桥梁施工中钻孔灌注桩坍孔的防治

桥梁施工中钻孔灌注桩坍孔的防治.、八 、一前言防治由于钻孔灌注桩具有安全可靠、稳定耐久、适应范围广等优越性，上世纪五十年代初期，我国便已开始钻孔灌注桩的应用。到目前为止，钻孔灌注桩已作为桥梁基础重要形式之一而被广泛采用。但钻孔桩施工却受到水文地质、施工环境、施工工艺等诸多因素的影响，各种病害极易发生，且有一定的不可遇见性和突发性，因此钻孔桩施工是影响整个桥梁施工质量和工期的一个重要环节，也是施工单位最头疼的一个问题。地质不良地段主要受河水冲刷、地下水位较高、河床淤泥较厚、地层流沙多等不利条件影响，这时进行钻孔桩施工，难度更大，坍孔是最容易出现的病害。那么如何有效地防止坍孔现象的出现，出现坍孔后如何处理呢？根据笔者从事桥梁施工和桩基检测工作多年的经历，积累了一些粗浅经验，借下面这个典型事例介绍给大家。案列某一施工单位负责两座桥梁的施工，一座为旱地钻孔桩施工，另一座为河道内（地质条件大部分为细砂，河水深 2m,河床淤泥厚2m场地狭窄）钻孔桩施工。同样的队伍，同样的施工工艺，同样的机械设备，却出现了截然相反的结果。旱地施工很快的完成了251根钻孔桩施工，无一根发生坍孔现象；而河道中施工共计14根钻孔桩，钻桩一开始便接连出现坍孔问题，有的一根桩出现多次坍孔，给施工单位带来重大经济和工期上的损失，施工单位百思不得其解。为此，监理组织召开了专题会议，就以上问题分析原因，采取措施，给予妥善解决。坍孔的征兆、产生原因和危害性（1）当孔内水位忽然上升，溢出护筒，随即突降并冒出气泡；出渣量显著增加而不进尺；钻机负荷显著增加等现象均表明是坍孔。（2）坍孔病害的产生，主要是以下两方面原因。一是内因，即孔内与孔外的水头压力差不够，影响因素主要有水头高度和泥浆比重。因为河道内施工与旱地施工相比，地下水位（施工水位）相对孔顶较高，这样造成孔内水压与孔外水压压差较小，地下水极易压迫孔壁泥浆而造成坍孔，孔内有了足够水头高度才能对孔壁形成一定侧压力，才能防止坍孔。而泥浆除了具有浮悬钻渣的作用外，同时在钻孔中，由于泥浆相对密度大于水的相对密度，故护筒内同样高的水头，泥浆的静水压力比水大，由于静水压力的作用，泥浆可在孔壁形成一层泥皮，阻隔孔外渗流，因此具有保护孔壁免于坍塌的作用。二是外因，即受外界扰动，主要影响因素有钻具的选用、钻孔方法、清孔方法、下钢筋笼、灌注混凝土等环节。（3）坍孔现象是地质不良钻孔桩施工时常见病害，在钻进中坍孔，势必要回填、重钻，影响进度。在灌注混凝土时坍孔，势必造成夹泥或断桩，给工程质量带来隐患。防止坍孔的措施2.1从内因着手要注意以下几点（1）筑岛必须符合规范要求。河道内施工面临的第一个问题就是筑岛，筑岛必须有足够工作面。有足够筑岛高度是为了保证有足够的水头高度，这一条非常关键，有了足够水头高度才能对孔壁形成一定侧压力，才能防止坍孔。特别是河道内施工与旱地施工相比，地下水位（施工水位）相对孔顶较高，这样造成孔内水压与孔外水压压差较小，地下水极易压迫孔壁泥浆而造成坍孔，所以河道内施工必须按规范筑岛，为抬高水头打基础。有足够的工作面是为了施工车辆通行和设备安放有足够空间，以免距钻孔位置太近而使孔壁受到压迫和震动而坍孔，同时也为了安全起见，防止坍孔时人员和设备落入孔中。规范要求筑岛高度应高出最高施工水位0.5〜0.7m，筑岛面积要满足施工需要。而此施工单位为了减少土方量和减少开支而不按规范要求操作，筑岛高度、筑岛面积严重不足，虽经监理指令返工，仍存在侥幸心理，应付了事，结果适得其反，坍孔现象接连发生。（2）护筒埋设要符合规范要求。护筒埋设必须注意护筒顶端高度和底端埋设深度以及护筒本身质量。护筒除了具有固定桩位、引导钻头作用外，还具有保持孔内水位（泥浆）高出地下水位或施工水位一定高度，形成孔内向孔壁的静水压以维护孔壁免于坍塌的作用。护筒顶高出地下水位或施工水位的高度要求与钻孔方法、地层情况有关。采用反循环钻孔方法时，护筒顶应高出地下水位或施工水位2.0m以上，采用正循环钻孔方法时，应高出1.0〜1.5m以上。这时要注意护筒设有缺口时，护筒高度应从缺口底端算起，另外注意当地质不良（如松散的粉砂、细砂等砂类土），容易坍孔时，应比同类钻孔方法而地质好不易坍孔时的孔内水头要提高0.5m以上。护筒埋设主要有挖埋式、填筑式围堰筑岛式、深水平台式几种方法。河道内施工水深w3m时，可采用围堰筑岛式埋设护筒，若河床为淤泥或软土，应挖除换填粘土或沙土，换填有困难时，应采用长埋护筒方法，将其底端沉入河床土层中，埋置深度不得小于3m当水深大于3m时，采用平台式护筒。护筒本身质量，要求连接处能抗拉、压、不漏水。施工单位没有能够按照以上要求去做，仍按照早地施工习惯做法，用了一个短短的护筒，护筒顶高出施工水位不足 1m,护筒底端既没有清淤也没有采用长护筒深埋的办法，这也是造成浅部坍孔的一个重要原因。（3）护壁泥浆的配制和泥浆池的准备。泥浆配置应注意比重、粘度指标的控制；配置泥浆原材料的选用等。泥浆除了具有浮悬钻渣的作用外，同时在钻孔中，由于泥浆相对密度大于水的相对密度，故护筒内同样高的水头，泥浆的静水压力比水大，由于静水压力的作用泥浆可在孔壁形成一层泥皮，阻隔孔外渗流，因此具有保护孔壁免于坍塌的作用。泥浆比重性能应根据钻孔方法和地质情况确定，地质情况不好、孔径大、孔深时取高限。河道内施工要取泥浆比重高限，即1.45。泥浆配置原材料必须选用高质量的红粘土，要求泥浆具有较高粘度和较低的含率。泥浆池在河道内安置要根据筑岛面积大小综合考虑，但要注意泥浆池四周和底部不能漏水，更不能与河水串通，以防止泥浆比重减小。而此施工单位为了省钱，泥浆配置没有选用优质粘土，所制泥浆含砂率大，粘度低，比重小（1.1），泥浆池采用沙袋围堰的方法，但是四壁漏水，泥浆密度很快降低，这势必要造成坍孔。2.2从外因着手应注意的几点（1）机具的选用。河道内施工，要选用小型设备。减少压力，减小震动，灵活机动。（2）钻孔方法的选用。宜采用正循环钻孔方法，而不用反循环钻孔方法。这是因为：一是对孔内水头高度要求不同：反循环较正循环要求较高，增加了筑岛高度和护筒长度。这是因为前者的泥浆相对密度要求小于后者，需要较高的水头来弥补泥浆相对密度小而使孔壁侧压力减小的损失，以维护孔壁稳定。二是对孔壁的保护作用不同：正循环的泥浆是从钻杆内压入而从钻杆外的孔壁内上升至孔口，泥浆对孔壁有一个向上的流动分力，有助于孔壁的稳定；而反循环的泥浆是由孔口向下流至孔底，再由钻杆中心吸上，泥浆下流时对孔壁增加了坍塌的可能性，这也是反循环孔内水头要求较高的原因之一。（3）钻孔过程。要始终保持足够的水头高度和合适的泥浆比重。在粘性土中钻进时，泥浆密度、粘度均可小些；在砂土中钻进时，为了避免或减少孔壁坍塌，要求泥浆密度、粘度均较粘土中钻进时大些。无论在什么地层钻进，无压钻进空转速度不能过快、过久。（3）清孔。清孔主要方法有掏渣清孔法、换浆清孔法、抽浆清孔方法、喷射清孔法。不论采用何种清孔方法，在清孔时，必须注意保持孔内水头，以防止坍孔。正循环宜采用换浆法，因为孔内仍为泥浆护壁，不易坍孔。（4）下钢筋笼。下钢筋笼要稳，不能撞击孔壁。钢筋笼下完后，不要直接搭设在护筒上，支撑点要远离孔口。（5）灌注混凝土。应尽量避免机器设备震动，始终保持足够水头。争取在最短时间内完成。（6）孔口不要堆放重物。减轻对孔壁的挤压。坍孔现象发生后如何处理3.1钻孔时坍孔首先要判断坍孔位置。当发现护筒歪斜、下陷、周围出现裂缝，可以判定为护筒底端漏水塌陷或钻孔浅部坍塌。这时可以采取深埋护筒法，也可以用粘土回填后重新钻孔。当坍孔位置较深，不严重时，可回填至坍孔位置以上，并采取加高水头、改善泥浆比重等措施，继续钻进。当较严重时，应立即将钻孔全部用砂或小砾石加粘土回填，暂停一段时间，待沉淀稳定后查明原因重钻。3.2灌注混凝土时坍孔在深部时，宜将导管和钢筋笼拔出，以粘土回填至坍塌部位以上，待坍塌稳定后，重新钻孔、清孔、下导管灌注混凝土。在浅部时，一般可下压