钻孔灌注桩在软土层施工

杨仟

中铁二十一局第四工程有限公司，宁夏银川750001

摘要 钻孔灌注桩是软土地基承载外力的最佳选择，同时软土条件下钻孔灌桩施工也会因软土的性质不同和施工作业期间外部环境作用下，出现孔壁坍塌、孔径收缩等问题。本文就以某项目灌注桩在软土地区作业时，临近作业区的环境存在规律性振动源，在此环境下钻孔灌注桩施工过程中发生孔壁坍塌等现象采取的改善措施进行论述，为其他类似施工作业提供应对措施，进行参考。

关键词 软土、振动、钻孔灌注桩、塌孔

一、混凝土钻孔灌注桩在软土地层的应用

1.软土特点

软土土颗粒的内摩擦角小，粘性弱、粘聚力低，主要依靠土颗粒之间的摩擦力承载，而且遇水易液化等特点决定了软土的稳定性差，抗剪强度低，承载能力弱，不能直接作为大型构筑物地基进行承载，必须进行处理，混凝土桩就成了软土地基承载的主要措施之一。

2.软土地基承载优选混凝土钻孔灌注桩的原因

钻孔灌注桩之所以被用做软土中做基础、挡墙等，是因为混凝土钻孔灌注桩比较经济，在施工过程既没有振动，噪音也小，还不挤压土体，对软土层不产生影响。软土层的钻孔灌注桩即可以承受软土层上部结构物施加的竖向载荷，也可以抗拔，抵抗地下水的浮力，还可以承受土体侧向水平荷载，维持应力平衡，是软土层承载外荷载的最佳选择。

二、软土地层中混凝土钻孔灌注桩施工出现的问题

1.施工背景

该项目新建构筑物是对既有三孔箱形桥构筑物进行接长，作业位置地下是软土层，新建构筑物采用混凝土钻孔灌注桩基础。施工作业期间必须满足道路车辆通行，采取半幅施工，在主干道留单车道作为通行车道，硬质钢架彩板隔离施工区域与社会区域。首桩选取北侧中墙临近既有构筑物第一根桩开钻（注：构筑物边墙桩长26米，中墙桩长48m，桩径均为1m），采用旋挖钻机工艺施工，并按要求做岩土留样。首桩成孔后探笼下探约6m至11m区间有阻力。清孔过程按规范要求监测和控制孔内泥浆三大指标，清孔期间列车通过既有构筑物时，孔内异响发生零星坍塌。在吊放钢筋笼过程中孔壁大面积坍塌，立即拔出钢筋笼，并灰土回填孔位。

2.分析孔壁坍塌原因

根据土力学相关理论，孔壁缩径、坍塌本质原因是孔壁稳定性差，自身抗剪强度不能抵抗土体最大剪应力。首桩岩土留样，土层自地面往下依次为黄褐色素填土层2.3m，黄褐色粉土层2.7m，黄褐色粉质黏土层6.8m，灰褐色粉细砂层大于40.8m。孔壁出现缩径塌孔等问题的原因有以下方面造成：一是孔口周围荷载变化致使孔周土体竖向应力变化，导致孔壁侧向应力发生改变，孔壁护壁遭到破坏；二是随着孔深变深旋挖钻机提升速率加快，孔内浆液冲刷孔壁，泥浆护壁不及时，地层孔壁土层发生变化；三是旋挖钻机、钢筋笼等作业过程与孔壁碰撞刮擦而破坏护壁；四是不同速度的客货列车通过施工区域产生横向振动波，造成临近地下表层土颗粒和毛细水震荡位移等，孔壁抗剪强度比静态下减弱，孔壁稳定性变差。

三、软土地层中钻孔灌注桩孔壁坍塌等问题的解决措施

为控制后续钻孔灌注桩缩径塌孔等问题，对临近钻孔灌注桩工程项目作业区周边50米施工环境和施工工作任务进行梳理和评估。在施工组织、管理、工艺、技术等方面进行优化，依据地下土的性质参考库伦定律，通过调整施工顺序，降低个别桩位表层地下水位，适度提高并控制泥浆比重，挖除并清理施工区地表土体，调换施工机械等方式提高灌注桩孔壁抗剪强度，降低孔壁周围土体最大剪应力，消除孔壁坍塌缩径等问题。具体措施：

1.降低地表载荷措施

  在保障孔壁稳定，提高成孔率，根据实际情况，调整了施工作业项目，将原施工方案中先施工钻孔灌注桩后进行基槽型钢支护并开挖新建构筑物的边墙和中墙基槽土方至垫层底，改为两次开挖，首次开挖时间确定在线路人工挖空护坡桩施工完成后对整个桩基施工作业区域全开挖，边墙和中墙间不再留行人通道。开挖土层深度为原始路面土层至设计灌注桩桩顶标高以上0.8m间，实际下挖深度平均低于新旧构筑物交接处辅道原地面4.1m左右，而挖出原路面至灌注桩顶之间的表层部分土层，灌注桩孔口高度被降低4.1m左右，孔壁侧压力也随之降低，孔周土体最大应力也降低，以满足提高孔壁稳定性。开挖期间，开挖并暴露既有构筑物底板，挖出并清理干净既有构筑物底板下边缘与临近底板第一排桩位间的土体，断开临近既有构筑物灌注桩与既有构筑物底板间土层，到达阻断因列车通行由既有构筑物底板传入临近孔周土体横向振动能量，来降低因振动造成孔周土体颗粒内部结构变化，提高振动影响范围的孔壁稳定，降低发生塌孔等隐患。

2.泥浆调控措施

钻孔灌注桩施工期间，泥浆具有稳定孔壁坍塌缩径等护壁的作用，而提高泥浆密度对保持孔壁稳定起决定性作用，所以对整个施工区域钻孔灌注桩的泥浆液提高比重，作为提高孔壁抗剪强度的措施。在桩基施工队伍制浆前，实验员采样土按照1.25的比重配置泥浆液并检验泥浆指标，控制泥浆使用前的原料质量。桩基施工队伍按照方案交底配置泥浆的比重控制在1.25，并适量添加火碱纤维素来提高泥浆粘性等性能，如此泥浆液既能够渗入孔周围土体后胶凝土颗粒，使得土颗粒维持稳定形成泥皮起到隔水作用和稳定孔周土体，也可以更好的保证泥浆液态静压力对地下水产生超压力而起到稳定平衡的作用，来满足提高孔壁的抗剪强度，平衡孔内外压力，降低土体最大剪应力。在施工过程增加了泥浆检测频次，保障施工过程每间隔一小时左右对泥浆进行监测一次，控制泥浆的比重等质量参数稳定，维持孔壁稳定。

3.降低局部地下水措施

参考地下水相关文献，因灌溉原因新建构筑物地区地下水位3月份最低，浅水区地下活动水位比固定水位高3m多，此段土层颗粒的稳定也是最容易因列车通行影响的表层土。为保证列车通行振动对靠近既有箱形桥端处第一列钻孔灌注桩的影响，在降低孔口高度和提高泥浆比重的情况下，有条件的降低地下水头。调整施工项目工作计划，提前施工既有线路混凝土护壁人工挖孔桩（桩长12m，桩顶低于既有构筑物50cm,桩顶L梁连接成整体）。根据地下水流方向，以及边墙首根钻孔桩与人工挖孔桩的位置、挖孔桩周围环境，在挖孔桩桩位和桩位外重新布置的单项泵井点降水，确保人工挖孔桩地下水位低于12m并将现浇混凝土护壁用高一等级的预制混凝土管替代完成挖孔灌注，同时靠近临近既有构筑物桩位地下水低于原辅道路面以下5.5m，也就是既有构筑物顶往下11m左右。降低靠近既有构筑物桩位水头，控制护筒内泥浆液面与地下水头保持至少1.5m的高度，使泥浆更容易形渗透入土体，固定土颗粒，提高上部孔壁抗剪强度，在列车通行期间，稳定孔壁。

4.改变施工工艺措施

避免钻孔灌注桩孔壁破坏、孔壁周围增加活荷载等，选择合适的设施设备。首先将旋挖钻机更改为循环钻机，并在基坑开挖完成后封闭管理场地。钻孔灌注桩施工期间孔位周围15米范围内限制堆防重物和停放重型设备，循环钻机开钻后保持连续性钻孔一次成孔，钻孔期间无故不停钻，并在地下水位以下粉质黏土层孔径扩大5cm，抵消缩孔现象。进出车辆设备缓速行驶，避免增加外来荷载造成土层应力变化。根据场地条件，钢筋笼吊放选用25吨吊车吊装，吊放过程用缆风绳控制钢筋笼摆动幅度，加强人机协同，提高吊装效率，改善钢筋笼剐蹭孔壁。在浇筑钻孔灌注桩时，使用长臂架混凝土输送泵车灌注混凝土，降低混凝土搅拌运输车辆等外部机械靠近孔口而对孔壁的稳定造成影响。同时混凝土灌注过程保持导管稳定，避免大幅晃动混凝土导管造成孔内压力快速升降扰动孔壁土体，改善塌孔等问题。

结束语  为降低灌注桩在软土地层施工出现塌孔等风险，提前收集相关资料，应对可能出现的问题。有条件的改善施工环境，降低孔位固定荷载控制动荷载，增加泥浆比重，控制泥浆参数，比对选择工艺和机械设备，在施工期间有针对性的降低孔位的地下水头等措施，以提高孔壁抗剪强度，稳定孔壁土体，满足钻孔灌注桩成孔率和孔壁的完整性。

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