含水砂土地层中钻孔灌注桩施工技术探讨

兰天水

（连城县交通局县乡公路管理站）

含水砂土地层中钻孔灌注桩施工技术探讨

兰天水

（连城县交通局县乡公路管理站）

随着我国经济发展水平的不断提高，桥梁施工技术得到了显著提升，随着公路桥梁施工项目的增多，人们对工程质量有了更高的关注度，在施工中做好各项施工工艺的运用是做好质量控制的关键。其中，砂土地层中钻孔灌注桩施工技术是一项非常重要的工艺技术，本文将以一组案例探讨桥梁工程砂土地层钻孔灌注桩施工工艺的应用，为相关部门今后的设计和施工提供一些借鉴。

砂土地层；钻孔灌注桩；桥梁工程；施工工艺

在公路桥梁施工中，灌注桩的运用非常普遍，是一类不可缺少的深基础形式，灌注桩施工是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而成桩的施工过程。钻孔灌注桩是灌注桩系当中的一种。在一些特殊地层，比如，砂土地层中应用此技术则有一定难度，需要控制与管理的内容较多。本文将具体分析砂土地层中钻孔灌注桩施工技术相关问题及解决方法。

1　工程概述

某桥梁施工位于一段西南绕城高速公路B合同段，路段中心里程桩号为K45+018.5，跨径为4×28m+45m+2×25m，上部结构为预应力混凝土连续箱梁桥，桥梁全长为220m，桥宽为14.25m。工程当中钻孔注桩的数量为60根，布设的台桩10根，桩径为1.2m，桩长为30m；桥墩有50根，桩径均为1.6m，桩长达60m。桥墩处水深3.2～4.6m。在整个桥梁中，墩桩大部分都位于含水砂土地层中，在-30m以下的地层结构较为复杂，地层中的不确定因素非常多，少部地层夹砾卵石，增加了施工难度。由此，施工单位对施工方案组织专家论证，确定采用反循环回转钻孔施工工艺，该钻孔工艺特征为：泥浆从上向下流动，钻孔过程中，泥浆携钻渣在真空泵的作用下或者是利用泵抽吸，由钻杆中心抽吸出来，经过胶管排入到沉淀池中，在完成净化以后就能被循环利用[1]，钻进与排渣效率高，但砾卵石料径要小于钻杆内径的2/3。该钻孔灌注桩施工从砂土层中穿过时，出现孔壁坍塌、孔道倾斜、掉钻落物，终孔后出现孔底沉渣过厚或灌注混凝土前孔内泥浆含砂量过大等现象。针对上述问题，按照本段施工要求，提出了一些工艺上的改进，不断提升技术应用效果是确保施工质量的关键。

2　砂土地层中钻孔灌注桩施工常见问题

2.1孔壁坍塌

在桥梁施工中，鉴于砂土地层钻孔有一定特殊性与复杂性，塌孔的可能性非常大，这是施工人员较为担忧的问题。塌孔出现最主要的表现是孔内水位急剧下降，并且孔口开始向外涌出水泡，渣量涌出非常多，使钻孔设备的负荷大大增加，因此将会导致进尺缓慢。塌孔出现的主要原因为：地层复杂，钻速过快，灌注的泥浆密度不达标、性能差，孔壁缺少坚实的泥皮作为防护[2]，致使泥浆的整体强度与稳定性降低；另一方面，因大量的渣涌出，不能及时在孔壁形成泥浆护壁，透水层孔隙水压力增加，抗剪强度降低；因护筒的埋放较浅，下端开始出现孔壁漏水问题，孔内出现水、泥浆的流失，造成孔内水头下降，致使泥浆密度与粘度将大大降低，使松软的砂层中桩周土体发生膨胀，导致出现塌孔缩径，表现为桩的径向不规则的波动现象，钻进缓慢。在现场调查中得出，孔内水的向下流动速度超过12m/min，在负压的情况下，孔壁极容易发生坍塌现象。

2.2钻孔偏斜

出现钻孔偏斜的原因有很多种，最主要的原因有：施工场地平整度和密实度差，钻机钻机底座安装处不平整；将钻机在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进，钻机将沿着这个界面运行，从而出现了钻孔偏斜情况；地层中含有非常多的砂卵石，这些岩石形态各异，在这些岩石内钻孔，钻压过高极易造成受力不均的情况；在孔道的扩充位置处，钻头会出现摆动，从而使其偏向另一个层面；因为钻杆在工作过程中出现了弯曲，钻杆接头间隙太大，导致钻机在钻孔时出现了严重的位移问题、在局部壁层也出现了移位、倾斜[4]。

2.3掉钻落物

出现掉钻落物的原因有：钻机在卡钻过程中，因为操作方法不正确或者是用力过大，将造成钻杆与钢丝因为负荷较大出现断裂情况；钻杆的接头安装不良或者出现滑丝现象也会造成掉钻落物；还有一种断裂情况是因为滑车等部件出现了严重的磨损，导致钢丝出现偏转；操作人员操作不当，使部件不慎出现脱落，钻杆因为松动出现脱节。

2.4孔底沉渣过厚

孔底沉渣过厚，将对桩身的承载能力产生巨大的折减效应，在正常使用的情况下，将会发生较大的沉降，影响上部结构物的使用性能。在施工中造成该现象的原因有：砂土层因其粘粒含量少、砂粒间粘聚力小、地基土层结构不稳定，如果清孔泥浆质量差，清孔方法不当，会造成孔底沉渣过厚和泥浆含砂量过大；钻机机具和杆件在施工中碰撞孔口和孔壁，导致孔口坍塌和孔壁泥皮掉落至孔底，使孔底沉渣过厚；另外测量方法不当造成误判，也会造成孔底沉渣过厚。

3　砂土地层中钻孔灌注桩施工问题处理措施

多年的工程实践经验，以及相关的理论分析，可以对钻孔灌注桩就上述问题的解决对策整理如下：

3.1孔壁坍塌处理措施

（1）在钻孔过程中，钻机运行时间要控制好，还要依据泥浆的密度，工程师的辨别等对现场做出合理安排，只有真正掌握了泥浆密度参数才能使工艺应用更为科学；通常，公路桥梁施工中对泥浆密度的规定为1.1～1.2g/cm3，如果超过或者是小于这个参数将使塌孔的几率增大。在该桥梁桩基工程中，编号4～3桩灌注时，未参考规范规定的泥浆密度指标，就出现了塌孔情况。工程施工中配制泥浆时需将现场土质情况考虑在内，泥浆太稀，排渣能力小，护壁效果差；泥浆太稠，削弱钻头冲击功能，降低钻进速度；因此可将配制泥浆的粘土打碎，采用加粘土粉、烧碱或木质素的方法改善泥浆性能；在钻孔过程中如果发现护筒漏浆，可提起钻头，向孔内倒入粘土粉、胶泥并挤入孔壁或注浆堵住漏浆空隙。泥浆形成泥皮后具有一定的强度，保持护筒内水头高度高出地下水位1.0～1.5m，继续钻进。当一般泥浆处理无效时，可考虑用水泥泥浆做循环液，因水泥粘结性好、干缩性和吸水性强，能增加泥浆的粘度和比重，能使砂层胶结，防止孔壁坍塌[3]。

（2）砂土地层采用人工造浆护壁过程中，参数选择如果不合理，将影响到进尺的速度，速度过快，孔壁难以形成一定厚度的护壁泥皮易塌孔；速度过慢，可能出现扩孔，均不利工艺的质量控制。面对上述情况，要结合施工地质特点和机械排渣能力，对钻进速度进行调整，由硬土层钻进接近砂层时，要适当增加钻进的速度；钻进接近硬土层或岩层时，要适当减小钻进的速度。期间，要选择相对密度、粘度、含砂率适当的泥浆，并要将泥浆的密度控制在1.1×1.2g/cm3以上。而对于其他土层也要将泥浆的密度适当增加到一定比例。钻孔过程中，每钻4～5m检查钻渣，与地质剖面图核对，发现不符及时采取相应措施。

（3）在一些特殊情况下，比如，汛期或者是水位变化较大的部位，可以选择将护筒升高、将吸管或者是水头适当增高，也可以布设连通管，确保水头达到稳定状态。如果出现了坍塌情况，要马上将护筒拆除，将孔口回填上，并要对护筒进行重新埋设，完成以上操作以后再钻孔。

（4）孔道清理时最好选择专业人员做好补浆工作，确保孔内水位高度不超限、孔内护壁泥浆液面高出地下水位1m，不宜将水管直接插入到钻孔内，而是借助水槽使水匀速流入孔道内，防止出现损伤孔壁的情况。

（5）将钢筋笼骨吊入时，整个过程要找准钻孔的中心，防止出现与孔壁的触碰。就位后可将钢筋笼上部与护筒焊接牢固，下部加焊环向钢板固定，每隔1m设定位钢筋环或水泥混凝土垫块，并与钢筋笼焊接或绑扎牢固。

3.2钻孔偏斜处理措施

钻孔偏斜可以采用的方法有：压实平整钻机安装支承点基础；用测孔器查明偏斜位置和偏斜情况后，在偏斜处吊住钻杆，反复扫孔，使钻孔正直；偏斜严重处回填砂粘土，沉积密实后，减小进尺速度钻进；另外，在钻杆配合使用扶正器等固定设施，能够使钻机运行过程中随时保持平稳、安全。在粒径不均匀的地层中钻孔时，要正确使用钻杆，并对进尺进行控制，将钻进的速度降低；认真检查钻头、钻杆、钻杆接头，并及时对方向进行调整，一旦钻杆出现了弯曲，可利用千斤顶顶直或吊出更换[5]。

3.3落钻吊物的预防和处理措施

落钻是工程中较为麻烦的突发情况，首先应该对该情况做好充分的预防准备工作，其预防措施有：定期对钢丝绳、钻杆、钻头、卷扬机等装置的连接情况进行检查，尤其是接头的稳固状况；钻孔前要将孔内的全部杂物清理掉，对钻头与连接位置处的设计进行改善，预先在钻头焊上打捞环。

当落钻事故不幸发生之时可采用处理方法有：发生落钻以后，要明确落钻的具体位置，如果钻头被各种杂物掩埋，要及时进行清理。如果是零星铁件可以使用电磁铁将其吸引出来；如果是钻头则用打捞工具钩住打捞环吊出来。落钻发生以后将容易引发各种事故，一旦出现落钻就要更换钻杆、钻头与卷扬机，并将连接松动的地方拧紧，将接头连接牢固稳定住，使生产能够正常进行。

3.4控制沉渣厚度的的方法

采用抽浆法清孔。抽浆法清孔彻底，适于用反循环回转钻施工的清孔。但由于含水砂土层孔壁易坍塌，因此，钻孔前在含水砂土地层中适当加大护筒埋深，护筒至少高出地面30cm，护筒外侧用粘土回填压实，在钻杆上加设扶正器，避免钻具和杆件在施工中碰撞孔口和孔壁；清孔前，严格控制泥浆密度和粘度，采用加粘土粉的方法控制其密度为1.3～1.4g/cm3，粘度为30～40s，使抽浆过程中泥皮强度能够稳定孔壁，然后持续补浆抽浆，至抽浆管口返浆比重持续小于1.1～1.2kg/cm3，用公式“丈量钻杆长度+钻头的钻尖的2/3长度-测绳测得深度”，准确测定孔底沉渣厚度。当测得其厚度小于30cm，抓紧吊放钢筋笼和导管浇灌混凝土。反循环回转钻可在终孔后停止进尺，钻机不停转，延长钻机反循环系统持续吸渣时间至15min左右，使孔底钻渣清除干净。

4　结束语

随着我国公路桥梁施工技术的不断提高，我国公路桥梁施工在工艺与质量控制上都得到了显著提升，为推动我国公路桥梁事业的发展起到了推动作用。本文主要以一组案例对砂土地层中钻孔灌注桩施工技术进行了详细分析，针对灌注桩施工工艺应用中存在的问题提出了一些解决对策，为今后在含水砂土层等复杂地质情况下钻孔灌注桩的设计和施工提供参考，有利于该领域先进施工方法和技术规范化和标准化的形成。

[1]陈飞.高强度花岗岩中大直径钻孔灌注桩施工技术[J].施工技术，2014，43（1）：26～28.

[2]黎建宁，程建新，聂宁，等.青岛海湾大桥大直径旋挖钻孔灌注桩施工技术[J].施工技术，2010，38（5）：58～60.

[3]何德林.在砂土地层中施工钻孔灌注桩常见问题及解决办法.2008，03.

[4]刘霁，聂赛武.茅草街大桥湖区淤泥质软土地层大孔径钻孔灌注桩施工技术[J].施工技术，2010，37（4）：106～108.

[5]全国一级建造师执业资格考试用书《公路工程管理与实务》（第四版），《市政公用工程管理与实务》（第五版）.

U445.55+1

A

1673-0038（2015）39-0283-02

2015-9-11