桥梁钻孔桩坍孔的预防及处理

赵 娜

(齐齐哈尔市广源建设工程师事务所有限公司)

随着桥梁建设的发展,桥梁钻孔桩已被广泛采用,由于桥址处的水文和地质条件复杂,桥孔施工普遍存在流砂层坍孔、卵砾石成孔与护壁困难,基岩钻进破岩效率很低,严重影响了桥梁钻孔的技术经济效益,在钻孔桩施工中工序较多,工艺流程互相衔接,主要工序都在水下及地下进行,不便监视,经常出现各种坍孔现象。在此,对一些技术问题进行探讨。

1 坍孔的原因

(1)钻孔中经过砂砾、卵石层等透水性强的土质,由孔内水流失而造成孔内水头高度不够引起坍孔。

(2)泥浆比重不够及泥浆性能指标不符合要求,使孔内未形成坚实泥皮而坍孔。

(3)护筒埋置太浅,下端孔口漏水,坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软,由于冲击振动引起塌孔。

(4)在松散层中钻孔,进尺太快,孔避周围不坚实而发生坍塌。

(5)晴孔后泥浆比重、黏度等指标降低,孔内水位低于地下水位,清孔后停顿时间过久导致塌孔。

(6)吊入钢筋骨架时碰撞引起孔避塌孔。

2 坍孔的预防

2.1 孔内水头不够引起砂层塌孔问题

桥梁桩孔多数都不得不穿过厚度不同的河床砂层。这些砂层普通有松散、高孔隙比、高头水性、高饱和、内摩擦角很小、内聚力为零等特点。所以砂层钻孔的重要问题就是不钻孔施工前必须详细了解掌握桥桩各孔的地质钻探资料,分析各种原因,根据力学原理计算,当护筒内支护力小于砂层侧压力时,可在筒内设置一定高度的水头。构成对孔避的静水压力,这种静水压力连同孔避的园环作用,使水中的钻孔避保持稳定不塌。防止流砂塌孔。

2.2 泥浆比重不够引起坍孔问题

钻孔时泥浆不仅可以保持孔避不塌,更重要的是在冲击成孔时,还有排渣的功能.如使用太稠的泥浆,会增大钻头的阻力,因而,影响钻进速度,而且增加孔避泥浆附着量。对受力不利,同时还会增加清孔工作的困难;反之,如泥浆太稀,排渣能力会受到影响,护壁效果也同时降低,泥浆比重不够及泥浆性能指标不符合要求,会导致孔避未形成坚实泥皮而发生塌孔事故。

在砂性土、砂砾或卵石中钻孔,事先需要准备足的黏土数量一般约为钻孔体积的 70%～80%。在施工中应按土的塑性指数和粘粒含量来选择粘土。通常选塑性指数大于25、小于0.05mm的粘土含量大于 50%的粘土时,可掺入塑性指数大于 25的粘土 30%,另掺入碳酸钠0.3%～0.4%,一提高聚粘度。采用冲击钻孔时,可根据钻孔的地层情况、钻渣大小、钻孔直径和深度等选用泥浆的比重和粘度。一般在粘性土中用比重1.0～1.3左右的泥浆,可收到满意的效果。但是在砂性土中,特别在砂卵石中,一般要用比重为1.2～1.6的泥浆。比重过小的泥浆不能把较大粒径的钻渣浮起并排除孔外,因而将影响钻进速度或导致塌孔。因此,选择调制泥浆的比重和粘度在钻孔中起着重要作用。

2.3 护筒埋设深度不够引起塌孔问题

在河床内护筒埋设深度是否合适,对桩孔施工有重要影响,埋设过浅容易产生流砂或管涌;埋设过深则会给沉入和起拔带来困难。所以,有必要确定合适的护筒埋深。桩孔内泥浆桩压力与孔壁外的静土压力所形成的应力分布为三个现代战争区。在被动区、泥浆压力大于土压力,形成被动应力,随着钻孔加深,孔内外压力趋于平衡,并且在桩孔进一步延深,土压力渐大于泥浆压力,形成主动应力,进入塑性区。根据土力学园环作用理论,钻孔深度增加时,半径向土压力虽也在增加,但是它的增加率则渐有减少,所以钻也虽深,孔壁仍可稳不定期不坍,但在过渡区,因也内外压力接近平衡,在此情况下,若工层的渗透压力等于其浮容重时,会出现流砂现象;若大于其浮容重,则会发生管涌现象。在埋设护筒时应加填粘土,并进行分层夯实,增加护筒的稳定性,防止坍孔。

3 坍孔的处理

(1)在河床水位较深或汛期,严格控制护筒内水头高度,必要时应采取升高护筒,增加水头,确保水头相以稳定。

(2)如果砂砾,卵石层发生孔内地主坍塌,应判明坍孔位置,回填土或黄土混合物到坍孔位置以上1.0～2.0m。严重坍孔应全部回填,待回填物沉积后,再进行钻孔,并掌握好泥浆比重和泥浆性能指标。

(3)发生孔口坍塌时,可立即拆除护筒并回填钻孔。认真确定护筒埋设深度,孔位附近要尽可能整平,避免靠近较大坡度的坡脚处钻孔,防止钻头碰坍孔壁。

(4)在松散砂土或流砂中钻孔时,应控制进尺速度,选用较大比重、粘度胶体率的泥浆,投入粘土掺卵石,使粘土膏、卵石挤入孔壁起护壁作用。

(5)清孔时应指定专人补水,保证钻孔内必要的水头高度,供水管最好不要直接插入钻孔中,应通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中,可避免冲刷孔壁,清孔后停顿时间不要过久,灌注混凝土速度要快,以防坍孔。

(6)在清孔后吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入,防止碰撞孔壁,造成严重坍孔事故。

总之,桥梁钻孔桩具有可靠的承载力和足够的刚度,结构设计灵活,适用于各种桥梁,在各种水文工程地质条件、水域都可施工。