橋梁鉆孔樁坍孔的預防及處理

張立峰,楊晨浩

(1.牡丹江公路設(shè)計院;2.黑龍江省龍建路橋第六工程有限公司)

隨著橋梁建設(shè)的發(fā)展,橋梁鉆孔樁已被廣泛采用,由于橋址處的水文和地質(zhì)條件復雜,橋孔施工普遍存在流砂層坍孔、卵礫石成孔與護壁困難,基巖鉆進破巖效率很低,嚴重影響了橋梁鉆孔的技術(shù)經(jīng)濟效益,在鉆孔樁施工中工序較多,工藝流程互相銜接,主要工序都在水下及地下進行,不便監(jiān)視,經(jīng)常出現(xiàn)各種坍孔現(xiàn)象。在此,對一些技術(shù)問題進行探討。

1 坍孔的原因

(1)鉆孔中經(jīng)過砂礫、卵石層等透水性強的土質(zhì),由孔內(nèi)水流失而造成孔內(nèi)水頭高度不夠引起坍孔。

(2)泥漿比重不夠及泥漿性能指標不符合要求,使孔內(nèi)未形成堅實泥皮而坍孔。

(3)護筒埋置太淺,下端孔口漏水,坍塌或孔口附近地面受水浸濕泡軟,由于沖擊振動引起塌孔。

(4)在松散層中鉆孔,進尺太快,孔避周圍不堅實而發(fā)生坍塌。

(5)晴孔后泥漿比重、黏度等指標降低,孔內(nèi)水位低于地下水位,清孔后停頓時間過久導致塌孔。

(6)吊入鋼筋骨架時碰撞引起孔避塌孔。

2 坍孔的預防

2.1 孔內(nèi)水頭不夠引起砂層塌孔問題

橋梁樁孔多數(shù)都不得不穿過厚度不同的河床砂層。這些砂層普通有松散、高孔隙比、高頭水性、高飽和、內(nèi)摩擦角很小、內(nèi)聚力為零等特點。所以砂層鉆孔的重要問題就是不鉆孔施工前必須詳細了解掌握橋樁各孔的地質(zhì)鉆探資料,分析各種原因,根據(jù)力學原理計算,當護筒內(nèi)支護力小于砂層側(cè)壓力時,可在筒內(nèi)設(shè)置一定高度的水頭。構(gòu)成對孔避的靜水壓力,這種靜水壓力連同孔避的園環(huán)作用,使水中的鉆孔避保持穩(wěn)定不塌。防止流砂塌孔。

2.2 泥漿比重不夠引起坍孔問題

鉆孔時泥漿不僅可以保持孔避不塌,更重要的是在沖擊成孔時,還有排渣的功能.如使用太稠的泥漿,會增大鉆頭的阻力,因而,影響鉆進速度,而且增加孔避泥漿附著量。對受力不利,同時還會增加清孔工作的困難,反之;如泥漿太稀,排渣能力會受到影響,護壁效果也同時降低,泥漿比重不夠及泥漿性能指標不符合要求,會導致孔避未形成堅實泥皮而發(fā)生塌孔事故.

在砂性土、砂礫或卵石中鉆孔,事先需要準備足的黏土數(shù)量一般約為鉆孔體積的 70%～80%。在施工中應按土的塑性指數(shù)和粘粒含量來選擇粘土。通常選塑性指數(shù)大于25、小于0.05mm的粘土含量大于 50%的粘土時,可摻入塑性指數(shù)大于 25的粘土 30%,另摻入碳酸鈉 0.3%～0.4%,一提高聚粘度。采用沖擊鉆孔時,可根據(jù)鉆孔的地層情況、鉆渣大小、鉆孔直徑和深度等選用泥漿的比重和粘度。一般在粘性土中用比重 1.0～1.3左右的泥漿,-可收到滿意的效果。但是在砂性土中,特別在砂卵石中,一般要用比重為1.2～1.6的泥漿。比重過小的泥漿不能把較大粒徑的鉆渣浮起并排除孔外,因而將影響鉆進速度或?qū)е滤?。因?選擇調(diào)制泥漿的比重和粘度在鉆孔中起著重要作用。

2.3 護筒埋設(shè)深度不夠引起塌孔問題

在河床內(nèi)護筒埋設(shè)深度是否合適,對樁孔施工有重要影響,埋設(shè)過淺容易產(chǎn)生流砂或管涌;埋設(shè)過深則會給沉入和起拔帶來困難。所以,有必要確定合適的護筒埋深。樁孔內(nèi)泥漿樁壓力與孔壁外的靜土壓力所形成的應力分布為三個現(xiàn)代戰(zhàn)爭區(qū)。在被動區(qū)、泥漿壓力大于土壓力,形成被動應力,隨著鉆孔加深,孔內(nèi)外壓力趨于平衡,并且在樁孔進一步延深,土壓力漸大于泥漿壓力,形成主動應力,進入塑性區(qū)。根據(jù)土力學園環(huán)作用理論,鉆孔深度增加時,半徑向土壓力雖也在增加,但是它的增加率則漸有減少,所以鉆也雖深,孔壁仍可穩(wěn)不定期不坍,但在過渡區(qū),因也內(nèi)外壓力接近平衡,在此情況下,若工層的滲透壓力等于其浮容重時,會出現(xiàn)流砂現(xiàn)象;若大于其浮容重,則會發(fā)生管涌現(xiàn)象。在埋設(shè)護筒時應加填粘土,并進行分層夯實,增加護筒的穩(wěn)定性,防止坍孔。

3 坍孔的處理

(1)在河床水位較深或汛期,嚴格控制護筒內(nèi)水頭高度,必要時應采取升高護筒,增加水頭,確保水頭相以穩(wěn)定。

(2)如果砂礫,卵石層發(fā)生孔內(nèi)地主坍塌,應判明坍孔位置,回填土或黃土混合物到坍孔位置以上 1.0～2.0m。嚴重坍孔應全部回填,待回填物沉積后,再進行鉆孔,并掌握好泥漿比重和泥漿性能指標。

(3)發(fā)生孔口坍塌時,可立即拆除護筒并回填鉆孔。認真確定護筒埋設(shè)深度,孔位附近要盡可能整平,避免靠近較大坡度的坡腳處鉆孔,防止鉆頭碰坍孔壁。

(4)在松散砂土或流砂中鉆孔時,應控制進尺速度,選用較大比重、粘度膠體率的泥漿,投入粘土摻卵石,使粘土膏、卵石擠入孔壁起護壁作用。

(5)清孔時應指定專人補水,保證鉆孔內(nèi)必要的水頭高度,供水管最好不要直接插入鉆孔中,應通過水槽或水池使水減速后流入鉆孔中,可避免沖刷孔壁,清孔后停頓時間不要過久,灌注混凝土速度要快,以防坍孔。

(6)在清孔后吊入鋼筋骨架時應對準鉆孔中心豎直插入,防止碰撞孔壁,造成嚴重坍孔事故。

總之,橋梁鉆孔樁具有可靠的承載力和足夠的剛度,結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活,適用于各種橋梁,在各種水文工程地質(zhì)條件、水域都可施工。