浅谈钻孔灌注桩在成孔过程中塌孔原因分析及处理办法

        目前湖北省及中南地区比较成熟的工业与民用高层建筑桩基施工技术普遍采用钻孔灌注桩，其优点是较锤击桩、管桩对周围环境噪声污染较小；能建造比预制桩的直径大而深多的桩，桩身直径从普遍常见的800mm 到超高层用长螺旋钻成孔2000mm-3000mm直径的桩，深度甚至可达惊人的 50米，这是其他桩基施工工艺所不能比拟的，并且在各种地基上均可使用， 因此是设计师们首选的桩基施工技术。 正所谓优点越多，其伴随的缺点是并存的。比如混凝土是在地下泥水 中灌注的，因此桩身混凝土质量较难控制。费工费时，成孔速度慢，生成 大量泥渣，文明施工较难控制，污染环境。成孔时遇到不良地质易塌孔， 遇地下承压水甚至反水、窜孔，大面积坍塌，如果遇地下流动水，甚至无 法成孔，需采取截水、降水或其他护壁措施，成本相对较大。 实际在桩基施工过程中，确实经常会碰到塌孔现象，那么，造成塌孔 原因有那些呢？遇到塌孔，应该采取什么样的措施呢？

        案例：黄冈市某高层住宅楼项目，规划用地面积75305.1㎡；总建筑 面积243098.76㎡；地下车库建筑面积56545.6㎡；建筑高度99.8m，±0.000 相当于绝对高程20.700m。地下室地基与基础形式：钻孔灌注桩基+承台， 主楼：钻孔灌注桩桩基+筏板；桩端持力层为（层）中风化砂岩。成孔时 以进入持力层深度（Ld）和有效桩长(L)双控。桩径800mm，桩端进入持力 层深度不小于8m，有效桩长不小于26m。西边紧邻一人工河，枯水期，其 水位与场地地面基本持平；雨季汛期河水位暴涨2米高。根据该工程《岩土工程勘察报告》工程地质分层表第○4 层土为淤泥 质黏土夹中砂，埋深0.5-8.5m，层厚2-17m，分布大部分地段。又根据地 下水类型“淤泥质黏土夹中砂中含有少量孔隙水”，但实际施工过程中， 第○4 层土含水丰富，形成负压，成孔过程中或安放钢筋笼过程，反水塌 孔，不断清空，扩孔过大，造成灌注桩充盈系数超大，甚至浇灌时塌孔， 钢筋笼被埋填，只得回填，无法成孔，桩基被迫停止施工。 分析塌孔可能产生的原因： 1 、泥浆稠度小，护壁效果差，出现漏水； 2 、护筒埋置较浅，周围封堵不密实而出现漏水； 3 、护筒底部土层厚度不足，护筒底部出现漏水，造成泥浆水头高度 不足，对孔壁压力小； 4 、在松软的砂层中进尺过快，泥浆护壁形成较慢，孔壁渗水 5 、钻进时中途停钻时间较长，孔内水头未能保持在孔外水位或地下 水位线以上2.0m，降低了水头对孔壁的压力 6 、提升钻头或安放钢筋笼时碰撞孔壁，造成壁膜破坏漏水； 7 、清孔后未能及时灌注混凝土，放置时间过长； 8 、地下含有大量孔隙承压水； 9 、人工河水位高于场地地下水，第○4 层淤泥质黏土夹中砂土质分布较广，明水与地下水形成压力差； 10、地勘报告与实际不符，地下含大量砂化层，钻孔破坏原有地貌， 地下水在负压作用下涌水 11、钻孔施工方法不当，当基础为多桩承台时，桩距较小，未采取跳 打措施（跳打距离不小于4倍桩径）或跳打距离过小，桩与桩之间钻孔间 隔时间过短，或灌注砼后，桩基砼未终凝，紧邻旁边钻下一根桩孔，都易 造成窜孔、塌孔。 采取的措施： 1 、通过加大用膨润土和化学纤维调制的泥浆比重，达1.3（但不可 过大，过大会造成桩身质量问题），循环置换泥浆护壁，仍不能起到明显 作用，反水塌孔依旧。②、在原桩位回填粘土，回填高度2m，加大护筒埋置深度，长度达4米， 通过增加孔内水位，以保持对地下水的正压力。此方法经测试2根桩后具 有一定效果，但因场地过大，不可能全部回填增加高程，一填一挖土方量 巨大，造价过高，且不能保证不再塌孔，遭业主否决。 ③、打降水井，抽排地下水。因场地过大，地质起伏较大，桩位实际 地质状况与地勘报告有出入，需要补勘，但工期不允许，造价也超出清单 暂估价。且经咨询岩土专家意见，地下存在孔隙承压水或负压水不宜通过 降排水降低地下水位，灌注桩身砼时，因地下水在流动，孔内水向降水井 内渗透，易带走桩身砼水泥浆，造成桩身砼蜂窝不密实，甚至断桩，非常 影响桩身砼质量。 ④、沿建筑物外围增设止水帷幕桩，经测算，造价过高，超出清单暂 估价，被否决。 ⑤、改变成孔方法：采用反循环钻成孔，此方法单桩造价相对旋挖钻 造价较低。采用此方法钻孔测试了5根桩，效率低下，且垂直度偏差较大， 刚进入强风化岩石层，掘进速度极慢，钻头被弹歪，偏离轴心，效率低下， 成孔时间太久，效率是旋挖钻的0.5倍，且塌孔仍然发生，放弃此方案。 ⑥、采取打拔长护筒钻孔，经测算，造价相对较低，多方咨询类似项 目有过成功案例，将此方案报送业主审核，经业主审计部门和技术部门审 核通过，决定采取打拔长护筒护壁钻孔。护筒内径按桩径+200mm，根据前期旋挖钻开始塌孔时的深度及钻出 的土样，确定长护筒长度12米，壁厚20mm，每台旋挖机配5个长护筒， 长护筒打入地下时间5分钟内可完成，水下砼灌入后，边震动，边拔护筒， 拔出时间3-5分钟内完成，长护筒可循环使用。实施后，有实质性的效果， 杜绝了塌孔现象，无需泥浆护壁，现场文明施工得到改善，成桩率100%。 每台桩机工作15个小时，可完成5根桩基。缺点是：桩径实际大于设计值， 充盈系数大于定额给出的1.25，达到1.30以上，后期结算存有争议。 从此案例中，分析得出，旋挖钻比较适用于淤泥质土、粘土、粉质粘 土、强风化岩层，中风化岩层均能轻松掘进，桩身垂直度和钻孔深度可通 过操作室内电子显示屏即时传递数据。但遇到含有大量孔隙承压水的夹砂 层，因地质原因或因机械操作或因人为操作不当或因打桩顺序不当均易造 成塌孔。 遇到塌孔，我们首先要结合地勘报告分析钻出的土样或岩样是否与地 勘报告相符，土质分布状况和地下水分布情况，采取合理而经济的护壁措 施保证成孔及桩身质量。其次，如地勘报告数据与现场实际不符，必要时 需采取补勘措施，以获得确切详实的数据，从而采取最合理且经济的措施， 原则是在符合设计与规范要求，保证桩身质量的同时，还要考虑成本问题。 其他方面，施工方案的可实施性，包括打桩机械的选择，打桩路线的选择， 造浆原料的选择、泥浆比重的控制、成孔速率，安放钢筋笼时防碰壁措施、 打桩时间间隔的控制等均应在施工方案中详细考虑。特别是打桩路线的选 择，桩基跳打距离不小于桩径的4倍。 实际上，在实际操作过程中，我们还会遇到各种意想不到的问题。比 如，旋挖桩机卸土时会产生震动，如护筒埋置过浅，会造成桩孔上部坍塌； 卸土堆积距桩孔过近或堆载过高，也会造成突然塌孔。另外场地内各种机 械设备如吊车，渣土车、装载机运行时等也会对桩孔产生影响，因此，这 些因素也是在施工时要考虑的问题，施工方案结合实际尽可能考虑详尽， 给出各种预案，并落实方案的交底，才能做到事前的控制，减少或避免意 外问题或事故的发生，才能真正给企业带来效益。