福建沿海地區(qū)軟弱地基鉆孔灌注樁塌孔預(yù)防及處理

■林劍鋒

（中建海峽建設(shè)發(fā)展有限公司市政交通工程分公司，福州 350000）

0 引言

鉆孔灌注樁是橋梁工程中最常見的基礎(chǔ)形式，具有較大的承載能力、穩(wěn)定性能和協(xié)調(diào)沉降等優(yōu)良特性。鉆孔灌注樁通常作為濱海相、湖泊相等軟弱地基下橋梁工程首選的基礎(chǔ)類型。

軟土地基一般含水量大，抗剪強(qiáng)度極低，鉆孔灌注樁在成孔過程中，經(jīng)常容易出現(xiàn)塌孔事故，嚴(yán)重影響成樁質(zhì)量和工期，威脅工程人員生命財(cái)產(chǎn)安全，必須予以重視[1][2]。

本文結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，分析現(xiàn)場塌孔事故出現(xiàn)的原因，介紹塌孔事故的處理方法，并對接下來的施工控制提出預(yù)防性措施。

1 工程概況及塌孔事故情況

福州地區(qū)某跨江特大橋全長1546m，單幅橋?qū)?6m，共40孔。主橋?yàn)?0m+120m+70m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁。引橋?yàn)?0m、40m先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。全橋墩柱及橋臺(tái)均為樁基礎(chǔ)，共計(jì)204根，樁徑1.6m～1.8m，樁長67m～84m不等。橋梁計(jì)劃施工工期2年。

樁基均采用鉆孔灌注施工工藝，采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔。泥漿采用塑性指數(shù)為26的優(yōu)質(zhì)粘土配制而成，試驗(yàn)得到相對密度為1.2左右，粘度為26Pa·s。

在施工初期，該項(xiàng)目多次發(fā)生樁基塌孔事故，具體情況可以分為三種塌孔形式：

（1）成孔后，鋼筋骨架入孔前發(fā)生塌孔；

（2）鋼筋骨架入孔后，灌注混凝土前發(fā)生塌孔（見圖 1）；

（3）灌注混凝土后發(fā)生塌孔（見圖2）。

2 樁基塌孔成因分析

根據(jù)此次樁基塌孔事故，分析得到造成塌孔的原因有以下幾個(gè)：

圖1 軟弱地基塌孔事故現(xiàn)場

圖2 軟弱地基塌孔事故現(xiàn)場

（1）地質(zhì)軟弱是樁基塌孔的最重要的外部因素。以福州地區(qū)為例，地形地貌屬于典型的河口盆地，平原地帶主要由河流沖積和海水淤積而成。地質(zhì)表層存在較厚的淤泥或淤泥質(zhì)土層。該類土層含水量高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低，部分土層含砂率高，粘聚性能較差，輕微擾動(dòng)或加載即產(chǎn)生較大變形和流動(dòng)，從而引起塌孔。工程地質(zhì)問題屬于施工過程中的不可控因素。

（2）護(hù)壁泥漿質(zhì)量較差，護(hù)壁破壞導(dǎo)致塌孔。目前樁基施工隊(duì)伍大多缺乏對泥漿質(zhì)量和泥漿管理的重視，導(dǎo)致泥漿形成不了護(hù)壁泥膜或形成的護(hù)壁粘附力差，且容易脫落，在砂性土層易于塌孔。

（3）鉆機(jī)操作失誤或經(jīng)驗(yàn)不足，升降擺動(dòng)撞擊破壞泥漿孔壁，在松軟砂層中鉆進(jìn)，進(jìn)尺太快等都可能導(dǎo)致塌孔。

（4）鋼護(hù)筒長度不夠，護(hù)筒底部滲水滲沙。鉆孔樁孔口是塌孔的薄弱部位，鋼護(hù)筒可以防止孔口坍塌。一般工程圖紙中護(hù)筒長度采用經(jīng)驗(yàn)值，護(hù)筒底部剛進(jìn)入淤泥質(zhì)土層或流砂層，地下水從護(hù)筒底部涌入導(dǎo)致塌孔。

（5）周圍堆載重物或機(jī)械振動(dòng)引起超孔隙水壓力導(dǎo)致塌孔。鉆孔灌注樁屬于非擠土樁，本身不會(huì)產(chǎn)生超孔隙水壓力。但鉆孔施工破壞了原始土層的力學(xué)平衡，土層應(yīng)力得到釋放，土體及靜水形成對護(hù)壁的側(cè)壓力。孔內(nèi)穩(wěn)定液對孔壁產(chǎn)生支撐力，可以阻止孔的坍塌。但當(dāng)周圍堆載重物或者土體振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生超孔隙水壓，使得坍塌力大于抗塌力，導(dǎo)致孔壁破壞。

3 塌孔事故的提前預(yù)判

在鉆孔過程中如發(fā)現(xiàn)井孔護(hù)筒內(nèi)水（泥漿）位忽然上升溢出護(hù)筒，隨即驟降并冒出氣泡，出渣量顯著增加而不見進(jìn)尺，鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加，應(yīng)懷疑是塌孔征象。可用測深儀探頭或測深錘探測，施工工地現(xiàn)場一般采用測深錘。若在混凝土灌注中，原停留在地內(nèi)的測深錘不能上拔或放入測深錘，測得的孔深與原孔深相差較大，可證實(shí)屬塌孔。

判斷塌孔程度可以采用塌孔率來定量分析和評價(jià)，或者根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來定性判斷。

4 施工現(xiàn)場塌孔預(yù)防措施

針對上文提到的幾種會(huì)引起塌孔事故的不規(guī)范施工，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)有效的預(yù)防措施。

（1）泥漿護(hù)壁是防止塌孔的一道安全防線，施工現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格按照 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求控制泥漿密度、粘度、膠體率、PH值等性能指標(biāo)。對于軟弱地基，護(hù)壁泥漿的控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)就高不就低，實(shí)踐證明，可采用高塑性黏土或膨潤土泥漿替代一般泥漿，增加泥漿重度和粘附性能，增強(qiáng)護(hù)壁施工質(zhì)量。

（2）選擇具有豐富經(jīng)驗(yàn)的鉆孔施工隊(duì)伍，同時(shí)規(guī)范鉆孔操作流程，嚴(yán)格控制成孔垂直度誤差，在軟弱土層應(yīng)適當(dāng)放慢鉆進(jìn)進(jìn)度，減少土層撓動(dòng)。安排較為熟練的技師操作鉆機(jī)機(jī)械，減少升降鉆機(jī)操作的擺動(dòng)。

（3）施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況確定護(hù)筒長度和埋置深度。對此，文獻(xiàn)6中6.3.5章節(jié)對護(hù)筒埋置深度做了詳細(xì)規(guī)定，對于水下施工的鉆孔灌注樁，護(hù)筒高度應(yīng)加高加深，必要時(shí)應(yīng)打入不透水層。橋梁樁基施工時(shí)可以參考文獻(xiàn)6該條規(guī)定執(zhí)行。超長鋼護(hù)筒現(xiàn)場施工如圖3所示。

圖3 超長護(hù)筒預(yù)防塌孔方式

（4）樁基施工期間，注意減少周邊重物堆載，停止不必要的機(jī)械施工，禁止大型車輛附近通過。另外，施工之前，可以對周圍土體進(jìn)行強(qiáng)夯處理，改善土體的物理力學(xué)性質(zhì)和工程特性，提高鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性。

5 塌孔事故后續(xù)處理

塌孔事故發(fā)生后，應(yīng)根據(jù)塌孔程度和實(shí)際情況，具體問題具體分析，根據(jù)塌孔的破壞程度采取不同的處理方式來解決。

（1）對于輕微塌孔，穩(wěn)定后不影響后續(xù)樁基施工質(zhì)量。可以采取增大泥漿比重，提高泥漿水頭，增大水頭壓力等措施，從而提高孔內(nèi)穩(wěn)定液對孔壁的支撐力，防止塌孔進(jìn)一步產(chǎn)生。

（2）對于塌孔不深，處理后可以繼續(xù)施工的，可改用深埋護(hù)筒。將護(hù)筒深入到性能較好的土層，并對護(hù)筒周圍夯實(shí)，利用護(hù)筒形成圍堰平臺(tái)，抵抗土體側(cè)壓力。

（3）對于塌孔嚴(yán)重，無法繼續(xù)鉆孔施工時(shí)，需要將鉆頭提起，待對區(qū)域進(jìn)行處理后重新成孔。

常用的處理方式有：

①回填法是最簡易常用的塌孔處理方法。鉆孔用砂類土或礫石土回填，或采用粘質(zhì)土并摻入5%～8%的水泥砂漿，應(yīng)等待數(shù)日待回填土沉實(shí)后，重新鉆孔。重新鉆孔應(yīng)總結(jié)塌孔產(chǎn)生原因，施工中給予重視，采取本文第4節(jié)第1點(diǎn)提到的預(yù)防穩(wěn)定措施，避免二次塌孔。

②扁擔(dān)樁基法適用于原孔位處理困難的情況。扁擔(dān)樁是廢棄原樁，在原樁位兩側(cè)增加兩根小樁，以彌補(bǔ)原樁基廢棄造成的承載力不足的問題。

③地基改造適用于橋梁工程大直徑樁基礎(chǔ)，一般采取點(diǎn)狀局部地基處理方式。通過對于樁基范圍的地基土體進(jìn)行改良，徹底消除塌孔隱患。例如：香港五號干線前期工程采用周邊鉆孔灌漿的方式對周邊土質(zhì)進(jìn)行改造[3]。虎門商貿(mào)站城鐵鉆孔樁塌孔采用高壓旋噴樁對樁基周圍進(jìn)行固結(jié)處理，再在原址進(jìn)行鉆孔二次成樁[4]。杭州灣跨海大橋北航道橋采用單管高壓旋噴工藝進(jìn)行地質(zhì)加固[5]。

理論上，軟弱地基的改良方式都可以用于塌孔區(qū)域的地質(zhì)處理，應(yīng)力釋放孔、降壓砂井等方法在處理樁基塌孔中都有應(yīng)用。塌孔處理應(yīng)該根據(jù)施工現(xiàn)場情況，就地取材，綜合考慮工期、造價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)、效益，選擇合理的處理方式。

6 結(jié)論

（1）樁基塌孔是江河入海口軟弱地基橋梁工程常見的樁基施工事故，應(yīng)以“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的施工思路，施工前期予以高度重視。

（2）地質(zhì)軟弱是樁基塌孔的最重要的外部因素，施工隊(duì)伍現(xiàn)場施工不規(guī)范也是樁基塌孔的重要因素，在施工過程中必須予以重視。

（3）該區(qū)域橋梁樁基施工中要注意加強(qiáng)對施工隊(duì)伍的管理，規(guī)范鉆孔操作流程，嚴(yán)格把控原材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（4）樁基施工成孔后建議委托相關(guān)有資質(zhì)的單位進(jìn)行成孔質(zhì)量檢測，確定無相關(guān)塌孔跡象，保證成孔完好后再進(jìn)行下一步的施工步驟。

（5）樁基塌孔處理應(yīng)遵循“安全可靠，經(jīng)濟(jì)適用”原則。地基加固處理是較為可靠的塌孔處理方式，但造價(jià)較高，應(yīng)具體問題具體分析，合理選擇事故處理方式。

[1]郝玉龍.深厚結(jié)構(gòu)性軟土部分處理地基固結(jié)沉降性狀及工程應(yīng)用[D].浙江：浙江大學(xué)，2002.

[2]王中文.鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性的影響因素研究[J].公路交通科技，2011，28（1）：86-90+95.

[3]湯捷.香港五號干線前期工程大直徑鉆孔樁塌孔事故得處理[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2005，（1）：6-9.

[4]陳培新.鉆孔樁塌孔后高壓旋噴二次成樁技術(shù)應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2015，（02）：78-79.

[5]彭修權(quán)，羅超云.樁基施工中塌孔與串孔漏漿的處理[J].公路，2006.06（6）：216-218.

[6]JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].