钻孔灌注桩在粉砂层中塌孔的处理

　　摘要：本文针对安徽省红杨树泵站工程在粉砂层中进行钻孔灌注桩施工中出现塌孔的现象，分析造成塌孔的原因，提出相应处理措施，以供类似工程参考和借鉴。
　　关键词：钻孔灌注桩，粉砂土，坍孔，处理措施
　　
　　1工程概况
　　红杨树泵站控制排涝面积为9.26km2,按10年一遇3日暴雨3日排出设计，设计排涝流量为5.0m3/s。该泵站工程等别为Ⅳ等，泵站规模为小（1）型，由进水闸、前池、泵房、压力水箱、排涝涵洞等主要建筑物组成。
　　2工程地质
　　红杨树泵站勘察场地勘探深度内地层均为第四系长江冲洪积地层。根据钻探将地层自上而下分为5层（各土层物理力学指标见表1.1）：
　　
　　表1.1各土层物理力学指标

　　考虑到本工程的基础底板坐落在第③层土（淤泥质粉质粘土）上，修正后的地基承载力的特征值也只有68.5kPa。根据站身稳定计算结果可知，站身基底完建期及枢纽其他各段平均基底应力均大于地基承载能力。此外，第③层土（淤泥质粉质粘土）天然含水量高达36.2%，压缩性高，灵敏度高，施工期间极易被扰动破坏而形成“弹簧土”，从而产生较大的地基沉降。这对安装精度要求较高的水泵机组来说是不允许的。因此，必须对红杨树泵站工程的排涝进水闸、前池、泵房及压力水箱等部位进行地基处理。
　　经过方案比选，最终确定选用钢筋混凝土钻孔灌注桩方案进行地基处理。钻孔灌注桩桩径0.6m，间距1.5m，梅花型布置，桩长按伸入第④层（粘质粉土层）1.5m控制，桩长13.50～15.5m，钻孔灌注桩共计335根，有效桩长4690m。
　　3塌孔现象的成因分析
　　本工程钻孔灌注桩采用回转钻机泥浆护壁正循环法施工。顺利完成泵房底板下钻孔灌注桩施工后，在进行进水闸桩基础钻孔施工过程中发现孔内水位突然下降，施工单位正准备加大泥浆补充时出现了塌孔现象。
　　地勘报告中：“第③层土（淤泥质粉质粘土）有薄层粉砂，含有泥炭质和腐植物。”但在实际钻孔过程中，经地质部门现场取样分析发现，淤泥质粉质粘土层中夹有平均厚度为3.0m粉质砂层。由于夹砂层为易塌孔地质，在钻进过程中多次出现塌孔现象，影响了施工进度，使工程陷于被动，造成了一定的经济损失。
　　造成塌孔的主要影响因素有工程地质条件、泥浆的原料及性能指标、钻机类型及钻机钻进的速度等。经分析，造成本工程钻孔灌注桩施工过程中出现塌孔现象的原因主要有以下两点：
　　（1）夹砂层为易塌孔地质
　　钻孔灌注桩钻进过程中发现的平均厚度为3.0m的粉砂层有“空隙大、渗透性好、内聚力小，对外力反应灵敏，在微弱动水或外力作用下易产生移动，丧失稳定”的特性。若钻孔灌注桩在钻进过程中未采取确当的处理措施就会破坏土体本身的应力平衡，形成塌孔。本工程在施工过程中发现粉砂层后未采取合理的处理措施是造成塌孔的主要原因。
　　（2）泥浆性能指标不满足要求
　　本工程采用普通粘土为原料制配泥浆，经现场检测，泥浆的性能指标基本满足规范要求。泥浆的性能指标决定了泥浆能否形成均质、致密的泥皮，避免形成水土流失通道，造成土体失稳。本工程钻孔灌注桩在施工过程中，浆液与孔中的粉质粘土及粉砂等混合后在泥浆池中沉积，使浆液逐渐变稀，这也是造成塌孔的原因之一。
　　4处理方案
　　根据上述分析，针对本工程钻孔灌注桩施工过程中出现的塌孔现象提出了以下两种处理方案：
　　方案一：采取围堰筑岛和在钻孔灌注桩上游5.0m处打φ1.0m降压井，以保持钻孔过程中孔内水位高于地下水位1.5m以上；改用钠基膨润土泥浆护壁，充分利用膨润土泥皮形成速度快、自我修复性和高膨胀性的特点；同时在施工过程中，经常检测浆液性能指标，及时进行浆液补充；当土层变化时，应相应增加浆液性能指标的检测次数。
　　同时考虑到由于地质条件的变化，粉砂层的极限摩阻力大于粉质粘土的极限摩阻力，即可提高钻孔灌注桩的桩侧阻力；但塌孔后导致桩侧孔壁变松软，降低了桩侧阻力。为安全考虑，将原设计桩长加长1.5m，即钻孔灌注桩伸入第④层（粘质粉土层）3.0m。
　　方案二：若采取方案一后仍存在塌孔现象，则改用冲击钻成孔。即先往孔内注水，保持水头高度，同时停止钻进，回填片石和粘土混合物至塌孔处以上1.0～2.0m，增加泥浆稠度，控制水位下降，用低冲程反复冲孔，孔壁密实后控制中速挡钻进速度钻进。若塌孔严重时，用片石和粘土把整个孔全部回填，待回填物沉淀密实后将钢护筒沉入原位后重新钻进。同时将原设计桩长加长1.5m，即钻孔灌注桩伸入第④层（粘质粉土层）3.0m。
　　5结语
　　本工程采取方案一后，保证了周围土体的稳定，在回转钻孔过程中未出现塌孔现象。因此，在钻孔灌注桩施工过程中遇粉砂质土层时，可采用围堰筑岛和在钻孔灌注桩上游打降压井保持孔内水位后，采用膨润土泥浆护壁，以充分利用膨润土泥皮形成速度快、自我修复性和高膨胀性的特点，保证了周围土体的稳定，有效地防止塌孔现象的发生。