钻孔桩塌孔成因及处理措施-工程技术研究0538

一、工程概况

1.1、工程简介

大桥起于景州站外，东至德州方向。跨越江江河、惠江渠、野庄渠。施工段落为DK156+311.78～DK162+863.42,总长6.5公里。

大桥基础设计采用钻孔灌注桩＋承台结构，0#、72#、73#墩桩基桩径1.25m，其余墩台桩径全部为1.00m，桩基为群桩形式，桩基混凝土强度等级为C45，桩长40～50m，共计16根。

1.2、江江河河道地质条件

江江河为季节性灌溉河流，冬春两季为有水河道，夏秋季节为枯水期，本钻孔施工为秋季施工。河道勘探范围内地层局部表覆第四系全新统人工堆积层，大部由第四系全新统冲积层、第四系上更新统冲积层组成。地下水为第四系孔隙潜水，主要由大气降水及地表水补给。

施工桩位为大桥12#桩基，桩径1.00m，桩基自地面向下至设计深度超50m。采用旋挖钻机进行桩基施工，施工时发生塌孔情况，根据现场情况进行原因分析。

二、塌孔成因分析

2.1、施工操作不当

该桩基位于河道处，施工前未考虑地下水及地质情况对钻机成孔的影响，导致钻机机位不牢固。钻进时，钻杆剧烈摇晃，增大对土层的扰动，容易出现塌孔情况。

2.2、夹砂地层影响

根据钻渣及地质勘察报告显示，该地址自地表向下约35m位置含有2m厚砂层，钻机未按要求每2m进行渣样检查，是否与地勘报告相符。钻机施工时，在该处未考虑钻进对砂层的影响，容易造成孔内塌孔。

2.3、泥浆性能指标偏低

泥浆水位不稳定，性能控制不严格。由于人工控制孔内注浆，水位变化较大，在水位不高时，极易发生浅层塌孔，泥浆因循环效果较差，容易出现表层稠度低，底层稠度高，含砂率高的情况，增加塌孔几率。

泥浆在钻进过程中，与黏土、粉砂等进行混合，造成泥浆浆液变稀，泥浆池内未按时进行泥浆检测，造成泥浆性能指标下降，护壁不牢固，或含砂率过高，均易造成塌孔。

综上因素，根据塌孔所处深度进行分析，桩基塌孔主要因砂层引起，泥浆性能指标偏低，加之人员操作不当，是形成塌孔的主要因素。根据成因进行针对性。

三、河道处钻孔桩施工基本操作

3.1、地表换填

河道处土壤因长期经受河水浸泡，土质含水率较高，土层承载力无法承载上部钻机及其它施工机械，若不更换，容易出现钻机沉陷，钻杆倾斜，施工机械无法正常操作等情况。

地表换填不可仅采用覆盖新土方式进行碾压密实，因为河道处表层土质良好，但内部土壤黏度较大，若将河道表面仅简单进行新土覆盖，在车辆反复碾压后，底部土壤形成软性滑层，一旦表层荷载加大，会造成土壤向两侧挤压，形成“弹簧土”情况。

综合考虑后，施工中采用建筑垃圾换填桩基范围内地面向下0.5m深土壤，局部区域若底部依旧有松软土质，继续进行深挖换填，确保钻机正常施工，避免地面的不均匀下沉。

3.2、护筒埋设

护筒埋深

河道处因土质稳定性较差，埋设护筒时，提前进行护筒加长，减少护筒处浅层土质扰动，尽量避免出现护筒底部渗水情况。

抬高护筒

由于河道处水位普遍偏低，而钻孔灌注桩施工采用泥浆护壁形式，抬高护筒所处位置标高，可以将孔内水头同步提高，减少“承压水”的出现。

综合考虑，采用5m深护筒进行预埋，地表设置0.5～0.7m高平台作为护筒固定区域。

四、塌孔处理措施

4.1、泥浆性能

初步操作选择增大泥浆比重、黏度及PH值，提高泥浆在孔内的粘附性，更好的保护孔壁。根据查阅资料显示，提高泥浆性能指标，可改用钠基膨润土泥浆进行钻孔护壁，充分利用膨润土泥皮形成速度快、自我修复性和高膨胀性的特点；同时在施工过程中，经常检测泥浆性能，及时进行膨润土补充；当土层变化时，应相应增加泥浆性能指标的检测次数。

4.2、砂层进尺

钻机在地层较差地段进行钻进时，应减慢钻机进尺速度，现场人员检查土层结构。尤其处于砂层地段，因泥浆含砂量大，黏度不足，钻速过快，砂层易挤向孔内致使桩基出现塌孔。因此钻至砂层时，钻机要降低进尺速度，提高泥浆在该底层的护壁能力。

泥浆流动性能对良好的黏土层影响不是特别敏感，但对砂层来说就相对重要了，钻机钻进速度过快，易造成孔内出现紊流，紊流影响孔壁泥皮的正常形成，并对孔壁有冲刷作用。放慢钻机进尺，提高泥浆护壁能力，同时也可降低泥浆出现局部紊流。避免出现塌孔情况。

4.3、严重塌孔措施

若塌孔情况严重，需要更换施工工艺，建议采用冲击钻成孔，先往孔内注水，保持孔内水位高度，同时采用黏土、碎石回填至塌孔以上1.0～2.0m处。同时在河道上游0.5m或1.0m处进行打井降水，将该出水位降低，满足孔内水位高于地下水位的要求。待回填密实后，改换用旋挖钻机进行扩大孔径钻孔。同时，在泥浆制备上，可以同步考虑掺入水泥，以提高泥浆性能。

五、施工过程控制

施工前，通过地基换填，加深护筒埋设深度，提高泥浆性能指标，加强泥浆检测频率，及时进行膨润土填放，设置小型沉淀池，用以进行沉砂过滤。

钻机匀速钻进，在钻至砂层处，放慢进尺，施工人员检查地质情况与地勘进行比对，时刻保证孔内水位高度，避免浅层塌孔出现，经过以上措施控制，该桩位顺利成孔。但根据以往灌注经验，尤其对高强度桩基来讲，需要对后期灌注施工进行重点盯控。

5.1、混凝土灌注

灌注混凝土时，由于混凝土强度过高，稠度大，塌落度偏小。施工人员为便于混凝土下料，经常进行导管上下抖动，以促进混凝土的流动。然而，在实际现场混凝土灌注时，下部混凝土因频繁抖动加剧沉淀密实，造成新灌入混凝土无法顺利灌入，进而造成堵管，因此在混凝土灌注过程中，确保泥浆正常外排的情况下，尽量减少导管的频繁抖动。此时更应重视导管内壁的清理工作。

5.2、护筒拔出

桩基灌注完毕后2小时左右，再进行拔出护筒。若拔离护筒过早，顶层混凝土因自身重量，造成桩基顶端桩头过大，影响美观及后续桩头破除工作。

六、结语

由于桩基施工无法预见性，造成桩基出现类似事件较多，为确保施工顺利进行，宜提前对地质情况，钻机工作情况，人员配备及操作熟练情况做好充分准备，只有如此才能完成该项施工任务。