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摘要：城市的对外扩张和郊区城市化进程随着我国城市化水平不断提高己成为未来发展趋势。因此，作为城市间与区域城镇的联系枢纽，对公路道路和桥梁发展和建设质量要求越来越高。但是，由于不同地形地质条件的影响，很多桥梁工程桩基施工因为地基处理不当出现严重的质量问题，这对于整个桥梁工程进度和质量都有影响。本文以某桥墩为实例工程案例，介绍了该工程概述，实际施工中，该项桥梁工程最大的一项质量问题就是孔壁坍塌，本文分析了孔壁坍塌的原因，最后给出了防止孔壁坍塌的对策。
关键词：工程概述；孔壁坍塌；原因分析；防治对策
1、工程概述
某桥墩设计为12根直径2.2m钻孔灌注桩，桩底标高为－26.923m，设计桩长32.7m，施工中采用矩形双壁钢围堰维护，墩位处于近岸河床地段，床面高程－3.16～－3.20m，枯水期江水深13～19m。墩位处工程地质条件为：表层分布2.35～2.9m厚第四系冲积覆盖层，下伏基岩是粘土质粉砂岩，高程25m以上裂隙极发育，岩体破碎。桥址处岩体断层较多，且受全桥总体布置限制，无法绕避，桥墩位置原设计有5条断层带，断层岩体构造为角砾夹碎裂岩，岩体天然单轴抗压强度14.0～33.7MPa。该桥墩施工采用的是大孔径深水钻孔穿越断层正循环回转钻进施工技术(成孔原理见图1所示)。
2、该工程桥梁施工质量问题
通常有关桥梁工程地基处理施工中，为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。本工程中，因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18～20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度保持在2～4m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8～10m时，应及时将坍落度调小至12～16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，为了控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度保持适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大。在灌注过程中，确定每段桩体的充盈系数，保持了每灌注2~3m左右测一次混凝土面上升的高度，规定桩身混凝土的充盈系数必须大于1，为了便于发现有问题的桩或评价桩的质量，对灌注桩每一步进行了跟踪记录。
通过对以上施工技术和施工效果的综合记录，我们发现该项桥梁工程桥墩施工最大的一项质量问题就是孔壁坍塌。在钻孔桩施工过程中，6号桩钻孔标高达－12.4m时，孔壁严重坍塌，填埋至标高－7.5m处，填埋深度4.9m，10号桩钻孔标高达－12.1m时，孔壁坍塌填埋至标高－9.4m处，填埋深度2.5m，继续钻进时坍塌仍在继续。
3、该桥梁工程孔壁坍塌问题分析
在本工程桥墩施工钻孔过程中，大孔径深水钻孔穿越断层施工控制，如有气泡伴生的孔内水位急剧下降，同时，机负荷明显增大，钻机进尺不动，出碴量显著增加，据此，我们断定为孔壁坍塌，即孔坍。我们分析，产生孔坍的原因：①在于施工前没有根据各地层地质资料，充分了解地层情况，因此，没有采取正确的施工方案。通过工程质量监督的回顾，我们还进不发现包括胶体率、泥浆粘度以及泥浆比重等指标适时调配不当等。②孔壁水压不平衡和护筒埋置太浅漏水也可造成坍孔。
此外，在施工的过程中，由于土壤的持力层发生变化等原因，灌注桩施工出现了漏水、漏浆，不断出现气泡，这些也是导致孔壁坍塌的原因之一。从对该桥梁地基施工的孔壁检测图形看，桩孔扩大部分在断层发育部位，我们将造成坍孔的主要原因归结如下：
(1)施工中护筒变形或形状不合适，护筒的长度不够；
(2)地下水位有较高的承压力，水头保持的压力不够；
(3)成孔速度太快，再加上泥浆的容重及浓度不足，在孔壁中来不及形成泥膜；
(4)在砾石层等处有渗流水或者没水，孔中出现跑水现象；
(5)沉放钢筋时，碰撞了孔壁，破坏了泥膜及孔壁。
4、该工程质量问题的防治措施
4.1 钻孔机的重新选择
我们重新对当地地质条件进行了审查，根据当地地质资料显示情况，我们发现该桥梁工程地基范围内多为粉质黏土、粉砂、细圆砾土、中砂、砾砂，少数桩基地质含有全风化和强风化岩，承载力在100～500kPa，因此，根据以上情况确定适应本工程的最理想方法是采用大型旋挖钻机。旋挖钻机的型号为SR－360型钻机，此钻机最大成孔为直径2.5m，最大深度为92m，可满足现场施工要求，采用笼式探孔器检测，其外径等于钢筋笼直径加100mm，但不大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径4－6倍，详见图2所示。
4.2 泥浆护壁技术
钻孔灌注桩施工质量好坏的技术关键之一是泥浆护壁。泥浆的作用是冷却钻头、润滑以及护壁携砂，其中后者是主要的作用。钻孔时，本工程原先采用与原位的粘土混合，直接注人清水使之成护壁泥浆，后来调整为人工预先制各泥浆。原先，为了防止泥浆稠度过大会影响钻进速度，而采用1.5的泥浆制备比例，导致泥浆过稀，不利于护壁和排渣，后来调整为泥浆制备比例在1.1左右，同时排出泥浆的比重应控制在1.2～1.14左右。泥浆除控制比重外，还应定期测定它的粘度。在不同的土层中钻孔，泥浆粘度要求是不同的，本工程地基以砂土为主，合适的泥浆粘度为23～45Pa·s。
4.3 确保桩位、桩顶标高和成孔深度
为了防止施工中护筒变形或形状不合适，护筒的长度不够，本工程中护筒中心与桩位中心线偏差严格控制不大于50mm。保持护筒位置稳定，在护筒定位后认真检查及时复核护筒的位置以及并回填土是否密实，防止钻孔过程中发生漏浆的现象。钻孔桩钻孔允许偏差见表1所示。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。虽然钻杆到达的深度己反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。 为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。软粘土钻进速度200m／min左右，在细粉砂层钻进都是15m/min左右。孔径的大小与钻头直径的大小直接相关，要经常复核在施工过程中钻头直径，及时调换磨损超过10mm的钻头。
4.4 清孔彻底
影响灌注桩承载能力的主要因素之一是孔底沉渣，因此清除孔底沉渣是清孔的主要目的。本工程中清孔采用的技术，是使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，随着泥浆的循环流动被带出桩孔。具体原理是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣，将桩孔内的沉渣最终尽量排除干净。清孔方法主要掏渣、有抽浆、换浆、空压机喷射和砂浆置换等。不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止坍孔。为了防止己成形的深基坑进一步坍塌，本工程采用的清空技术是高压机喷射(见图3所示)。应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，灌注桩成孔至设计标高，清孔后孔底残留的沉渣厚度，直到孔口返浆比重持续小于1.10～1.20，摩擦桩不得大于300mm，支承桩不得大于100mm。本工程中清孔分两次进行，在钻孔结束后立即进行第一次清孔，待导管、钢筋笼安放完毕后再清一次孔。第二次清孔后应马上进行水下混凝土的灌注工作，中间耽搁时间不宜过长。
4.5 筋笼制作质量和吊放
首先要检查钢材的质保资料，再按设计和施工规范要求，制作钢筋笼，检查合格后验收钢筋的制作质量、数量、规格、长度和直径。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上。由于钢筋笼吊放后是暂时固定在钻架底梁上，因此，为了确保钢筋的埋入标高满足设计要求，应根据底梁标高逐根复核吊环长度。应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，在钢筋笼吊放过程中，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。
5、结束语
钻孔灌注桩作为桥梁基础工程的一个重要部分，其施工难度大，施工质量不易控制，这就要求我们在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工规范，核查地质和有关方面的资料，对施工过程中可能会发生的一些问题及时进行分析处理，做至科学组织，精心施工，严格管理，施工质量是完全可控的，这些质量事故也是完全可以避免的。
关键词：工程概述；孔壁坍塌；原因分析；防治对策
1、工程概述
某桥墩设计为12根直径2.2m钻孔灌注桩，桩底标高为－26.923m，设计桩长32.7m，施工中采用矩形双壁钢围堰维护，墩位处于近岸河床地段，床面高程－3.16～－3.20m，枯水期江水深13～19m。墩位处工程地质条件为：表层分布2.35～2.9m厚第四系冲积覆盖层，下伏基岩是粘土质粉砂岩，高程25m以上裂隙极发育，岩体破碎。桥址处岩体断层较多，且受全桥总体布置限制，无法绕避，桥墩位置原设计有5条断层带，断层岩体构造为角砾夹碎裂岩，岩体天然单轴抗压强度14.0～33.7MPa。该桥墩施工采用的是大孔径深水钻孔穿越断层正循环回转钻进施工技术(成孔原理见图1所示)。
2、该工程桥梁施工质量问题
通常有关桥梁工程地基处理施工中，为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。本工程中，因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，混凝土坍落采用18～20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋置深度保持在2～4m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高8～10m时，应及时将坍落度调小至12～16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，为了控制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度保持适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大。在灌注过程中，确定每段桩体的充盈系数，保持了每灌注2~3m左右测一次混凝土面上升的高度，规定桩身混凝土的充盈系数必须大于1，为了便于发现有问题的桩或评价桩的质量，对灌注桩每一步进行了跟踪记录。
通过对以上施工技术和施工效果的综合记录，我们发现该项桥梁工程桥墩施工最大的一项质量问题就是孔壁坍塌。在钻孔桩施工过程中，6号桩钻孔标高达－12.4m时，孔壁严重坍塌，填埋至标高－7.5m处，填埋深度4.9m，10号桩钻孔标高达－12.1m时，孔壁坍塌填埋至标高－9.4m处，填埋深度2.5m，继续钻进时坍塌仍在继续。
3、该桥梁工程孔壁坍塌问题分析
在本工程桥墩施工钻孔过程中，大孔径深水钻孔穿越断层施工控制，如有气泡伴生的孔内水位急剧下降，同时，机负荷明显增大，钻机进尺不动，出碴量显著增加，据此，我们断定为孔壁坍塌，即孔坍。我们分析，产生孔坍的原因：①在于施工前没有根据各地层地质资料，充分了解地层情况，因此，没有采取正确的施工方案。通过工程质量监督的回顾，我们还进不发现包括胶体率、泥浆粘度以及泥浆比重等指标适时调配不当等。②孔壁水压不平衡和护筒埋置太浅漏水也可造成坍孔。
此外，在施工的过程中，由于土壤的持力层发生变化等原因，灌注桩施工出现了漏水、漏浆，不断出现气泡，这些也是导致孔壁坍塌的原因之一。从对该桥梁地基施工的孔壁检测图形看，桩孔扩大部分在断层发育部位，我们将造成坍孔的主要原因归结如下：
(1)施工中护筒变形或形状不合适，护筒的长度不够；
(2)地下水位有较高的承压力，水头保持的压力不够；
(3)成孔速度太快，再加上泥浆的容重及浓度不足，在孔壁中来不及形成泥膜；
(4)在砾石层等处有渗流水或者没水，孔中出现跑水现象；
(5)沉放钢筋时，碰撞了孔壁，破坏了泥膜及孔壁。
4、该工程质量问题的防治措施
4.1 钻孔机的重新选择
我们重新对当地地质条件进行了审查，根据当地地质资料显示情况，我们发现该桥梁工程地基范围内多为粉质黏土、粉砂、细圆砾土、中砂、砾砂，少数桩基地质含有全风化和强风化岩，承载力在100～500kPa，因此，根据以上情况确定适应本工程的最理想方法是采用大型旋挖钻机。旋挖钻机的型号为SR－360型钻机，此钻机最大成孔为直径2.5m，最大深度为92m，可满足现场施工要求，采用笼式探孔器检测，其外径等于钢筋笼直径加100mm，但不大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径4－6倍，详见图2所示。
4.2 泥浆护壁技术
钻孔灌注桩施工质量好坏的技术关键之一是泥浆护壁。泥浆的作用是冷却钻头、润滑以及护壁携砂，其中后者是主要的作用。钻孔时，本工程原先采用与原位的粘土混合，直接注人清水使之成护壁泥浆，后来调整为人工预先制各泥浆。原先，为了防止泥浆稠度过大会影响钻进速度，而采用1.5的泥浆制备比例，导致泥浆过稀，不利于护壁和排渣，后来调整为泥浆制备比例在1.1左右，同时排出泥浆的比重应控制在1.2～1.14左右。泥浆除控制比重外，还应定期测定它的粘度。在不同的土层中钻孔，泥浆粘度要求是不同的，本工程地基以砂土为主，合适的泥浆粘度为23～45Pa·s。
4.3 确保桩位、桩顶标高和成孔深度
为了防止施工中护筒变形或形状不合适，护筒的长度不够，本工程中护筒中心与桩位中心线偏差严格控制不大于50mm。保持护筒位置稳定，在护筒定位后认真检查及时复核护筒的位置以及并回填土是否密实，防止钻孔过程中发生漏浆的现象。钻孔桩钻孔允许偏差见表1所示。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。虽然钻杆到达的深度己反映了成孔深度，但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当，或在提钻具时碰撞了孔壁，就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象，这将给第二次清孔带来很大的困难，有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。 为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。软粘土钻进速度200m／min左右，在细粉砂层钻进都是15m/min左右。孔径的大小与钻头直径的大小直接相关，要经常复核在施工过程中钻头直径，及时调换磨损超过10mm的钻头。
4.4 清孔彻底
影响灌注桩承载能力的主要因素之一是孔底沉渣，因此清除孔底沉渣是清孔的主要目的。本工程中清孔采用的技术，是使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，随着泥浆的循环流动被带出桩孔。具体原理是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣，将桩孔内的沉渣最终尽量排除干净。清孔方法主要掏渣、有抽浆、换浆、空压机喷射和砂浆置换等。不论采用何种清孔方法，在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止坍孔。为了防止己成形的深基坑进一步坍塌，本工程采用的清空技术是高压机喷射(见图3所示)。应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔，灌注桩成孔至设计标高，清孔后孔底残留的沉渣厚度，直到孔口返浆比重持续小于1.10～1.20，摩擦桩不得大于300mm，支承桩不得大于100mm。本工程中清孔分两次进行，在钻孔结束后立即进行第一次清孔，待导管、钢筋笼安放完毕后再清一次孔。第二次清孔后应马上进行水下混凝土的灌注工作，中间耽搁时间不宜过长。
4.5 筋笼制作质量和吊放
首先要检查钢材的质保资料，再按设计和施工规范要求，制作钢筋笼，检查合格后验收钢筋的制作质量、数量、规格、长度和直径。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确地吊放在设计标高上。由于钢筋笼吊放后是暂时固定在钻架底梁上，因此，为了确保钢筋的埋入标高满足设计要求，应根据底梁标高逐根复核吊环长度。应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量，在钢筋笼吊放过程中，对质量不符合规范要求的焊缝、焊口则要进行补焊。同时，要注意钢筋笼能否顺利下放，沉放时不能碰撞孔壁；当吊放受阻时，不能加压强行下放，因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象，应停止吊放并寻找原因，如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的，应提出后重新垂直吊放；如果是成孔偏斜而造成的，则要求进行复钻纠偏，并在重新验收成孔质量后再吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间，尽可能缩短沉放时间。
5、结束语
钻孔灌注桩作为桥梁基础工程的一个重要部分，其施工难度大，施工质量不易控制，这就要求我们在施工前要认真熟悉设计图纸及有关施工规范，核查地质和有关方面的资料，对施工过程中可能会发生的一些问题及时进行分析处理，做至科学组织，精心施工，严格管理，施工质量是完全可控的，这些质量事故也是完全可以避免的。