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【摘要】结合某大桥桩基工程施工实例，该工程施工中出现塌孔现象，结合工程地质情况分析桩基施工问题，同时总结了一些有效预防和解决塌孔的技术，以及本工程采取的处理方案，工程实践效果显著。
【关键词】桩基施工；塌孔问题；处理技术
1．工程概况
喀什至伊尔克什坦公路乌瑞克河大桥横跨乌瑞克河，桥址中心里程为BK60+450，是10-30m装配式预应力混凝土箱梁桥。该桥下部结构为：桥台采用肋板式桥台，钻孔桩基础，桩径为φ=1.2m，共有360m/24根；桥墩采用柱式墩，钻孔桩基础，桩径为φ=1.5m，共有1080m/54根。本桥BK60+222-BK60+662段地基土主要为圆砾土，揭示层厚25.10~25.300m，土黄色，稍密-密实，湿-稍湿，卵石含量约3%-20%，局部含石膏胶结，季节性冻土深度0.7m，密实状。承载力基本容许值[fa0]=300kpa-600kpa，土石工程分级为Ⅳ级。其中个别钻孔揭示有卵石层，揭示厚度小于0.5m。该桥位处地表水，水质清澈，流量较大，主要由河流上游降水、融水及泉水等补给；地下水类型主要为第四系松散底层空隙潜水，赋存于表层透水性较强的砾石土层中，深度0.3-1.3m。本桥BK60+662-BK60+742段地基土分三层：1、粉土，揭示层厚1.00m，土黄色，干-稍湿，中密。2、砾砂，揭示厚度3.50m,土黄色，中密状。3、圆砾土，揭示层厚22.5m，土黄色，中密，稍湿-湿，卵石含量约3%-20%，局部含石膏胶结。
2．桩基施工技术难点分析
本工程桥梁所处地实际地质全部为砂砾石，中间夹杂泥沙，泥沙与砾石没有黏结性，地面及以下6-8米有地下流动水。本桥于2010年7月26日正式开钻，由于当时对砂砾层对施工的影响认识不够。施工钻到一定深度时，出现孔口坍塌，护筒随之陷入的现象，造成施工一度陷入停滞状态。其中以本工程2号墩6#桩为例，6#桩设计桩长20米，桩径为1.5m，护筒埋深4米，7月26日下午开钻，当天钻至8米时，出现塌孔，护筒随之陷入。随之，将钻机转移到1号墩6#桩，7月27日开钻，护筒埋深4米，当天钻至9米时，出现塌孔，护筒也随之陷入。7月28日，检查发现1-6#桩基护筒里面的泥浆变成了清水，然后采取水泵抽除清除清水，当抽至6#桩地面以下6米时，水泵的功率已经无法再将清水抽出。
针对2次钻孔过程中出现问题的研究，经研究表明判断塌孔的主要原因是，本桥桥址为圆砾石，中间夹杂泥沙，黏结性很差，而且地面及以下6-8米有地下流动水。地下水造成孔内急速漏浆，导致泥浆护壁失稳，砂层溜塌，最终导致孔口塌陷。另外，针对本工程情况，笔者总结了一些关于导致塌孔的原因以为同类工程清晰预见塌孔的存在。
（1）工程地质水文地质方面的因素。对于钻孔地层主要在第四纪沉积层，砂层、杂填土层、卵砾石层、淤泥等地层均为不稳定地层，当泥浆液柱压力不足以平衡地层压力时，就会发生塌孔。另外，在钻进时土层一旦被钻开，孔壁岩土所产生的应力与泥浆液柱压力产生一个压差，此值若大于岩土的屈服强度，就会产生不同程度的剥落、掉块和坍塌，在泥浆的浸泡下这些现象会更趋严重。
（2）机械或物理原因导致塌孔。机械或物理因素包括如下几个方面：1）泥浆液流的冲蚀；2）回拉扩孔（回拖铺管）过快，开泵过猛，产生孔内液柱压力激动；3）当导向孔曲率较大时，钻具或钻头（回扩头）回转不碰撞、挤压孔壁及钻头钻具搅动泥浆冲蚀孔壁等因素，皆能促使孔壁坍塌；4）泥浆及滤液对孔壁岩土的长时间浸泡，降低岩土内聚力和内摩擦角，也会发生塌孔；5）当钻进地层含有泥页岩时，泥页岩的水化膨胀和裂解是造成塌孔的关键。
3．桩基塌孔处理技术
3.1 塌孔预防技术
孔壁坍塌一般是因预先未料到的复杂的不良地质情况、钢护筒未按规定埋设、泥浆粘度不够、护壁效果不佳、孔口周围排水不良或下钢筋笼及升降机具时碰撞孔壁等因素造成的，易造成埋、卡钻事故，应高度重视并采取相应措施予以解决。
真正预防塌孔才是确保工程施工顺利的关键，笔者通过结合实践，总结了一些预防塌孔的经验技术如下：1）泥浆液柱压力≥泥页岩的孔隙压力；2）尽量减少水进入孔壁岩土或孔壁四周的水渗出。3）对于由于地质因素而造成的塌孔可以提高泥浆密度，以较高的液柱压力来平衡岩土侧压力和垂直压力；若地层松散或破碎严重，用高屈服值（动切力）和较大的动塑比（动切力和塑性黏度的比值）比值的泥浆钻进和循环。4）而对于由于机械因素造成的塌孔，则可以调整并保持合适的泥浆密度和流变性能（控制动塑比值），使泥浆具有一定的液柱压力，保持泥浆在环形空间中的低返速，呈平板流型的状态。
3.2 塌孔处理技术
（1）选择膨润土调至泥浆，控制泥浆相对密度，经过多少试验，当泥浆相对密度调至1.07-1.08时满足施工条件，开钻前先将泥浆灌在需钻孔的地面上，使其具有一定的黏结性，也能有效的防止空口坍塌。
（2）埋设钢护筒（壁厚1cm），钻桩时注意控制泥浆浓度和钻进深度，边埋深钢护筒边注浆。
（3）随施工进尺的速度，提起钻头，接长钢护筒，接头处焊接牢固，并用φ20mm钢筋对接帮焊加固。
（4）在护筒顶部盖一块1cm厚的钢板，提起钻头，用钻头轻砸钢板，轻砸时控制好孔位中心，将护筒接至8米长，将地下流动水隔离在桩基外面，安排专人负责校正钢护筒，护筒采用十字交叉法校正，施工中一旦发现偏差，测量人员随时过来复核，当钢护筒埋深深度达到8米时，能有效隔离地下水，并保证不会再次塌孔。
（5）在护筒外围尽量回填粘土，并用钻头夯实。
（6）加大混凝土生产和运输能力，采用混凝土集中拌合站，生产能力为40m3/小时，灌注桥墩桩基时保证4台罐车同时运输。
（7）灌注时加大混凝土的初存量，正常混凝土的初存量为1.5m3-2m3，我们将混凝土的初存量调至3m3，避免因首盘混凝土数量不够造成导管埋深不够而断桩。
（8）加大导管埋深，一般控制导管埋深不少于2米，灌注时勤于测量混凝土的高程。
（9）当浇筑快结束时，导管内砼高度减少，压力差减小，而导管外泥浆稠度增加，比重增大，在砼顶上升困难时，在孔内加水稀释。
（10）因为护筒埋深较深，一定要控制超灌混凝土高度，一般比设计高度高出1米。
（11）注意拔钢护筒的时间，钢护筒在混凝土灌注结束后立即拔出，因为钢护筒埋深较深，困难时需要采用2台25T吊车同时起吊。
4．结语
通过结合乌瑞克河大桥桩基施工过程中存在的问题，提出以上几项控制处理措施。工程实践表明这些处理措施有效地解决了砂砾地区桥梁钻孔桩的技术难题，成桩质量较好。经第三方检查Ⅰ类桩78根，占总桩数的100%，达到了预期的效果，得到了桩基无损检测单位的好评，取得了良好的社会经济效益。同时我们也完善了桩基施工的作业工艺，优化施工方案。通過在施工过程中研究和解决问题，提高了作业工班综合素质，建造精品工程，并总结经验予以推广。
【关键词】桩基施工；塌孔问题；处理技术
1．工程概况
喀什至伊尔克什坦公路乌瑞克河大桥横跨乌瑞克河，桥址中心里程为BK60+450，是10-30m装配式预应力混凝土箱梁桥。该桥下部结构为：桥台采用肋板式桥台，钻孔桩基础，桩径为φ=1.2m，共有360m/24根；桥墩采用柱式墩，钻孔桩基础，桩径为φ=1.5m，共有1080m/54根。本桥BK60+222-BK60+662段地基土主要为圆砾土，揭示层厚25.10~25.300m，土黄色，稍密-密实，湿-稍湿，卵石含量约3%-20%，局部含石膏胶结，季节性冻土深度0.7m，密实状。承载力基本容许值[fa0]=300kpa-600kpa，土石工程分级为Ⅳ级。其中个别钻孔揭示有卵石层，揭示厚度小于0.5m。该桥位处地表水，水质清澈，流量较大，主要由河流上游降水、融水及泉水等补给；地下水类型主要为第四系松散底层空隙潜水，赋存于表层透水性较强的砾石土层中，深度0.3-1.3m。本桥BK60+662-BK60+742段地基土分三层：1、粉土，揭示层厚1.00m，土黄色，干-稍湿，中密。2、砾砂，揭示厚度3.50m,土黄色，中密状。3、圆砾土，揭示层厚22.5m，土黄色，中密，稍湿-湿，卵石含量约3%-20%，局部含石膏胶结。
2．桩基施工技术难点分析
本工程桥梁所处地实际地质全部为砂砾石，中间夹杂泥沙，泥沙与砾石没有黏结性，地面及以下6-8米有地下流动水。本桥于2010年7月26日正式开钻，由于当时对砂砾层对施工的影响认识不够。施工钻到一定深度时，出现孔口坍塌，护筒随之陷入的现象，造成施工一度陷入停滞状态。其中以本工程2号墩6#桩为例，6#桩设计桩长20米，桩径为1.5m，护筒埋深4米，7月26日下午开钻，当天钻至8米时，出现塌孔，护筒随之陷入。随之，将钻机转移到1号墩6#桩，7月27日开钻，护筒埋深4米，当天钻至9米时，出现塌孔，护筒也随之陷入。7月28日，检查发现1-6#桩基护筒里面的泥浆变成了清水，然后采取水泵抽除清除清水，当抽至6#桩地面以下6米时，水泵的功率已经无法再将清水抽出。
针对2次钻孔过程中出现问题的研究，经研究表明判断塌孔的主要原因是，本桥桥址为圆砾石，中间夹杂泥沙，黏结性很差，而且地面及以下6-8米有地下流动水。地下水造成孔内急速漏浆，导致泥浆护壁失稳，砂层溜塌，最终导致孔口塌陷。另外，针对本工程情况，笔者总结了一些关于导致塌孔的原因以为同类工程清晰预见塌孔的存在。
（1）工程地质水文地质方面的因素。对于钻孔地层主要在第四纪沉积层，砂层、杂填土层、卵砾石层、淤泥等地层均为不稳定地层，当泥浆液柱压力不足以平衡地层压力时，就会发生塌孔。另外，在钻进时土层一旦被钻开，孔壁岩土所产生的应力与泥浆液柱压力产生一个压差，此值若大于岩土的屈服强度，就会产生不同程度的剥落、掉块和坍塌，在泥浆的浸泡下这些现象会更趋严重。
（2）机械或物理原因导致塌孔。机械或物理因素包括如下几个方面：1）泥浆液流的冲蚀；2）回拉扩孔（回拖铺管）过快，开泵过猛，产生孔内液柱压力激动；3）当导向孔曲率较大时，钻具或钻头（回扩头）回转不碰撞、挤压孔壁及钻头钻具搅动泥浆冲蚀孔壁等因素，皆能促使孔壁坍塌；4）泥浆及滤液对孔壁岩土的长时间浸泡，降低岩土内聚力和内摩擦角，也会发生塌孔；5）当钻进地层含有泥页岩时，泥页岩的水化膨胀和裂解是造成塌孔的关键。
3．桩基塌孔处理技术
3.1 塌孔预防技术
孔壁坍塌一般是因预先未料到的复杂的不良地质情况、钢护筒未按规定埋设、泥浆粘度不够、护壁效果不佳、孔口周围排水不良或下钢筋笼及升降机具时碰撞孔壁等因素造成的，易造成埋、卡钻事故，应高度重视并采取相应措施予以解决。
真正预防塌孔才是确保工程施工顺利的关键，笔者通过结合实践，总结了一些预防塌孔的经验技术如下：1）泥浆液柱压力≥泥页岩的孔隙压力；2）尽量减少水进入孔壁岩土或孔壁四周的水渗出。3）对于由于地质因素而造成的塌孔可以提高泥浆密度，以较高的液柱压力来平衡岩土侧压力和垂直压力；若地层松散或破碎严重，用高屈服值（动切力）和较大的动塑比（动切力和塑性黏度的比值）比值的泥浆钻进和循环。4）而对于由于机械因素造成的塌孔，则可以调整并保持合适的泥浆密度和流变性能（控制动塑比值），使泥浆具有一定的液柱压力，保持泥浆在环形空间中的低返速，呈平板流型的状态。
3.2 塌孔处理技术
（1）选择膨润土调至泥浆，控制泥浆相对密度，经过多少试验，当泥浆相对密度调至1.07-1.08时满足施工条件，开钻前先将泥浆灌在需钻孔的地面上，使其具有一定的黏结性，也能有效的防止空口坍塌。
（2）埋设钢护筒（壁厚1cm），钻桩时注意控制泥浆浓度和钻进深度，边埋深钢护筒边注浆。
（3）随施工进尺的速度，提起钻头，接长钢护筒，接头处焊接牢固，并用φ20mm钢筋对接帮焊加固。
（4）在护筒顶部盖一块1cm厚的钢板，提起钻头，用钻头轻砸钢板，轻砸时控制好孔位中心，将护筒接至8米长，将地下流动水隔离在桩基外面，安排专人负责校正钢护筒，护筒采用十字交叉法校正，施工中一旦发现偏差，测量人员随时过来复核，当钢护筒埋深深度达到8米时，能有效隔离地下水，并保证不会再次塌孔。
（5）在护筒外围尽量回填粘土，并用钻头夯实。
（6）加大混凝土生产和运输能力，采用混凝土集中拌合站，生产能力为40m3/小时，灌注桥墩桩基时保证4台罐车同时运输。
（7）灌注时加大混凝土的初存量，正常混凝土的初存量为1.5m3-2m3，我们将混凝土的初存量调至3m3，避免因首盘混凝土数量不够造成导管埋深不够而断桩。
（8）加大导管埋深，一般控制导管埋深不少于2米，灌注时勤于测量混凝土的高程。
（9）当浇筑快结束时，导管内砼高度减少，压力差减小，而导管外泥浆稠度增加，比重增大，在砼顶上升困难时，在孔内加水稀释。
（10）因为护筒埋深较深，一定要控制超灌混凝土高度，一般比设计高度高出1米。
（11）注意拔钢护筒的时间，钢护筒在混凝土灌注结束后立即拔出，因为钢护筒埋深较深，困难时需要采用2台25T吊车同时起吊。
4．结语
通过结合乌瑞克河大桥桩基施工过程中存在的问题，提出以上几项控制处理措施。工程实践表明这些处理措施有效地解决了砂砾地区桥梁钻孔桩的技术难题，成桩质量较好。经第三方检查Ⅰ类桩78根，占总桩数的100%，达到了预期的效果，得到了桩基无损检测单位的好评，取得了良好的社会经济效益。同时我们也完善了桩基施工的作业工艺，优化施工方案。通過在施工过程中研究和解决问题，提高了作业工班综合素质，建造精品工程，并总结经验予以推广。