浅谈膨胀岩地层钻孔桩灌注桩施工工艺及防治措施

摘要：通过在膨胀岩中施工钻孔灌注桩的工程实践，浅析膨胀岩钻孔桩施工工艺及控制要点，解决了在膨胀岩钻孔灌注桩施工中容易出现的卡钻、短桩、缩径、塌孔、溶洞或裂隙等问题。

关键词：钻孔灌注桩；膨胀岩；施工工艺；防治措施

中图分类号：U443.15文献标识码： A 文章编号：

1 工程简介

新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线西宁至大通段二十里铺特大桥桥址位于西宁市城北区二十里铺乡和大通县长宁镇两个行政管辖区域。本桥全长6902.08m，基础采用钻孔灌注桩基础，桩基以Φ1.0m、Φ1.25m为主，桩长为32m-45m，按摩擦桩设计。

本桥主要位于北川河一、二级阶地，地势较为平缓，地形相对平坦、开阔，由南向北逐渐走高。本段地层主要为第四系全新统冲积砂质黄土、粗圆砾土、卵石土，上更新统冲积积砂质黄土、黏质黄土、卵石土，下伏上第三系泥岩、石膏岩、盐岩。管段内大部分地表下0～3m为砂质黄土、黏质黄土，3～7m为卵石土，7m以下为泥岩、石膏岩、盐岩互层。第三系泥岩具膨胀性，石膏岩、岩盐遇水易溶蚀，因此在施工中经常遇到卡钻、成孔后灌注混凝土前桩长变短、缩径等问题。

2 钻机的选型

本桥地表下0～3m为砂质黄土，3～7m为卵石土，7m以下为泥岩、石膏岩、盐岩互层。卵石土：广泛分布于表层砂质黄土层下，厚1～6m，杂色，砾石成分以石英岩、砂岩等为主，粒径大于200mm者约占15%，60～200mm者约占40%，2～20mm者约占25%，余为砂土充填，土质充填，潮湿，中密，Ⅲ 级硬土, σ=600kPa。盐岩：深灰色，成份以氯化物为主，含硫酸盐，局部呈薄层状分布，遇水易溶，岩质脆、软，Ⅳ 级软石，σ＞600kPa。基于地层以下局部有大卵石，盐岩局部呈薄层状分布、强度大等特点，旋挖钻机、回旋钻机等不适宜于此地层施工，故本工程选用冲击钻机成孔，通过冲击钻在膨胀岩施工实践，浅谈冲击钻钻孔桩施工工艺及控制要点。

3 施工工艺及防治措施

膨胀岩地层钻孔灌注桩施工与普通地层钻孔灌注桩施工的工艺基本相同，就本工程实践来说，卡钻、短桩、缩径、塌孔、溶洞或裂隙等是施工中极易出现的几个问题，如何避免和防治此类问题，是保证钻孔桩质量的关键。

3.1工艺流程及施工准备

3.1.1工艺流程

施工前必须全面撑握钻孔灌注桩的施工工艺，因钻孔设备不同其施工工艺流程也不一样，现以冲击钻成孔为例，其主要施工工艺流程为：场地平整孔位测定护筒埋设钻机就位钻进中间检查终孔提钻第一次清孔检孔修孔（处理膨胀缩径、短桩）第二次清孔钢筋笼吊放下导管第三次清孔水下混凝土灌注提拔导管成桩桩基检测。

3.1.2主要准备工作

（1）钻孔灌注桩施工方案的审核，根据设计图纸、地质报告、现行规范标准以及现场勘查结果，审查施工方案的编制依据、施工工艺流程、技术指标、安全措施等内容是否符合要求。同时还应审查施工方案中处置突发事件的应急预案是否符合要求。对于施工方案的审核应具有前瞻性，要善于提出问题、发现问题，避免在实施过程中处于被动境地。

（2）测量定位是整项工作的关键，一切的工程质量保证是在测量符合规范的前提下，必须在思想上有足够重视。在具体操作过程中，须严格按三检制的要求层层落实，及时与监理方沟通，与监理方认真复核、验收相结合，严格控制偏差在设计或规范允许范围内。

（3）根据施工方案检查施工准备情况，检查灌注桩使用水源，泥浆循环系统应设置沉淀池、泥浆池；导管应检查其出厂合格证并做水密性承压试验；灌注混凝土的料斗尺寸应与方案中初灌量的要求相符合；原材料应按规范要求严把质量关，杜绝不合格材料使用于工程。钻机就位前，检查护筒埋设高度、位置是否满足设汁要求；钻机就位后，检查其水平、稳固情况；钻头应保持铅锤，成孔时应适当抽检进、出泥浆指标，发现超标时及时调整：须配备专职记录人员，及时记录成孔过程中的各项参数，记录必须真实、准确。

3.2原因分析及防治措施

3.2.1卡钻

在钻孔过程中，因岩石遇水膨胀或其他原因，导致钻头无法提出。

造成原因：

1、由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象。

2、长时间在下部钻进，上部孔壁膨胀而缩颈导致钻头无法提出。

3、因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻。

防治措施：

1、钻进过程中应严格控制泥浆比重及粘度；如由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象，可采取插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。

2、钻进过程中采用失水率小的优质泥浆护壁，降低失水量；定时把钻头从孔底提出孔外，再继续钻孔。如因此种原因造成卡钻，可以适当往下放钻头，而后强力快速往上提，使“膨胀部位”受瞬间冲击缩回或冲掉，从而顺利提起钻头。

3、优先采用水下爆破的方法进行处理。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法处理。

3.2.2缩径、短桩

缩颈即孔径小于设计孔径；短桩即成桩长度小于设计长度。在本桥膨胀岩施工过程中极易出现，成孔清孔一段时间后下钢筋笼，钢筋笼下不去；成孔时测量孔深，符合要求，下完钢筋笼、导管，浇筑混凝土前，测量孔深，比设计孔深要短50cm-80cm。

造成原因：

1、泥岩膨胀，造成缩孔，孔底岩石遇水膨胀，造成短桩。

2、钻锤磨损过甚，焊补不及时。

防治措施：

1、①在膨胀岩地层采用失水率小的优质泥浆护壁，降低失水量, 孔壁形成泥皮，不会引起膨胀或减缓膨胀的速率。②分三次进行清孔。第一次清孔，成孔时，按正常的清孔程序清孔；待第一次清孔基本符合灌注前要求时，重新检查孔深、孔径，如出现缩孔，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径；如孔深不够，钻至设计孔深，立即进行第二次清孔，并做好下钢筋笼的准备。钢筋笼吊放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔壁。加快钢筋笼连接速度，减少空孔时间，从而减少孔壁及孔底膨胀。下完钢筋笼后，检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，则应利用导管进行第三次清孔，清孔的同时做好混凝土浇筑前的准备工作，尽量减短第二次清孔至浇筑混凝土的时间。

2、及时焊补钻锤，或在其外侧焊接一定数量的合金刀片，在钻进或起钻时起到扫孔作用。根据本地层的情况，锤头的直径等于设计孔径，以保证孔壁轻微膨胀下的孔径符合设计要求。

3.2.3塌孔、溶洞或裂隙

本桥地质为层状分布，钻进过程中，地表以下5m-10m经常遇有地表裂隙，20m-30m有小溶洞，导致泥浆慢慢流失、突然漏失或造成孔壁坍塌等现象。

造成原因：

1、孔壁坍陷的主要原因是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围未用粘土紧密填封以及护筒内水位不高。钻进速度过快、空钻时间过长、成孔后待灌时间过长和灌注时间过长也会引起孔壁坍陷。

2、当遇到小溶洞或裂隙时，可能发生孔内泥浆均匀缓慢下降的现象。

防治措施：

1、在松散易坍的土层中，适当埋深护筒，用粘土密实填封护筒四周，使用优质的泥浆，提高泥浆的比重和粘度，保持护筒内泥浆水位高于地下水位。搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放要对准孔位，避免碰撞孔壁，钢筋笼接长时要加快连接时间，尽可能缩短沉放时间。成孔后，待灌时间一般不应大于2小时，并控制混凝土的灌注时间，在保证施工质量的情况下，尽量缩短灌注时间。

2、当遇到小溶洞或裂隙且发生孔内泥浆均匀缓慢下降的现象的时候，采用在泥浆中加适量水泥，增大泥浆比重及其护壁效果；当孔内泥浆急剧下降的情况，采用45%的黏土、45%的片石、10%的水泥，拌合均匀，回填后重新钻孔。

4 结语

钻孔桩全部施工完毕后，进行了桩基检测。检查结果为全部钻孔桩都为Ⅰ类桩，符合了设计及铁道部现行的规范要求。通过膨胀岩施工实践，有了适合于本地层的施工工艺，解决了施工过程中的难题。

参考文献：

[1] 张如意. 钻孔灌注桩常见的质量问题及防治措施。

[2] 于英梅.桥梁钻孔灌注桩施工质量控制要点之我见。

[3] 代万庆.膨胀土地层钻孔灌注桩缩径原因及预防措施。

[4] 钻孔灌注桩施工规程。