松的砂質(zhì)粉土層、土層較厚且硬度較高的硬質(zhì)粉土層等。針對不同的不良地層情況，在開展鉆孔灌注樁施工的過程中，自然也會面臨不同的問題，因此要充分分析施工的具體情況，找出問題產(chǎn)生的原因，并對癥下藥，制定出合理的對策。

1 鉆孔灌注樁在不良地層中的施工問題

1.1 鉆孔時卡鉆

最常出現(xiàn)的一大重點施工問題就是卡鉆現(xiàn)象。大多數(shù)不良地層都具備較為明顯的地質(zhì)缺陷，在鉆孔的過程中無法更加順暢地突破巖石層。尤其是進(jìn)入砂質(zhì)的粉土層時，隨著鉆孔操作的持續(xù)推進(jìn)，鉆孔的振動頻率和力度都在逐漸增大，也就可能導(dǎo)致周邊巖石層中的松軟土塊或砂質(zhì)石頭滑落，這些掉落下來的泥土或者石頭很容易將孔洞卡住，進(jìn)而導(dǎo)致鉆孔的鉆器被堵在孔洞當(dāng)中[1]。而且，很多地質(zhì)結(jié)構(gòu)層的石層都比較厚，厚度越高的土質(zhì)層，深度開挖工作越困難，因此，產(chǎn)生卡鉆問題的概率也就越高。

1.2 鉆孔處塌陷

在鉆孔的過程中，也極易產(chǎn)生鉆孔處塌陷的施工問題（見圖1）。鉆孔處塌陷現(xiàn)象也稱為塌孔，在對地基層面進(jìn)行鉆孔的過程中，或在清理孔洞內(nèi)部雜質(zhì)與泥土砂石時，孔洞出現(xiàn)塌陷。還有一種是在鉆孔步驟結(jié)束之后的灌注過程中，孔洞出現(xiàn)塌陷。工程施工人員一般會通過鉆孔內(nèi)水位的變化情況，判斷其是否會出現(xiàn)塌陷。如果鉆孔處內(nèi)部的水位突然下降，就需要詳細(xì)檢查其表層的水泡是不是以細(xì)密的方式出現(xiàn)。如果孔口位置產(chǎn)生了細(xì)密的水泡，通常表示該鉆孔處出現(xiàn)了坍塌。如果是鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)塌陷，通常是在地質(zhì)結(jié)構(gòu)層的結(jié)合面及黏聚力較低的砂質(zhì)粉土層產(chǎn)生的[2]。而在清理孔洞時，往往會因為泥漿比重逐漸減小，使得孔壁內(nèi)部所承載的力度減弱，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部的砂石結(jié)合力下降，松軟的粉土層就更容易坍塌了。

圖1 鉆孔處塌陷示意圖

1.3 鉆孔偏斜或縮頸

在完成樁柱打孔工作后，有可能出現(xiàn)鉆孔偏斜的情況。原因主要是采用的鉆孔機器的緊密程度和穩(wěn)定性不夠強，在鉆孔打洞的過程中鉆機運行不平穩(wěn)，由此出現(xiàn)鉆孔部分偏移的情況。除此之外，也可能是負(fù)責(zé)鉆孔的鉆桿發(fā)生彎曲形變，進(jìn)而導(dǎo)致其形成的樁柱孔洞產(chǎn)生了一定的偏移，或地質(zhì)環(huán)境因素所致，當(dāng)?shù)孛娴耐临|(zhì)過于松軟或存在硬度不均勻的現(xiàn)象，都有可能導(dǎo)致成形的樁孔出現(xiàn)小范圍的移動。還有可能在工程施工過程中，由于人為施工操作不當(dāng)，使得內(nèi)部的樁柱孔洞受到了一定程度的影響[3]。

鉆孔位置也可能出現(xiàn)縮頸的情況（見圖2）。縮頸是指最終形成的樁柱孔洞的直徑小于最早設(shè)計好的孔洞直徑，其往往是因為內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)塑性土膨脹現(xiàn)象之后，孔徑會在一定范圍內(nèi)縮小或擴大。

圖2 鉆孔縮頸示意圖

1.4 樁底沉渣量超標(biāo)

在進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的過程中，最終形成的鉆孔底部容易出現(xiàn)沉渣量過多的問題。沉渣堆積在底部會對整個灌注樁施工流程造成負(fù)面影響，甚至可能導(dǎo)致施工過程中出現(xiàn)較大的質(zhì)量隱患。產(chǎn)生樁底沉渣超標(biāo)的主要原因是清理孔洞的過程中沒有及時將掉落的沉渣清理干凈，或者沒有按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)多次進(jìn)行清孔工作，鉆孔過程中落石或泥漿形成的雜質(zhì)擊落在樁柱孔洞底層，最終導(dǎo)致沉渣量超標(biāo)[4]。為了保護(hù)巖壁，鉆孔過程中會灌入泥漿，這樣可以使一部分實體顆粒附著在孔壁上。但是很多樁基工程在對泥漿進(jìn)行配比的過程中，各項細(xì)則落實得不夠到位，泥漿的標(biāo)準(zhǔn)比重過小，或者注入的泥漿含量不夠高，進(jìn)而難以確保向下沉積的實體顆粒向上浮起。而且在施工的過程中，護(hù)壁也經(jīng)常因為遭到機械碰撞而引發(fā)泥土掉落的現(xiàn)象。碰撞掉落的石塊或泥漿土塊通常會直接掉落在樁孔底部，很多施工人員沒有及時將清渣工作落實到位，從而形成循環(huán)清孔的操作方式，加重了超標(biāo)現(xiàn)象。

1.5 樁柱斷開

在執(zhí)行鉆孔的步驟后，還需要進(jìn)行混凝土灌注工作。灌注過程中出現(xiàn)的問題通常較少，主要有卡管和鋼筋籠上浮兩種。此外，也有一項重點問題是出現(xiàn)在灌注完成后，那就是形成樁柱后也有可能出現(xiàn)樁柱斷開的情況。斷樁現(xiàn)象發(fā)生的原因比較復(fù)雜，既可能是在灌注的過程中混凝土凝固的速度不恰當(dāng)或凝固的銜接點不夠連續(xù)，也可能是中間摻雜的填充物使得整體結(jié)構(gòu)變得疏松。當(dāng)導(dǎo)管底部距離樁孔底部比較遠(yuǎn)時，混凝土?xí)粷{液稀釋，導(dǎo)致混凝土不能完全凝固[5]。除此之外，地下水的活動也會促使整個裝置的導(dǎo)管密封性不足，當(dāng)水分進(jìn)入樁身之后，也可能使混凝土結(jié)構(gòu)受到影響。

2 鉆孔灌注樁施工問題的解決對策

2.1 解決卡鉆問題

工程技術(shù)人員在開展鉆孔灌注樁施工之前就應(yīng)當(dāng)詳細(xì)分析該區(qū)域地質(zhì)具有哪些土質(zhì)情況不同的土層，結(jié)合各土層的具體標(biāo)準(zhǔn)和特性，挑選出最適合的鉆孔工具。一旦發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)采取正確的措施進(jìn)行處理，控制鉆孔區(qū)域內(nèi)部泥漿的比重，防止孔洞內(nèi)部出現(xiàn)過多的沉渣，盡可能保證泥漿的含量更高。通過鉆孔工具的封繩，使得具備沖擊力的鐵錐自然下落，下落一段距離之后再通過反沖卡鉆部位的方式，形成強有力的沖擊，盡可能處理卡鉆問題。如果反沖錐法沒有解決問題，也可以采用套錐法，即利用空心的圓筒套牢錐齒向下沖孔[6]。如仍然沒有辦法提取鉆機，可以適當(dāng)增加外力，既有助于將發(fā)生卡頓的鉆頭更快地沖擊出孔洞，也有利于提高解決卡鉆問題的效率。但應(yīng)注意孔口的牢固，以防孔口坍塌。

2.2 防止塌孔問題

為了有效防止鉆孔過程中出現(xiàn)塌孔問題，可以提前采取相應(yīng)的保護(hù)措施，對工程項目做好防護(hù)。首先，可以采取埋設(shè)長護(hù)筒裝置的辦法，在埋入此種裝置前，需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘測，結(jié)合生成的第一次勘測報告，找準(zhǔn)土層的具體厚度等重要數(shù)據(jù)，結(jié)合土層深度選擇相應(yīng)長度的護(hù)筒。在埋設(shè)長型護(hù)筒之前，要確保護(hù)筒的底部可以穿過所需要填埋的土層，使土層和其他不同的地質(zhì)層位可以緊密連接在一起，通過貼合黏土的形式夯實連接的部位，使其能形成緊密的整體，防止在鉆孔的過程中護(hù)筒向下移動。在鉆孔施工時也要嚴(yán)格控制好位置，防止孔位出現(xiàn)偏離。其次，可以采取提高泥漿性能的方式，適當(dāng)增加泥漿的密度和黏度等重要指標(biāo)，可以有效改善泥漿質(zhì)量不佳的問題，使生成的護(hù)壁能達(dá)到更加良好的效果[7]。在調(diào)制泥漿的過程中要結(jié)合砂質(zhì)粉土層的力學(xué)性能，綜合考慮其膨脹性、自我修復(fù)能力、連續(xù)性、穩(wěn)定性等，確保泥漿和工程實體之間可以形成良好的受力整體，保證在鉆孔過程中泥漿能夠有效發(fā)揮出其效果，進(jìn)而防止出現(xiàn)塌孔。

2.3 解決偏移問題，防止縮頸

要有效解決鉆孔的偏移問題，首先應(yīng)當(dāng)分析該工程項目當(dāng)中樁柱打孔區(qū)域所處位置的土層地質(zhì)情況及土層結(jié)構(gòu)。一般來說，如果土層呈現(xiàn)斜狀分布，應(yīng)著重注意其周邊的硬質(zhì)物體，確保整體的施工場地處于相同的狀態(tài)，為后續(xù)樁基施工提供更加良好的施工環(huán)境，并且結(jié)合實際的工程需求及地質(zhì)情況選擇最合適的鉆孔機器。其次，可以提前為鉆孔機器鋪墊上軌道枕木，確保鉆孔機器在運行的過程中有較強的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高鉆孔設(shè)備的精度，促使打孔的位置和深度都能夠符合設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。在安裝鉆孔機器時，也應(yīng)當(dāng)將其調(diào)到與滑輪同方向的軸線上，與此同時，確保重要設(shè)備鉆桿的具體位置，將位置偏差控制在允許的范圍內(nèi)。再次，采取重量更大、強度更高的鉆孔機器，使其均勻地進(jìn)入地層內(nèi)部，慢速并且精準(zhǔn)控制其發(fā)力位置。為了防止縮頸情況，應(yīng)在施工之前采取相應(yīng)的防治措施，比如采用優(yōu)質(zhì)的泥漿，將其充分應(yīng)用在整個施工過程中，從而降低整個鉆孔工程中的失水量，在形成孔洞后，要加快施工速度，確保其內(nèi)部不會滲水或膨脹。最后，可以反復(fù)地進(jìn)行掃孔工作，適當(dāng)擴大孔徑。

2.4 精細(xì)化操作，減少沉渣量

在大多數(shù)工程施工中，出現(xiàn)樁底沉渣量過高問題的原因主要是清孔工作做得不到位或工程實體受到泥漿影響。在鉆孔灌注樁施工過程中，各項細(xì)節(jié)都是相當(dāng)重要的，如果沒有采取更加精細(xì)化的操作方法，很有可能使出現(xiàn)的弊端逐漸被擴大。想要盡可能地減少沉入底部的沉渣量，就更應(yīng)該落實精細(xì)化操作。結(jié)合工程實際情況安排清孔的次數(shù)，嚴(yán)格落實清孔的各項操作，檢驗清孔的效果，確保檢驗合格之后才能夠進(jìn)行下一道施工工序。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對清孔操作人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，確保操作步驟符合規(guī)范要求。此外，也要綜合考慮泥漿因素給沉渣率造成的影響。因為在施工過程中，自然狀態(tài)下配置形成的泥漿容易出現(xiàn)許多粗顆粒或者固體雜質(zhì)，這也會使得泥漿的黏結(jié)度降低，進(jìn)而增加沉渣掉落底部的概率。所以，要結(jié)合以往經(jīng)驗和參考數(shù)據(jù)及工程的實際變動情況，調(diào)制出比例恰當(dāng)?shù)哪酀{，經(jīng)過多次試驗后再將泥漿應(yīng)用到灌注樁的施工過程當(dāng)中。

2.5 重視灌注環(huán)節(jié)，確保樁柱質(zhì)量

在進(jìn)行鉆孔灌注樁的整體施工過程中，每一個步驟都至關(guān)重要。灌注流程里常常會出現(xiàn)一些細(xì)小的問題，雖然都有對應(yīng)的防治措施，但如果沒有提前做好準(zhǔn)備工作及檢測工作，就難以落實各項預(yù)防措施。因此，工程技術(shù)人員要重視灌注的整個環(huán)節(jié)，控制好混凝土的配合比以及攪拌和灌注的時間，嚴(yán)格控制外加劑的含量和種類，確保導(dǎo)管內(nèi)部的密封性，保證機械能夠良好運轉(zhuǎn)。在放置鋼筋籠的時候，要密切關(guān)注設(shè)備的實時動態(tài)，確保其定位的準(zhǔn)確性，并對各項標(biāo)高位置進(jìn)行詳細(xì)的檢測。為了降低斷樁的風(fēng)險，應(yīng)當(dāng)在鉆好樁孔之后就使用特定濃度的清洗液進(jìn)行清孔，與此同時也要注意，不能讓清洗液滲入樁柱混凝土內(nèi)部，要嚴(yán)格控制好清孔的時間。清孔結(jié)束后就要及時向樁孔內(nèi)灌入混凝土，避免其因工程中的雜質(zhì)堆積導(dǎo)致沉渣量過高。在灌注的過程中，保證各項操作及各種設(shè)施的嚴(yán)密性，從整體角度確保樁柱的質(zhì)量符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

綜上所述，在建設(shè)工程處于地質(zhì)不良的土層時，對所在區(qū)域進(jìn)行鉆孔、打樁等工作會變得十分困難。鉆孔灌注樁在不良地層中的施工問題復(fù)雜繁多，重點問題有鉆孔時卡鉆、鉆孔處塌陷、鉆孔偏斜或縮頸、樁底沉渣量超標(biāo)、樁柱斷開。鉆孔灌注樁施工問題的解決對策有控制鉆孔區(qū)域內(nèi)部泥漿的比重，防止孔洞內(nèi)部出現(xiàn)過多的沉渣，可以提前采取相應(yīng)的保護(hù)措施，避免塌陷現(xiàn)象，比如可以采取埋設(shè)長護(hù)筒裝置的辦法。結(jié)合工程的實際需求以及地質(zhì)情況選擇最合適的鉆孔機器，還可以提前為鉆孔機器鋪墊上軌道枕木。要想減少沉渣量，就應(yīng)該更加注重落實精細(xì)化操作的原則，嚴(yán)格落實清孔的各項操作。工程技術(shù)人員要重視灌注的整個環(huán)節(jié)，控制好混凝土的配合比以及攪拌和灌注的時間。