钻孔灌注桩在较厚砂层成桩过程中影响因素分析

（河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

1 案例工程

1.1 工程概况

案例电厂项目位于陕西榆林，分两期建设，选址在榆林市长城一线以北的毛乌素沙漠。项目所在区域地层情况从上至下如下：第一层，以细砂和粉细砂为主的第四系风积岩；第二层，以细砂和粉土为主的第四系黄土状粉土；第三层，以细砂和黄土为主的黄土层；第四层，侏罗系全风化泥质砂岩。其中，第一层厚度范围在0.7-12.7m；第二层厚度范围在0.6-35.1m；第三层厚度范围在1.2-21.3m；第四层厚度范围在2.0-5.5m。厂区地下水深度范围在3-22m，局部最大埋深30m。整个厂区内地基处理均采用旋挖钻机成孔水下混凝土灌注工艺。根据建筑物承载力需求和地层差异，桩长设计范围确定在20-45m，桩径600-800mm，选定第四层风化岩作为持力层，进入风化岩1.5m后终孔。该工程地质砂层较厚，钻机钻孔过程中穿越砂层的平均厚度为23m，其中单层穿越砂层的厚度高达34m。

1.2 工程特点

该电厂桩基工程规模较大且工期紧张，合同约定桩基质量须保证一类桩达到95%以上。这对施工单位人员和材料物资的组织能力提出了较高要求，进入现场的机械设备需组装后就进入施工状态。此外，由于工期紧张，施工现场三通一平执行不到位，有些施工场地回填后没有进行及时碾压。以上诸多因素为桩基施工的顺利进行带来了不利影响。整个桩基施工过程中出现的事故汇总情况见表1。

表1 案例项目桩基施工过程中出现的事故类型汇总

2 施工影响因素分析

从表1可见，案例工程在桩基施工过程中由于人为因素、施工机械设备因素以及地层条件因素发生的施工事故有21起，具体因素分析及应对措施如下。

2.1 机械设备因素

从表1可知，机械因素导致的施工事故有10次，其中钻机钻进塌孔2次，埋钻头2次，持力层进尺困难6次，占整个桩基施工事故的47.6%。分析原因是：桩径大部分为800mm，仅少部分为600mm，4次事故（塌孔2次、埋钻2次）均为当施工桩径600mm桩基时，因钻头尺寸不匹配导致钻进中倒土困难，钻进到一定深度后孔内水压增大，对与孔径不匹配的钻头产生向外扩张的力，导致钻头挂壁，出现塌孔或埋钻事故。6次持力层进尺困难的主因是钻机功率不满足风化岩钻机动力要求，当钻到风化岩时钻头开始打转，钻头提出后发现钻机斗齿已磨平，增加了成孔作业时间。

2.2 地层因素

从表1可知，地层因素引起的施工事故有8次，占所有施工事故的38.1%。究其原因是案例项目施工成孔过程中需要穿透平均厚度23m的砂层，且项目区域地下水位高，导致砂层粘聚力低且受到干扰后容易出现流砂，继而发生塌孔和缩径事故。因现场场地平整不到位，部分钻孔护筒埋设没有进入回填土或者粉土范围内，在进尺和提钻过程对护筒的冲刷作用下，容易出现钻孔塌陷事故。

2.3 人为因素

从表1可知，人为因素引起的施工事故有3次，其中塌孔事故2次，埋导管事故1次，占施工事故总次数的14.2%。施工现场主发电机突然出现故障且备用发电机因管理不善无法第一时间开机运行，导致钻孔砂层中的化学泥浆供应不足，孔内泥浆液面降低，当浆液液面低于护筒底时，护筒底开始出现流砂，几分钟后孔壁坍塌。而导管被埋是因为搅拌站供料不及时，孔内已灌入的混凝土达到初凝，导致导管无法拔出。由于项目远离市区，商品混凝土无法满足远距离供应需求，因此项目部自立搅拌站，但搅拌站管理人员与现场调度未有效沟通，混凝土主材水泥现场无足够存货，且对现场已成孔的灌注桩方量计算有误，未考虑厚砂层钻孔过程中局部地层会出现充盈系数偏大情况，结果一时间无水泥可生产混凝土，导致埋管现象发生。所幸现场刚完成出灌，经第一时间联系多家水泥商供货，导管拔出后利用旋挖钻机将出灌混凝土及时钻出，确保了桩孔安全。

3 施工影响因素应对措施

3.1 机械因素影响应对措施

机械设备因素引起的施工事故主要是因为设备选型与施工需求不匹配。经选型分析，确定在较厚砂层区域进行旋挖钻机成孔时选用功率较大的钻机型号，钻头类型宜采用合金钻头，钻头鱼尾宜尖不宜钝，这样有利于钻头在机械力和重力作用下刺入破坏砂层，在重要的易损构件上加焊合金，提高钻头寿命，选用钻头的直径根据施工孔径的不同比设计孔径小20mm，这样有利于成孔的质量控制。

3.2 地层因素影响应对措施

认真分析项目勘察资料和项目毗邻区域地质情况，是在较厚砂层地质条件下开展钻孔灌注桩施工的前提。确定不同区域内护筒的埋设深度和直径；根据地层的不同选用对应的钻头模具，提高钻进效率，缩短成桩时间，降低塌孔风险；现场施工时需根据地层情况采取合理安全的成孔间距，通过跳打成孔等措施保障成孔的安全；根据地层情况调整钻进该地层时需要的浆液浓度，控制浆液泵量，在粉细砂层可往孔内投入木屑加强护壁效果；根据地层情况选择合适的钻进速度，钻进砂层时速度减慢，减少事故概率。

3.3 人为因素影响应对措施

从表1可见，3次人为因素事故的根本原因是施工现场管理人员组织工作不到位，之所以组织工作不到位是因为施工管理人员没有对较厚砂层地质情况给予足够重视，特别是对砂层覆盖厚度较深区域没有采取足够准备，这也充分体现出桩基础施工现场组织管理和不同工种之间协调的重要性。针对此类问题，首先要根据工程特点制定切实可行的施工措施和应急预案，并做好现场安全技术交底工作，确保现场施工人员对方案内容和要点完全明了，控制施工现场因停电、停水以及外围设备故障等因素引起的施工损失。同时要加强对施工现场作业人员的技能培训和安全教育，确保每个环节的作业人员对所负责区域内的工作职责清晰明了，应制定人员奖罚措施，对出现人为失误的行为给予严肃处理，造成损失的需要落实到责任人来承担后果。

4 结语

通过对案例项目施工事故的分析得出，在较厚砂层中进行水下灌注桩施工时，应采取以下措施提高施工效率：1）根据项目实际情况选用性能符合要求的施工设备；2）施工前必须分析前期勘察资料和相邻区域地质情况，针对不同区域地质情况及时调整施工方案和应急预案；3）做好现场各工种组织协调工作以及人员安全教育培训工作。