事故总结丨旋挖桩中深厚砂层泥浆控制和沉渣处理

导语：深厚砂质地层是旋挖钻机成孔施工时遇到较多的地层之一，若要顺利施工，一般必须采用泥浆护壁。但是当桩孔深度较大时，成孔过程中孔内泥浆含砂率就经常超标，使得护壁效果降低，容易诱发塌孔等事故；成孔后，孔底沉渣的厚度也往往超出要求，需要特殊处理才能保证钢筋笼下放和混凝土灌注正常施工，这样就降低了施工效率，增加了施工成本。因此，在解决了塌孔隐患之后，如何控制好泥浆的含砂率以及孔底沉渣厚度就成为砂层成孔的必然要求。


一、案例分析
河南三灵快速通道弘农涧特大桥工程，设计桩径1.8m，最大成孔深度86.5m，地质条件主要是硬塑粘土层和细砂土交互，其中细砂层累计厚度超过40m。地下水埋深浅，只有2m左右。成孔采用三一280钻机，配置508-6x15摩擦钻杆，钻斗为直筒截齿捞砂斗。
施工中遇到的主要问题是：表层地层较易塌方，增加了下护筒难度；在钻进过程中孔内泥浆的含砂率迅速升高，达10%以上，大大超出标准要求；成孔之后孔内沉渣厚度大，造成钢筋笼最后几米下放困难；孔内侧壁塌方，混凝土灌注超方近30m3。


二、问题分析
1、泥浆质量不佳，护壁效果差
现场实测了泥浆池内泥浆的比重和粘度，分别只有1.06和16s，明显低于该类地层对泥浆参数的要求。泥浆比重和粘度偏低会影响泥皮厚度和孔内侧壁泥浆压力，容易引发侧壁塌方和冲刷，砂土进入孔内泥浆后进一步降低了泥浆质量，形成恶性循环。
2、钻具提升速率过快，侧壁高速水流冲刷砂土
钻具提升时，顶部和底部形成一定程度的负压，提升速度越快，压差越大，水流速度越快。当钻具内部设置的流水通道不足以满足泄水要求时，水流将倾向于通过冲刷侧壁形成更大的流水通道，削减压差。在遇到不密实砂土层或内聚力低的粉质土或细砂土时容易将颗粒冲刷入泥浆，为沉渣增加了物料来源。
3、单次进尺深度过大
单次进尺深度过大，斗内满满的砂土在由孔底提往地面过程中易随泥浆的流动流入孔内。尤其是深孔，往往有几分钟的时间，在泥浆压差的作用下，渗流破坏了钻斗内上层侧壁留水口以上的土，土随泥浆自流水口进入孔内泥浆中。
4、过度孔底扰动
过度的孔底扰动，如关闭斗门时过多的反转，将造成孔底砂层的剧烈扰动，形成钻进过程孔底浮浆。孔底浮浆在下次钻进时被压入到钻斗上部，提升过程中进入泥浆，成为沉渣来源。
5、选用钻具不合理
现场使用了直筒钻斗，且保径条厚度只有1cm左右，钻斗侧壁同孔壁近乎直接接触，在有颈缩的地层将会亲密接触，粘连或负压将增加该层的损失，进而影响到相邻地层。钻具上开设的流水口位置过低，也增加了斗体内土的流失。
6、其他可能原因
在该类地层施工时，造成沉渣厚度偏大还可能的原因是：孔底活动底板与固定底板结合不紧密，将造成钻斗内渣土流失。成孔后静置时间过长，造成本来可以悬浮在泥浆中的细颗粒沉淀到孔底，造成孔底沉渣过厚。


三、解决措施
1、预防措施
（1）合理选择钻具。
深桩厚砂层桩孔钻进时宜选择锥形钻具，适当减小筒底直径，略微增加外侧保径条的厚度，最大限度降低钻具提升和下放过程对侧壁的扰动；钻具流水口设置在靠近筒壁顶部位置，以尽量减小筒内砂土在提升钻具过程中的流失。
（2）调整钻进方法。
单次钻进进尺要控制在斗内土在流水口以下的水平，以避免进入斗内的砂土自流水口进入泥浆中；钻进完成后，关闭斗门时尽量减少扰动孔底土，减少孔底渣土悬浮量；提升过程中，在易塌方地层对应的高程要适当降低提升速率，减少侧壁流水冲刷造成砂土进入泥浆。
（3）泥浆配置和管理。
初始配置泥浆时就应根据地层特点控制好泥浆的比重及粘度等指标，并选择优质膨润土。一般砂土地层泥浆池内泥浆比重要控制在1.1左右，粘度控制在18s左右。
砂土地层不可避免有砂土进入泥浆，需要着重加强泥浆的管理。可在回流泥浆口设置除砂设备，减小回流泥浆对池内泥浆的影响；避免将灌注混凝土最后部分含砂率大的泥浆流向孔内；及时检测泥浆池内泥浆的含砂率.比重和粘度，及时补充新泥浆。
2、二次清孔
(1)旋挖钻机专用清孔钻具清孔。
在孔深检验前用特制的清孔钻斗。清渣头清孔钻头应具有的特点是：外径适当减少；孔底不布齿而采用刮板；筒体.底板间严密配合减少漏砂等。

清孔钻头
（2）气举反循环二次清孔。
端承桩要求灌注混凝土前孔底沉渣厚度在50mm以内。为达到该标准，可借助灌注混凝土用的导管，利用空压机设备进行气举反循环清孔，见图1。因其直接将孔底沉渣自导管排出且返流速度快，不仅用时短，而且可以清除颗粒较大的沉渣。

图1.气举反循环清孔
3、紧凑的施工组织
孔底沉渣厚度与孔内泥浆静置时间是正相关的，静置时间越长，沉渣越厚，越容易出现塌方等事故，所以要加快钢筋笼搭接焊和下导管的速度。钢筋笼搭接焊可以增加人手，能用新工艺（如螺纹连接）的可以优先采用；下导管前事先连接每两节导管，做好导管长度搭配的设计，检查好导管间的螺纹连接可靠性；使用得力的作业平台等。
4、灌注混凝土措施
为减少二次清孔到混凝土灌注前这段时间孔底沉渣对成桩质量的影响，可采取如下两点措施：
（1）使用球阀闭水，减少导管内前端混凝土在灌注过程中遇水离析而增大孔底混凝土泛起阻力；
（2）在斗内混凝土达到一半左右时提升阀门灌注混凝土，同时要开足混凝土搅拌车马力向漏斗内灌注混凝土，以保证一定的混凝土高度和连续性，确保将孔底沉渣压返到混凝土面以上。


四、解决效果
按照上述措施处理后，成孔质量明显提高：孔内泥浆含砂率大幅降低至5%以内；一次清孔后下放钢筋笼顺利完成，二次清渣量明显减少；没有出现大的孔壁塌方，混凝土灌注量略高于设计用量，控制在了合同允许的1.06充盈系数以内。
小结
用旋挖钻机钻进深厚砂层时，要从泥浆配置、钻具选择、操作方法等方面做好预防砂土进入泥浆的措施；要做好施工组织，确保各工序间的有序连接，快速施工减少沉渣；
选择专用清孔钻具一次清孔，并借用混凝土灌注导管结合气举反循环二次清孔可确保沉渣厚度达标。