张 有 为
(湖南理大交通科技发展有限公司，湖南 长沙 410003)
洞庭湖区超长钻孔灌注桩施工技术研究
张 有 为
(湖南理大交通科技发展有限公司，湖南 长沙 410003)
为解决湖区复杂工程地质条件下的超长桩施工关键技术问题，依托洞庭湖区某高速公路超长桩施工工程，总结了塌孔、缩颈及断桩的成因，分析了土质、水、施工工艺及施工机械对成桩质量的影响，提出了湖区超长桩施工技术及突发事故的应急对策。
湖区，超长桩，钻孔灌注桩，施工技术
0 引言
当前，针对软弱地基的桩基处治技术得到了越来越广泛的应用，湖泊河流地区作为一种典型的受干湿循环影响较为频繁的地区，其土体强度随水位上升下降影响波动较大，目前国内外对于湖区干湿循环环境下的超长桩施工技术研究较少，本文以洞庭湖区高速公路超长桩工程为依托，开展湖区超长钻孔灌注桩施工技术研究，以期为类似桩基工程的设计与施工提供工程参考。
1 工程概况
洞庭湖周边区域分布着大面积的软土，属于湖相软土地基沉积区，该区域普遍表现出地势低平、土壤软弱的地质特点。位于洞庭湖区的某高速超长桩施工现场无基岩露出，地勘报告表明，工程沿线地段分布有相对较厚的湖相沉积岩，其厚度平均值不小于18.0 m，沿线砂土层厚度普遍在28.0 m左右，砂土层下全风化花岗岩层，钻孔情况如图1所示。沿线原地面标高在26.82 m左右，调研结果表明该区域存在较高的地下水位。针对上述地质情况，本工程所设计桩基桩长普遍在60 m以上，桩径不低于800 mm，系大直径超长钻孔灌注桩。
2 湖区超长钻孔灌注桩施工技术要点
2.1 大直径超长钻孔灌注桩主要施工工艺流程
结合洞庭湖周边软土类工程地质以及施工便捷程度考虑，决定选取钻孔灌注桩施工工艺进行地基处理，对施工技术进行总结，得到施工工艺流程如图2所示。
2.2 湖区超长钻孔灌注桩施工技术难点
洞庭湖区的湖相软土地质条件给该区域超长钻孔灌注桩施工造成了很大的困扰，增大了施工难度，将引发一系列质量问题，总结如下：
1)由于上层土体的自重压力作用，钻孔后出现孔壁岩土内缩现象，极易引起孔壁失稳，进而出现塌孔事故。
2)由于孔隙水压力以及土压力对钻孔造成影响，将诱发缩颈事故，即钻孔内径变小。
3)随着混凝土浇筑施工的进行，导管底端将逐步远离孔底，底部混凝土极易出现稀释情况，增大了混凝土凝固难度，若此类凝固情况不佳的混凝土存在于桩身部位，极易导致出现断桩事故。
2.3 影响湖区超长桩成桩质量的主要因素
1)土质。
对超长桩成桩质量而言，土质不良极易导致孔壁的坍塌，砂土、粘土即为该类不良土质，其中又以砂土为甚。洞庭湖周边区域广泛分布着湖相沉积土，该区域上层分布为粘土，中层即分布着厚度较大的砂性土，其下则为深度较大的全风化沉积岩。另一方面，室内试验结果表明，工程涉及的浅层粘土以高液限粘土为主，亦为不良土质，使得孔壁坍塌事故发生的概率增大。
2)水。
在超长桩施工过程中，钻孔时孔壁内外的静水压力平衡十分关键，是成桩的控制因素之一，一旦出现失衡，极易引发塌孔、缩颈等事故。与之相应的，洞庭湖湖区地下水活动频繁，且水位较高，在其影响下，钻孔内部往往存在渗流现象，严重时会出现管涌，这些都是诱发孔壁坍塌、断桩等质量事故的因素。
3)施工技术。
对于湖区软土区域内的钻孔灌注桩建设过程，很多施工细节制约着成桩质量，稍有不慎即将导致桩体不合格，因而合理的施工手段及技术安排十分重要。在背景工程施工过程中，出现了很多由主观原因造成的质量问题，包括钻孔时钻头与孔壁出现碰撞，使得钻孔过大、偏斜；钻孔至砂土层时未能控制好钻进速度，导致护壁泥浆与孔壁间的粘结情况不良等，都将使得成桩效果出现问题。
3 超长钻孔灌注桩施工过程中事故发生的原因及对策
超长钻孔灌注桩因其较高的钻孔和成孔深度，在施工过程中，难以保证成孔及成桩质量。本文依据超长钻孔灌注桩的施工实践，借鉴国内外先进经验，分析其事故原因，并提出处理措施。
3.1 斜孔、串孔的原因及防治措施
在超长钻孔灌注桩的施工过程中经常会发生斜孔、串孔现象。
由于护筒埋置深度浅，易造成串孔。鉴于此，其最好的处置措施即为增加护筒的埋置深度。
钻机自重小、钻杆刚度小、抗扭能力差，钻机的磨盘位置不当，土层结构变化等是造成斜孔现象的主要原因。其防治措施如下：根据工程实际情况选择合适的钻机；钻孔时要始终保证磨盘处于水平状态；遇到土层结构变化处应及时更换钻头类型。
3.2 塌孔、错台、缩颈和扩孔的原因及防治措施
缩孔现象常出现在软塑状态和流塑状态的粘性土层，究其原因在于钻孔时泥浆稠度不够。因此为防治缩孔现象，需根据工程情况，适当增大泥浆比重、粘性及稠度，增加钻头的直径进行扫孔处理。
泥浆稠度小、钻孔过程中钻头及钢筋笼与孔壁的刮擦、孔壁渗水、混凝土灌注时间长等是造成塌孔、扩孔的主要原因。塌孔和扩孔的防治措施如下：
1)钻孔过程中应适当增大泥浆比重。
2)尽量避免钻头及钢筋笼对孔壁的刮擦。
3)尽量减少混凝土的灌注时间。
4)可采用挤压套筒或滚压直螺纹连接的方式安装钢筋笼，减少安装时间。
5)塌孔发生后可重新回填土，待土基本固结后，重新开钻。
土层中存在弧石或存在倾斜的软硬土层变化处是造成错台的主要原因。其最好的防治措施为：
1)向孔内投入混凝土，待孔内石头胶结后，重新开钻。
2)在软硬土层变化且呈倾斜状处，应减速慢钻，并反复提钻扫孔。
3.3 卡钻、糊钻的原因及防治措施
造成卡钻现象主要是因为在钻进过程中遇到坚硬岩石。其防治措施为：
1)如遇到岩层，应更换合适的钻头，进行减压低速慢钻。
2)在钻进过程中应注意钻机钻压、扭矩、转速、电压等参数，如果这些数据突然发生变化，应立即停钻。
3)如发生卡钻，则应慢速反转退出，清理孔底。
造成糊钻的主要原因为孔内粘土粘性大、厚度深。其处治措施为:
1)选择钻速较快的钻机。
2)根据桩径和土质情况，选择合理的钻头型式，并对钻头进行改进。
3)降低钻压，上下提降钻头，及时更换被糊的钻头。
4)适当降低泥浆的比重。
3.4 沉渣过多的原因及防治措施
沉渣过多主要原因为：清孔方法不当；孔壁剥落、坍塌现象严重，清孔泥浆指标控制不当。其防治措施有：
1)宜采用反循环清孔方式对超长钻孔灌注桩进行清孔，彻底清除沉渣。
2)若采用正循环清孔，则应增大泥浆泵量，提高泥浆循环速度，增强泥浆携带钻渣的能力，用优质膨润土和化学外加剂如纯碱提高泥浆粘度，以减缓砂粒沉淀速度。
3.5 钢筋笼上浮的原因及防治措施
钢筋笼上浮的主要原因为：混凝土灌注过程中，其产生的涌动力大于钢筋笼的自重，从而使得钢筋笼上浮。
防治措施：
1)对钢筋笼进行固定，如将钢筋笼固定在护筒顶部施工平台。
2)加快灌注速度，延迟混凝土的初凝时间。
3)钢筋笼上升时，停止浇灌混凝土，检查埋管深度，拆除部分导管，保持埋管1.5 m～2 m，导管钩挂钢筋笼时，要下降导管，转动移位脱钩后上提。
3.6 断桩、埋管、卡管的原因及防治措施
造成断桩的主要原因有：混凝土坍落度大；浇灌过程不连续；灌注过程中发生埋管、卡管；发生坍孔现象。
造成埋管的主要原因有：导管在混凝土中掩埋时间过长。
造成卡管的主要原因有：骨料级配不合理；产生局部初凝现象的混凝土直接用于灌注。
断桩、埋管、卡管的防治措施有：使用合适的混凝土配合比，同时保证连续、快速的混凝土灌注。
3.7 混凝土灌注不连续的原因及防治措施
混凝土灌注不连续的主要原因有：混凝土供应速度慢；导管出现卡管等异常现象。其防治措施有：
1)注重机械的日常维修和保养。保证混凝土拌和楼应不少于两台，必要时还应考虑备用商品混凝土。
2)因导管的原因而不能连续灌注时，可二次插下导管重新进行灌注，按首盘灌注的方法进行施工，可适当提高此处灌注混凝土的强度等级，导管应插入到混凝土中，埋深不小于2 m，并采用小潜水泵将导管内的泥浆抽掉，灌注的过程中，导管应上下、左右移动，目的是将导管内未抽掉的泥浆和少量的沉渣、浮浆与混凝土搅拌均匀。
4 结语
在传统钻孔桩施工工艺的基础上,结合洞庭湖区的实际工程特性，从施工工艺流程、施工技术难点及处治对策、施工过程突发事故应急处治对策对湖区超长钻孔灌注桩施工技术进行了系统研究，以洞庭湖区某高速公路实际工程为依托进行了应用，结果表明应用湖区超长桩施工技术极大地提高了成桩质量。
[1] 张启超.湖相软土地基超长钻孔灌注桩施工技术研究[J].公路与汽运,2010(5):113-115.
[2] 张 平.钻孔灌注桩常见病害的成因及防治[J].山西建筑,2005,31(10):54-55.
[3] 袁振东.超长钻孔灌注桩施工过程中事故发生的原因及对策[J].交通标准化,2008(12):190-192.
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Research on construction technique of super-long bored pile at Dongtinghu District
Zhang Youwei
(HunanLidaCommunicationsScienceandTechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Changsha410003,China)
In order to solve the key technical problems of the super-long bored pile at lake districts with complicated engineering geological conditions, the paper sums up the reasons for the hole collapse, necking down and broken-pile at the super-long bored pile along some expressway at Dongtinghu District, analyzes the influence of the soil quality, water, construction craft and construction mechanism on the pile quality, and points out the emergency strategies for the construction technique and accidents of super-long pile at the lake districts.
lake district, super-long pile, bored pile, construction technique
2015-05-21
张有为(1981- )，男，硕士，工程师
1009-6825(2015)22-0072-02
TU473.14
A
