关于砂质地区钻孔灌注桩塌孔原因及防治技术探究

杨希斌

（中铁八局集团第七工程有限责任公司，四川 成都 610300）

1 概述

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩；钻孔灌注桩具有入土深、能入岩、刚度大、承载力高、桩身变形小、适用于各种地质复杂地区等优点，已被广泛的应用到工程建设中。随着钻孔灌注桩应用范围的日益扩大，地质复杂地区，尤其是砂土地区钻孔灌注桩塌孔率居高不下，严重影响施工质量、速度、成本等方面，给施工企业的进度和成本造成了极大损失。因此，运用科学的施工工艺，加强过程控制钻孔灌注桩塌孔率显得极为重要。

2 塌孔原因分析

省道S222 漯河新西环线桥梁工程总计757 根桩基，项目沿线地层在勘探深度内为第四系松散堆积层，分为两大层，上层为全新统冲积层，岩性主要为粉土、粉质黏土、粉细砂，下层为上更新统冲积层，岩性主要为粉质黏土、粉土、粉细砂，分述如下。

2.1 第四系全新统冲积层（Q4al）

（1）粉土（Q4al）：黄褐色、灰褐，稍湿，稍密～中密，摇振反应强烈，无光泽反应，可见锈黄色染斑及植物根系，断面可见针状孔隙。

（2）粉质黏土（Q4al）：褐黄色、灰褐色，可塑，刀切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，夹粉土薄层。

（3）粉质黏土（Q4al）：灰黑色、灰褐色，软塑～可塑，刀切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，该层为软弱土。

（4）粉砂：褐黄色，饱和，稍密至中密，下部密实，成分以石英、长石为主，云母次之，夹粉质黏土薄层。

（5）细砂：褐黄色、灰黄色，饱和，稍密至中密，下部密实，成份以石英、长石为主，云母次之，夹粉质黏土薄层。

（6）粉质黏土（Q4al）：黄褐色，可塑～硬塑，刀切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，夹粉土薄层。

2.2 第四系上更新统冲积层（Q3al）

（1）粉质黏土（Q3al）：棕褐色、红褐色，硬塑，刀切面稍光滑，干强度中等，韧性中等，局部夹密实粉土。

（2）细砂（Q3al）：褐黄色，饱和，下部密实，成份以石英、长石为主，云母次之。

2.3 塌孔的主要因素

工前期经过对沙河大桥已经完成的30 根桩基进调查后发现在钻孔过程中有4 处出现塌孔情况，清孔过程中2 处发生塌孔情况，安装钢筋笼过程中有2 处出现塌孔情况。根据现场实际情况，分析出以下7 条既有因素和潜在因素。

（1）砂质土地质本身松散，粘聚力小，泥浆护壁成型慢且成型质量不高，施工过程中钻进速度过快，导致孔内压强突变，造成塌孔。

（2）泥浆蒸发、渗漏导致浆液不足而造成塌孔。

（3）钢筋笼刮碰导致塌孔。

（4）清孔后未能及时灌注混凝土，放置时间过长导致孔道坍塌。

（5）钻孔附近有大型设备或车辆振动导致孔道坍塌。

（6）钻进时中途停钻时间较长，孔内水头位置偏差，降低了水头对孔壁的压力。

（7）泥浆稠度小、护筒埋置较浅、周围封堵不密实、筒底部土层厚度不足等原因造成泥浆水头高度不足，对孔壁压力小造成塌孔。

3 塌孔防治

桩基施工无论是在钻孔过程中，还是在安装钢筋笼过程中，甚至在浇筑混凝土过程中都会随时发生塌孔现象，所以每一个环节都至关重要，均关系着桩基成孔质量，进而影响整座桥梁的质量，所以无论是哪个环节施工，都应该引起施工人员及管理人员的高度重视。

针对塌孔的主要原因及采取的措施分析如下。

3.1 钻机钻进速度太快导致桩基孔道坍塌

（1）单独针对钻机钻进速度进行技术交底，组织现场施工人员、管理人员进行培训并考核（如图1 所示）。施工时由施工人员现场指导工人进行钻孔作业，现场计时对钻进速度进行严格控制，由交底人员在现场不定时监督检查，速度太快或太慢都要及时调整，保证钻孔钻进速度按技术交底执行。

图1 钻机钻进速度技术交底会

（2）砂、砂砾等土层的钻孔施工，若成孔速度过快，会产生桩径向摆动而发生孔壁坍塌，为防止塌孔，钻机钻进速度不宜过快，但为了保证正常的进度需求，钻进速度也不宜过慢。所以根据现场地质情况及钻机性能将钻机钻进速度控制在最佳范围10～15m/h，钻进过程中匀速、稳步，保证钻孔质量的同时保证施工进度。在钻机开钻后于出浆口每隔5min 对钻渣进行一次取样并做好记录[2]。

（3）在硬黏土质中钻进时，用一档转速，放松起吊钢丝绳，自由进尺，在高液限黏土、含砂低液限黏土中钻进时，可用二、三档转速，自由进尺，在砂类土或含少量卵石中钻进时，宜用一、二档转速，并控制进尺，以免陷没钻头或抽吸钻渣的速度跟不上钻进速度。

（4）在易塌孔的粉质土中钻进时，宜用低档慢速钻进，减少钻锥对粉质土的搅动，同时应加大泥浆相对密度和提高水头以加强护壁。遇地下水丰富季节应提高泥浆浓度检测频率，以便及时掌握泥浆浓度情况，如图2 所示。

图2 泥浆浓度检测

3.2 泥浆蒸发渗漏造成桩基孔道坍塌

（1）在施工前，组织项目部技术人员、试验室，对泥浆相对密度、用量进行试验和计算，确定泥浆浓度范围。

（2）现场设泥浆池（含回浆用沉淀池及泥浆储备池）一般为2根桩钻孔容积的1.5～2.0 倍[5]。泥浆妥善处理，不得随意排，防止污染环境[1]。泥浆池采取封闭措施且做好安全防护，如图3 所示。

图3 泥浆池防护

（3）造浆后应试验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写泥浆试验记录表，并随时注意地质变化，根据地质情况的变化随时调整泥浆的性能指标。保证泥浆的各项指标符合规范要求，即相对密度为1.03～1.10，粘度为17～20 Pa·s，含砂率小于2%；胶体率大于98%[5]如图4 所示。

图4 相对密度检测

3.3 安装钢筋笼过程中的刮碰，造成桩基孔道坍塌

（1）钢筋笼安装时，现场管理人员全程跟踪，及时掌握钢筋笼安装动态。

（2）在钢筋房内提前安装圆形可转动保护层垫块[3]，可防止钢筋笼对泥浆护壁的刮碰。现场技术人员在钢筋笼安装过程中加强对钢筋位置和混凝土垫块的检查，若发现钢筋笼移位或混凝土垫块破碎、脱落时，要立即督促施工人员进行位置调整和增补混凝土垫块，如图5 所示。

图5 钢筋及混凝土垫款验收

（3）安装钢筋笼时，选择吊装技术娴熟的吊车司机，配备专业的司索工、信号工。大风天气不得进行吊装作业[4]，吊装作业时非施工人员不得进入吊车作业范围，如图6 所示。

图6 钢筋笼吊装

（4）在每一根桩基安装钢筋笼之前先安放探笼，严格按照相关要求控制探笼尺寸，防止因为桩基在钻孔过程中孔道倾斜或缩颈等原因造成钢筋笼安放过程中形成孔道塌孔现象。

3.4 清孔后未能及时灌注混凝土， 放置时间过长导致孔道坍塌

（1）钻孔施工时之前应关注天气变化情况，选择短期无降水的天气进行施工，避免在恶劣天气下施工，保证桩基成孔后不因天气原因而耽搁混凝土浇筑时间导致清孔后不能及时灌注混凝土而致使孔道坍塌。

（2）在桩基成孔之前应做好后续施工步骤的准备工作，提前检查施工道路通行情况及通行能力、混凝土供应能力，保证成孔后能及时浇筑混凝土，不因准备工作不充分而延后混凝土浇筑时间，导致孔道放置时间过久而导致孔道坍塌。

（3）清孔完成并报监理工程师验收后，同时通知施工班组到场候场及搅拌站开始发料。

3.5 钻孔附近有大型设备或车辆振动

（1）桩孔附近应禁止一切非必要大型机械作业，避免因机械振动导致孔道坍塌。

（2）桩基施工周围设置临时护栏，桩基附近施工便道应与桩基保持足够净距且桩基钻孔时应临时封禁道路，避免车辆来往扰动孔道导致孔道坍塌。浇筑时禁止罐车直接行驶至桩基旁边直接卸料，应选用泵车或吊车的卸料方式，汽车吊和泵车停靠位置应该与孔道保持一定安全距离。

3.6 停钻时间长导致孔道坍塌

（1）孔道钻进时应保持连续施工，中途非必要原因不得停止钻进，定期安排专人对钻机进行设备检查及保养，避免因钻机自身故障导致钻进停顿，导致孔道坍塌。

（2）桩基成孔时必须保证孔内水头在孔外水位或地下水位线以上2.0m，确保水头对孔壁的压力，若由于汛期或潮汐水位变化较大时，采取升高护筒的方式，提高水头保证水头压力相对稳定以保证孔道安全。

3.7 护筒埋置不当导致孔道坍塌

（1）根据设计部门提供的地质勘探资料，对于不同的地质情况，选用适宜的泥浆比重、泥浆粘度和不同的钻进速度。如在砂层中，应选用较好的造浆材料，提高泥浆稠度及泥浆粘度以加强护壁，并适当降低进尺速度。

（2）在陆地上埋置护筒时，底部应夯填密实，护筒周围也要回填密实，如图7 所示。

图7 护筒埋设

（3）水中振动沉入护筒时，根据地质资料，将护筒穿过淤泥及透水层，护筒衔接严密不漏水。

4 塌孔处理

4.1 钻进过程中、清孔过程中塌孔处理

（1）桩基正在钻进过程中造成孔道轻微塌孔现象，应该立即增大泥浆比重，提高泥浆水头，增大水头压力。

（2）若塌孔不深时，此时应改为深埋护筒，护筒周围用素土夯实，重新开钻。

（3）在孔道钻进和清孔过程中若发生严重塌孔，应该立即提出钻头，防止钻头埋在孔道中无法提出。塌孔的桩孔应及时回填粘土等适宜材料，且回填的粘土中应避免砖头、杂草、生活垃圾等其他物质，以免造成二次钻孔时候堵塞关口。回填完成后应停置7d 以上，一般情况应停置15d，待当地层呈稳定状态后才能再度进行钻孔施工。

4.2 安放钢筋笼时塌孔处理

由于安装桩基钢筋笼时，吊车司机的操作失误、安装时起强风或安装人员操作不慎，导致钢筋笼不垂直、钢筋笼摆动、孔道倾斜、孔道缩颈等都可能造成桩基孔道塌孔现场，塌孔的部位可能发生在桩基孔道的任何一个位置。

（1）若塌孔部位发生在桩孔上部，一般塌孔的方量不大，钢筋笼被埋深度一般较小，甚至钢筋笼未被埋住，可以采用人工配合吊车缓慢的将钢筋笼吊出。若桩基孔深度较浅，可一次性吊出全部钢筋笼待处理好坍孔后重复使用。若桩基孔深较深，可采用吊车反复多次起吊钢筋笼并截断钢筋笼，在截断钢筋笼之前焊接吊环，多次进行吊装，吊出钢筋笼后后回填少量粘土，重新进行桩基刷孔施工，截断的钢筋笼若保存完好可按规范连接后再次进行利用。

（2）若塌孔部位发生在中部或下部，此时塌孔方量较大，若桩基孔深较浅，可尝试先用一台吊车将钢筋笼吊出，若一台吊车无法正常起吊钢筋笼，可根据实际情况更换一台大吨位吊车进行起吊，或采用两台吊车进行四角起吊，起吊过程中应逐步加力，接近汽车吊安全起吊范围最大力值时，应持荷几分钟，让粘土和钢筋笼脱离，然后归零重新起吊，如此反复几次，将钢筋笼吊出，最后回填适量粘土，重新进行桩基刷孔施工。若桩基孔深较深，钢筋笼过长，采用上述一台大吨位吊车进行起吊，或采用两台吊车进行四角起吊，将钢筋笼吊出护筒顶的一定高度后，可在钢筋笼上焊接四个吊环，将吊环上部的钢筋笼截断，然后再次进行钢筋笼吊装作业，如此反复几次吊出孔内全部钢筋笼。截断的钢筋笼若保存完好，按规范连接后可再次进行利用。

4.3 灌注混凝土时发生塌孔处理

在桩基灌注混凝土时发生塌孔现象，无论混凝土灌注的多与少、灌注时间长与短，钢筋笼大概率已经无法正常提出。

（1）若塌孔时灌注的混凝土较多，混凝土浇筑高度已经接近护筒标高，且此时已经浇筑的混凝土面高于地下水位时，在地势较为平坦具备深挖基坑的条件，应该停止混凝土浇筑，并且及时拔出剩余导管，将孔道内多余泥浆抽出后，在孔口周围做好安全防护且设置醒目安全标识，已经灌注的桩等待桩检合格后，将桩基挖开做深接桩处理。

（2）若灌注的混凝土较少，塌孔处距离护筒顶面标高较远或塌孔处位于地下水位以下时，此时应该立即停止混凝土浇筑，拔出多余导管，再用片石和黏糊混合回填孔道，用冲击钻冲毁钢筋笼和混凝土。将钢筋混凝土清除干净后应用片石或砂类土回填，用掺入不小于5%水泥砂浆的粘土回填，待回填稳定后重新钻孔施工。当回填后片石的岩面倾斜较大时，钻头易摆动，撞击护筒或孔壁，造成偏孔或塌孔、卡孔的现象，这时先选用小冲程进行冲击，待将孔底的浮土、凸出部分凿平出现平台后，再加大冲程转入正常冲程。

5 结语

本文是在参考漯河市新西环（省道S222 开遂线）新店镇三赵村至大陈村段新建工程S222SDRJ-1 标段钻孔灌注桩专项施工方案的基础上，结合现场实际施工情况及多条公路施工经验，通过对钻孔灌注桩的施工工艺、成孔质量控制、塌孔质量事故预防、各种情况下塌孔处理方式进行了研究，从而得出的结论。