鉆孔灌注樁在較厚砂層成樁過程中影響因素分析

（河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

1 案例工程

1.1 工程概況

案例電廠項目位于陜西榆林，分兩期建設(shè)，選址在榆林市長城一線以北的毛烏素沙漠。項目所在區(qū)域地層情況從上至下如下：第一層，以細(xì)砂和粉細(xì)砂為主的第四系風(fēng)積巖；第二層，以細(xì)砂和粉土為主的第四系黃土狀粉土；第三層，以細(xì)砂和黃土為主的黃土層；第四層，侏羅系全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。其中，第一層厚度范圍在0.7-12.7m；第二層厚度范圍在0.6-35.1m；第三層厚度范圍在1.2-21.3m；第四層厚度范圍在2.0-5.5m。廠區(qū)地下水深度范圍在3-22m，局部最大埋深30m。整個廠區(qū)內(nèi)地基處理均采用旋挖鉆機成孔水下混凝土灌注工藝。根據(jù)建筑物承載力需求和地層差異，樁長設(shè)計范圍確定在20-45m，樁徑600-800mm，選定第四層風(fēng)化巖作為持力層，進(jìn)入風(fēng)化巖1.5m后終孔。該工程地質(zhì)砂層較厚，鉆機鉆孔過程中穿越砂層的平均厚度為23m，其中單層穿越砂層的厚度高達(dá)34m。

1.2 工程特點

該電廠樁基工程規(guī)模較大且工期緊張，合同約定樁基質(zhì)量須保證一類樁達(dá)到95%以上。這對施工單位人員和材料物資的組織能力提出了較高要求，進(jìn)入現(xiàn)場的機械設(shè)備需組裝后就進(jìn)入施工狀態(tài)。此外，由于工期緊張，施工現(xiàn)場三通一平執(zhí)行不到位，有些施工場地回填后沒有進(jìn)行及時碾壓。以上諸多因素為樁基施工的順利進(jìn)行帶來了不利影響。整個樁基施工過程中出現(xiàn)的事故匯總情況見表1。

表1 案例項目樁基施工過程中出現(xiàn)的事故類型匯總

2 施工影響因素分析

從表1可見，案例工程在樁基施工過程中由于人為因素、施工機械設(shè)備因素以及地層條件因素發(fā)生的施工事故有21起，具體因素分析及應(yīng)對措施如下。

2.1 機械設(shè)備因素

從表1可知，機械因素導(dǎo)致的施工事故有10次，其中鉆機鉆進(jìn)塌孔2次，埋鉆頭2次，持力層進(jìn)尺困難6次，占整個樁基施工事故的47.6%。分析原因是：樁徑大部分為800mm，僅少部分為600mm，4次事故（塌孔2次、埋鉆2次）均為當(dāng)施工樁徑600mm樁基時，因鉆頭尺寸不匹配導(dǎo)致鉆進(jìn)中倒土困難，鉆進(jìn)到一定深度后孔內(nèi)水壓增大，對與孔徑不匹配的鉆頭產(chǎn)生向外擴張的力，導(dǎo)致鉆頭掛壁，出現(xiàn)塌孔或埋鉆事故。6次持力層進(jìn)尺困難的主因是鉆機功率不滿足風(fēng)化巖鉆機動力要求，當(dāng)鉆到風(fēng)化巖時鉆頭開始打轉(zhuǎn)，鉆頭提出后發(fā)現(xiàn)鉆機斗齒已磨平，增加了成孔作業(yè)時間。

2.2 地層因素

從表1可知，地層因素引起的施工事故有8次，占所有施工事故的38.1%。究其原因是案例項目施工成孔過程中需要穿透平均厚度23m的砂層，且項目區(qū)域地下水位高，導(dǎo)致砂層粘聚力低且受到干擾后容易出現(xiàn)流砂，繼而發(fā)生塌孔和縮徑事故。因現(xiàn)場場地平整不到位，部分鉆孔護筒埋設(shè)沒有進(jìn)入回填土或者粉土范圍內(nèi)，在進(jìn)尺和提鉆過程對護筒的沖刷作用下，容易出現(xiàn)鉆孔塌陷事故。

2.3 人為因素

從表1可知，人為因素引起的施工事故有3次，其中塌孔事故2次，埋導(dǎo)管事故1次，占施工事故總次數(shù)的14.2%。施工現(xiàn)場主發(fā)電機突然出現(xiàn)故障且備用發(fā)電機因管理不善無法第一時間開機運行，導(dǎo)致鉆孔砂層中的化學(xué)泥漿供應(yīng)不足，孔內(nèi)泥漿液面降低，當(dāng)漿液液面低于護筒底時，護筒底開始出現(xiàn)流砂，幾分鐘后孔壁坍塌。而導(dǎo)管被埋是因為攪拌站供料不及時，孔內(nèi)已灌入的混凝土達(dá)到初凝，導(dǎo)致導(dǎo)管無法拔出。由于項目遠(yuǎn)離市區(qū)，商品混凝土無法滿足遠(yuǎn)距離供應(yīng)需求，因此項目部自立攪拌站，但攪拌站管理人員與現(xiàn)場調(diào)度未有效溝通，混凝土主材水泥現(xiàn)場無足夠存貨，且對現(xiàn)場已成孔的灌注樁方量計算有誤，未考慮厚砂層鉆孔過程中局部地層會出現(xiàn)充盈系數(shù)偏大情況，結(jié)果一時間無水泥可生產(chǎn)混凝土，導(dǎo)致埋管現(xiàn)象發(fā)生。所幸現(xiàn)場剛完成出灌，經(jīng)第一時間聯(lián)系多家水泥商供貨，導(dǎo)管拔出后利用旋挖鉆機將出灌混凝土及時鉆出，確保了樁孔安全。

3 施工影響因素應(yīng)對措施

3.1 機械因素影響應(yīng)對措施

機械設(shè)備因素引起的施工事故主要是因為設(shè)備選型與施工需求不匹配。經(jīng)選型分析，確定在較厚砂層區(qū)域進(jìn)行旋挖鉆機成孔時選用功率較大的鉆機型號，鉆頭類型宜采用合金鉆頭，鉆頭魚尾宜尖不宜鈍，這樣有利于鉆頭在機械力和重力作用下刺入破壞砂層，在重要的易損構(gòu)件上加焊合金，提高鉆頭壽命，選用鉆頭的直徑根據(jù)施工孔徑的不同比設(shè)計孔徑小20mm，這樣有利于成孔的質(zhì)量控制。

3.2 地層因素影響應(yīng)對措施

認(rèn)真分析項目勘察資料和項目毗鄰區(qū)域地質(zhì)情況，是在較厚砂層地質(zhì)條件下開展鉆孔灌注樁施工的前提。確定不同區(qū)域內(nèi)護筒的埋設(shè)深度和直徑；根據(jù)地層的不同選用對應(yīng)的鉆頭模具，提高鉆進(jìn)效率，縮短成樁時間，降低塌孔風(fēng)險；現(xiàn)場施工時需根據(jù)地層情況采取合理安全的成孔間距，通過跳打成孔等措施保障成孔的安全；根據(jù)地層情況調(diào)整鉆進(jìn)該地層時需要的漿液濃度，控制漿液泵量，在粉細(xì)砂層可往孔內(nèi)投入木屑加強護壁效果；根據(jù)地層情況選擇合適的鉆進(jìn)速度，鉆進(jìn)砂層時速度減慢，減少事故概率。

3.3 人為因素影響應(yīng)對措施

從表1可見，3次人為因素事故的根本原因是施工現(xiàn)場管理人員組織工作不到位，之所以組織工作不到位是因為施工管理人員沒有對較厚砂層地質(zhì)情況給予足夠重視，特別是對砂層覆蓋厚度較深區(qū)域沒有采取足夠準(zhǔn)備，這也充分體現(xiàn)出樁基礎(chǔ)施工現(xiàn)場組織管理和不同工種之間協(xié)調(diào)的重要性。針對此類問題，首先要根據(jù)工程特點制定切實可行的施工措施和應(yīng)急預(yù)案，并做好現(xiàn)場安全技術(shù)交底工作，確保現(xiàn)場施工人員對方案內(nèi)容和要點完全明了，控制施工現(xiàn)場因停電、停水以及外圍設(shè)備故障等因素引起的施工損失。同時要加強對施工現(xiàn)場作業(yè)人員的技能培訓(xùn)和安全教育，確保每個環(huán)節(jié)的作業(yè)人員對所負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的工作職責(zé)清晰明了，應(yīng)制定人員獎罰措施，對出現(xiàn)人為失誤的行為給予嚴(yán)肅處理，造成損失的需要落實到責(zé)任人來承擔(dān)后果。

4 結(jié)語

通過對案例項目施工事故的分析得出，在較厚砂層中進(jìn)行水下灌注樁施工時，應(yīng)采取以下措施提高施工效率：1）根據(jù)項目實際情況選用性能符合要求的施工設(shè)備；2）施工前必須分析前期勘察資料和相鄰區(qū)域地質(zhì)情況，針對不同區(qū)域地質(zhì)情況及時調(diào)整施工方案和應(yīng)急預(yù)案；3）做好現(xiàn)場各工種組織協(xié)調(diào)工作以及人員安全教育培訓(xùn)工作。