钻孔灌注桩在水库区松软土层中塌孔分析及处理

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摘要：本文结合昆明至玉溪铁路扩能改造工程西河二水库特大桥钻孔桩施工的具体情况,介绍水库区松软土层钻孔桩施工塌孔、护筒下沉、扩孔等问题所采取的处理方案，为以后类似土层的钻孔施工提供参考。

关键词：钻孔灌注桩松软土层塌孔长钢护筒跟进

Abstract: In this paper Kunming to Yuxi railway expansion and reconstruction works the Xihe two reservoirs Bridge Bored Pile Construction specific circumstances, introduced the soft soil reservoir construction hole collapse, bored piles Casings for sinking, reaming takenprocessing program, to provide a reference for future similar soil boring construction.Keywords: bored piles, soft soil collapsed hole Steel Casings follow-up

U443.15+4

1、概述

西河二水库特大桥位于玉溪市郊，跨越西河二水库，地势复杂，沟壑众多，地表植被发育旺盛。基础采用Φ1.5m钻孔桩。其中6－25号墩位于库区，每墩设12根桩基础，均为摩擦桩。为配合铁路施工，库区蓄水已排出。库区内不良地质主要为冲洪积或河湖交汇沉积软土及松软土，软土主要为软塑-流塑状的淤泥质土、泥炭质土、泥炭等，分布不均匀，厚度变化较大，一般厚2～15m不等，局部埋深大于40m。由于软土、松软土物理力学指标低，压缩性高，工程性能极差，对灌注桩施工最为不利,施工过程中经常在软土层出现塌孔现象,故本文研究的是在软土及松软土中的施工情况。

2、成桩施工工艺

灌注桩施工选用220型旋挖钻机,采用泥浆护壁法钻进。钻杆为摩擦加压式钻杆，钻斗选用土层双底钻斗。泥浆选用高塑性粘土为主料,并加入膨润土、纯缄、羧甲基纤维素(CMC)等外加剂混合而成。根据软土、松软土的不良特性,泥浆相对密度、粘度均采用较大值进行配比。制备的泥浆性能见下表。

泥浆性能指标和材料用量表

2.1 施工准备

由于库区长期蓄水，地表土含水量高，且极为松软，钻机无法直接进场施工。采取在桥墩承台位置填筑50－100cm厚砂砾石土，平整后作为钻机施工场地。场地平整完成后精确测放出桩位。

2.2 埋设护筒

采用旋挖钻机挖除表层2m 回填土、软土,埋设2m 长钢护筒,埋设时要严格控制护筒垂直度。

2.3 钻进

当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进。钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳,提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度，以增加压力，保证护壁的质量。同时，做好整个过程中的钻进记录，随时根据不同地质情况调整泥浆指标和旋挖速度。

2.4 清孔

成孔达到设计标高后，及时进行泥浆置换。并对孔深、孔径、孔壁垂直度、沉淀厚度等进行检查，检测前准备好检测工具，测绳、检孔器等。

2.5 下钢筋笼

孔内泥浆达标后即进行起吊下放钢筋笼入孔,钢筋笼下放过程中应防止笼体碰触孔壁引起塌孔, 当钢筋笼到达设计位置时，焊吊筋固定

2.6 二次清孔、灌注水下混凝土

二次清孔所用泥浆重新配制,相对密度控制在1. 05g/ cm3 ,粘度20 s 左右。混凝土采用水下灌注方式。灌注前对导管做水压试验,确保接头密封良好。在灌注过程中保持导管在混凝土面以下2m 左右。

3、塌孔、扩孔及原因分析

钻进过程中,保持泥浆面不得低于护筒顶50cm。混凝土灌注记录显示，本桥钻孔桩混凝土灌注普遍超方30%以上。且约有10%的桩钻至4.5m～11m 深的软土、松软土中发生了塌孔甚至埋钻事故,造成无法继续钻进，施工多次被迫中止。

原因分析：由于软土层含水量高, 土体呈高流动状态，极不稳定，对外力反应灵敏,在微弱外力作用下会发生移动,丧失稳定。钻孔过程中破坏了孔壁四周的应力平衡,周围土体临空面应力瞬间释放完毕,土颗粒必然在合力作用下向孔内蠕动,进而带动大范围的土体流动,产生坍塌。同时,钻机荷载及钻进产生的振动扰动了土体,孔壁侧压力增大,也是导致塌孔的因素之一。

4、处理对策

4.1 控制钻机工作的平稳度减少对土体的扰动

在钻机下加垫2cm厚钢板两块，尺寸为2×3m，有效分散钻机荷载。钻孔过程中，尽量保证土渣充满整个钻斗，一是减少泥浆的无形损失，二是提高清除土渣的效率。控制钻斗在孔内的升降速度，不得随意加快或减慢钻斗的升降速度，防止因泥浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁坍塌。

4.2 调整泥浆指标

施工初期，结合钻孔桩实际施工情况，采取了改用膨润土泥浆并适当增大泥浆比重的方法进行处理，充分利用膨润土泥皮形成速度快,并有强烈的自我修复特性和高膨胀性, 膨润土泥皮具有连续性、稳定性和抗破坏性,从而可以给泥浆与土体之间提供了良好的受力介质,但从实际效果来看，并未达到预期结果，钻孔桩扩孔、塌孔依然严重。

4.3 采用长钢护筒跟进施工

经认真分析研究，决定采用长钢护筒跟进法进行施工，以有效减小塌孔、扩孔对钻孔桩成桩质量造成的不利影响。

4.3.1钢护筒制作

1）钢板材质采用HPB235钢。钢板厚度为12mm。钢护筒分节在工地进行连接。

2）钢护筒制作要求：焊缝连续、饱满、不漏水、能满足受力及施工要求，钢护筒两个方向的直径误差不大于5mm，钢护筒节段间错台不大于3mm，钢护筒对接应顺直，不垂直度不大于1‰，钢护筒端面平整，钢护筒分节制造完毕并验收合格后，要在护筒两端设十字撑杆，防止护筒变形。

4.3.2钢护筒施工

钢护筒的埋设采用直接插打。

4.3.2.1钢护筒导向架制作

钢护筒导向架用工钢拼装。导向架拼装高度为4.5米。底部宽度为2×2m，下设16型槽钢井字架增强导向架的稳定性。

4.3.2.2钢护筒下沉施工

①为了在插打过程中保护沥青涂层，在钢护筒底节外侧加焊1.4cm厚，50 cm宽的钢带作为刃脚（如下图）。

②钢护筒导向架制作完成，试拼检查合格。

③各种钢护筒下沉机械到位，并进行调试。

④施做好沥青涂层的钢护筒运至下沉现场。

⑤钢护筒下沉前筒壁的沥青涂层经检验合格。

钢护筒底部的辅助措施（单位mm）

4.3.2.3钢护筒插打

①利用孔口的测放的十字桩拼装钢护筒导向架。

②导向架拼装合格后进行固定（用缆风或型钢地锚）。

③在导向架及钢护筒周围做好垂度的观测装置，记录初始数据。

④用振动锤夹着钢护筒（钢护筒直径位置），用吊车吊起振动锤与钢护筒下放至导向架。

⑤开动振动锤进行钢护筒下沉，每下沉50cm后停止振动下沉，对钢护筒进行垂直度量测，发现钢护筒有倾斜及时对钢护筒进行纠偏。

⑥纠偏时采用移动振动锤偏压下沉的方法进行。

⑦钢护筒对接时应分层进行焊接，在每层焊接结束后应敲掉焊渣，目测合格后再进行下一层焊接。钢护筒焊接时要保持钢护筒的整体直度。

⑧在钢护筒下沉至设计高程后停止振动，撤掉机械及设备钢护筒下沉结束。

钢护筒下沉就位

4.3.2灌注完成后钢护筒拔出

灌注完成后，在混凝土初凝前拔出长钢护筒。采用吊车吊起振动锤夹着钢护筒拔出，操作时要注意：振动锤档位选择应为低振动档位，拔出过程中对钢护筒垂直度进行不间断量测，发现钢护筒有倾斜及时进行纠偏。

5、结束语

通过西河二水库特大桥库区松软土层钻孔桩的施工，我们积累了类似工程地质钻孔桩的施工经验。长钢护筒跟进法可有效降低水库库区松软土层钻孔桩施工塌孔及扩孔造成的砼超方，采用本法与一般钻孔桩的施工方法相比，由于塌孔情况大幅减少，由塌孔造成的工期延误大幅减少，后期处理问题桩也相应大幅减少，节约了大量人力、机械费用等成本，形成了较好的经济效益。

参考文献：

1 铁路工程基桩检测技术规程 TB10218-2008 铁建设〔2008〕85号

2 铁路桥梁钻孔桩施工技术指南TZ322-2010 经规标准〔2010〕42号

3 基础工程施工手册 中国计划出版社2002 年