桥梁钻孔桩坍孔问题的分析与研究

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【摘 要】桥梁钻孔灌注桩属于隐蔽工程，成桩过程中间环节多，在施工过程中往往容易出现质量事故，对此，为了确保成桩质量，最大程度防止坍孔、断桩等质量事故的发生，本人提出了一些自己的观点，首先分析了桥梁钻孔桩坍孔形成的原因，然后提出了施工中处治钻孔桩坍孔的有效预防及处理办法。

【关键词】桥梁；钻孔桩；坍孔；成因；预防；处理

前言

河道内钻孔灌注桩施工从现场准备、钻孔、清孔，到灌注水下混凝土，各个环节均易发生坍孔故障，因此施工单位应选派有经验的技术人员，结合地质情况，严格按规范施工，同时加强检测，防止坍孔现象发生。同时，提高各施工人员及机械操作手的质量意识，并贯穿于整个施工过程，共同处治坍孔缺陷，不断提高桥梁钻孔桩施工水平和施工质量。

一、坍孔原因分析

坍孔是指钻孔桩成桩过程中桩壁四周土体不连续而产生的裂隙、掉块和坍塌现象等。当桩壁四周土体的粘聚力与内摩擦角等发生变化，受桩体周围土体竖向应力、侧向压力、地下水压力等影响，达到临界状态，而出现不同程度的孔壁坍塌。（1）钻孔中经过砂砾、卵石层等透水性强的土质，由于孔内水流失而造成孔内水头高度不够引起坍孔。（2）泥浆比重不够及泥浆性能指标不符合要求，使孔内未形成坚实泥皮而坍孔。在泥浆指标性能中，泥浆比重是影响孔壁稳定的主要指标。泥浆比重增大，钻孔中泥浆对孔壁的压力也就越大，孔壁就越稳定；反之，泥浆比重过低，其护壁作用就会降低，坍孔的可能性就会增大，一般情况下，泥浆比重控制在 1.2～1.6。（3）护筒埋置太浅，下端孔口漏水，坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软，由于冲击振动引起塌孔。（4）在松散层中钻孔，进尺太快，孔避周围不坚实而发生坍塌。（5）清孔后泥浆比重、黏度等指标降低，孔内水位低于地下水位，清孔后停顿时间过久导致塌孔。（6）吊入钢筋骨架时碰撞引起孔壁塌孔。（7）地表水与渗流。若孔口附近排水不良或严重积水，地表水流就会通过渗流对孔壁产生渗透压力，就有可能会因孔壁发生管涌而发生坍孔。因此，钻孔前应将孔口一定范围的地表积水排除，以保持孔口排水通畅，防止地表水渗入孔内造成坍孔。

二、坍孔预防问题分析

根据上述坍孔原因，为提高钻孔的成孔率，防止坍孔事故的发生，必须做好以下工作：

1、钻孔速度要适当。在钻孔桩的成孔施工中，钻孔速度若过快，则孔壁未形成有效的泥浆膜，施工中易出现孔壁坍塌。而对于淤泥质等软弱土层，如果钻孔速度过快，孔径就会不规则，特别是砂、砂砾等土层，若钻孔速度过快，钻机会产生大幅摆动，而发生孔壁坍塌现象。所以应控制钻孔速度，钻孔速度应根据地质情况并参照规范选取。

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 1.0～1.5 m 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提高 0.5 m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≤3 m 时，可采用围堰筑岛式埋设护筒，若河床为淤泥或软土，应挖除换填黏土或沙土，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 3 m。当水深大于 3 m 时，采用平台式护筒。护筒本身质量，要求连接处能抗拉、抗压、不漏水。

3、避免孔内因水头不够引起砂层坍孔。桥梁桩孔多数都要穿过厚度不同的河床砂层，这些砂层普遍有极松散、高孔隙比、高透水性、高饱和、内磨擦角很小、内聚力为零等特点。所以砂层钻孔的首要问题就是在钻孔施工前必须详细了解掌握桥址各孔位的地质钻探资料，分析各种原因，根据力学原理计算，当护筒内支护力小于砂层侧压力时，可在筒内设置一定高度的水头，构成对孔壁的静水压力。这种静水压力连同孔壁的园环作用，使水中的钻孔壁保持稳定不坍，防止流砂坍孔。

4、护壁泥浆的配制和泥浆池的准备要符合规范。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黏土，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。

三、坍孔处理问题分析

1、在河床水位较深或汛期，严格控制护筒内水头高度，必要时应升高护筒，增加水头，确保水头相对稳定。

2、如果砂砾、卵石层发生孔内地主坍塌，应判明坍孔位置，回填土或黄土混合物到坍孔位置以上 1.0～2.0 m。严重坍孔应全部回填，待回填物沉积后，再进行钻孔，并掌握好泥浆比重和泥浆性能指标。

3、发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔。认真确定护筒埋设深度，孔位附近要尽可能整平，避免靠近较大坡度的坡脚处钻孔，防止钻头碰坍孔壁。

4、在松散砂土或流砂中钻孔时，应控制进尺速度，选用较大比重、粘度胶体率的泥浆，投入黏土掺卵石，使黏土膏、卵石挤入孔壁起护壁作用。

5、清孔时应指定专人补水，保证钻孔内必要的水头高度，供水管最好不要直接插入钻孔中，应通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中，可避免冲刷孔壁，清孔后停顿时间不要过久，灌注混凝土速度要快，以防坍孔。清除钢护筒孔内的沉碴或泥浆，将原埋入的冲（钻）头打捞出来。

6、在清孔后吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，防止碰撞孔壁，造成严重坍孔事故。

7、设置混凝土护筒基座。在松散的河床上进行钻孔施工，护筒常常因沉陷发生坍孔，为此，在钻孔施工中应采取在护筒底部设置混凝土底座的措施来解决坍孔问题，具体方法如下：①在护筒底部现浇宽 50～60 cm、厚 20～30 cm 的环状混凝土基座，其内径要比护筒直径小 2～3 cm。②将护筒设置在混凝土基座上，并在护筒回填黏土夯实，设置混凝土基座既弥补了护筒高度的不足，又使护筒底部孔壁得到加固，钻孔中即使发生轻微的坍孔，只要混凝土基座不倾斜、不下沉，就不会影响钻孔施工的正常运行，因而能有效地预防坍孔的发生。

四、结语

随着桥梁建设的发展，桥梁钻孔桩已被广泛采用。由于桥址处的水文和地质条件复杂，而在钻孔桩施工中工序较多，工艺流程互相衔接，主要工序都在水下及地下进行，不便监视，经常出现各种坍孔现象。坍孔事故不仅给正常施工带来众多困难，严重的坍孔还直接影响到施工以及工程进度，并造成较大的经济损失，所以深入的研究坍孔的成因及相关的处理预防措施是当前桥梁钻孔项目的重要课题。

参考文献：

[1]陈晏松.基础工程[M].北京：人民交通出版社，2002

[2]黄绳武.桥梁施工及组织管理[M].北京：人民交通出版社，2000

[3]王慧东.桥梁墩台与基础工程[M].北京：中国铁道出版社，2005