冲孔灌注桩斜孔原因分析及处理措施探讨

冲孔灌注桩斜孔原因分析及处理措施探讨

【摘要】 本文结合新余市虎踞大道二标段何家山大桥桩基施工时出现斜孔现象， 对冲孔桩施工过程中的斜孔现象，进行分析、探讨，总结出一般分析方法和处理建议。

【关键词】斜孔 地质节理发育、软硬不均 岩性交错冲孔桩 施工

一、工程概况

新余市虎踞大道位于新余市城北，南接新余市劳动北路，北通新余市高铁火车站广场，何家山大桥为一座跨水库大桥，设计为钢筋混凝土连拱桥，跨径为20米，拱的半径为9米，共7孔，设计桩径两侧为U型桥台，桩孔为1.2米冲孔桩，中墩为重力桥墩，桩孔为1.5米冲孔桩。水库主要地质为：库底淤泥，厚约 0.5～3.9 米；粉质粘土厚0.6～2.1米；碎石土厚约 1.2～17.2 米；强风化炭质泥页岩，厚度1.9～3.2米，中风化炭质泥页岩，厚度12～15米，强风化长石石英砂岩，厚度1.5～2.3米，中风化长石石英砂岩，厚度2.1～16.2米。

二、成孔施工斜孔分析及处理

根据何家山大桥的地质情况，在桩基施工设备上选用冲孔钻机，桩基于 2011年7月 15 日开工，施工时采用排干水库水，清除水库淤泥换填碎石土，平整场地后钻机进场施工，由于该桥地质情况岩性较多，有泥质粉砂岩、炭质泥页岩，长石石英砂岩，且几种岩性多为互相交错，裂隙发育，具斜层理，而且角度较小，因此施工时钻孔及易发生斜现象，经常因为钻孔倾斜严重无法正常施工，孔斜事件不仅造成工期延长， 浪费人力、 物力，对桩基承载力的影响也是令人担忧的。

下面以几个具有代表性的实例作分析：

1、一般地层抛填片石纠斜结果

何家山0#台0#-5号桩孔2011年7月12日开孔，2011年7月15日当孔深到12米时发现钻孔开始斜孔，至孔深为13.2米时偏斜26cm，无法正常施工，于是向孔内回填片石进行纠斜，回填后采用低冲程进行纠斜，于2011年7月17日纠斜完成。分析原因为炭质泥页岩岩面倾斜造成的，由于回填的片石强度大大高于炭质泥页岩的强度，且炭质泥页岩岩面倾斜角度不大，所以斜孔事故很快得以处理完成。

2、遇复杂地层斜孔时处理结果 1）、施工过程

7#-1桩基于2011年8月8日开孔，在 2011年 8月 12 日当冲孔孔深为 8.2

米时出现斜孔现象，当孔深至10米时，孔底已偏斜10cm。7#-1桩设计桩长28米，桩径 1.2 米、护筒埋深2米，孔口标高为了68.6米，孔底标高为38.2米，设计孔深 30.4米。出现斜孔现象后，立即回填片石至孔深6米开始进行修正，钻机小冲程缓慢冲进，于2011年 8月 16日15时，当冲钻钻进到8.9米时钻孔又出现了斜孔现象，说明这次回填片石只修正了8.2~8.9米间的斜孔。后又将孔进行回填片石（片石强度约40MP ），于2011年 8月 18日10时，冲钻钻进深度到达 9.4米时 再次出现斜孔，后连续不断的采用此方法进行钻孔纠斜处理，虽效果有一些，但进度非常缓慢，经过11天（到2011年8月29日17时）的反复纠斜钻孔深度到16.5米时，又出现了严重的斜孔现象（已偏斜25cm），无法继续施工，决定7#-1桩孔8~16.5米段进行水下砼浇注，待混凝土达到强度后再进行施工，在等待期间决定先施工7#-2号桩基，7#-2号桩设计桩长28米，桩径 1.2 米、孔口标高为了68.1米、孔底标高为38.2米，设计孔深 29.9米。当施工到孔深8.6米时也出现了与7#-1号孔同样的斜孔现象，而且斜孔方向与7#-1号桩孔一致，均向北倾斜，同样用抛填片石的方法处理，效果很差，开孔后经过16天的施工，孔深才12.5米。项目部决定把钻机移至7#-1号桩孔进行施工，2011年9月18日重新对7#-1号桩进行施工，但时当施工到孔深为16.8米时，也就是刚刚穿过浇注的混凝土时又开始出现斜孔，导致无法施工。针对7#-1及7#-2两个钻孔出现严重的偏斜现象，项目部不得不决定先停工等分析原因，拿出更合理的方法后再进行处理，

2）、原因分析

项目部认真的分析了两个桩孔的斜孔施工处理方法及过程后，认为在施工过程中，采用的抛石纠斜，低冲程高频率施工其方法是正确，对一般的斜孔往往采用该方法都能很好的处理类似的斜孔现象，而7#-1及7#-2孔施工采用抛石纠斜确没有很好的解决成孔问题，一定是有其特殊的地质原因，因此请项目部请来了地勘、设计、监理等相关人员到现场查看情况，共同探讨7#-1及7#-2孔斜孔的原因，大家一致认为，在一般情况下由于以下地质原因会造成钻孔斜孔：

（1）、施工中若出现孤石时，当孤石处于钻孔的平面位置上一边，只露出孔径1/2以下时，会造成钻孔一边硬一边软的现象，当钻头往下冲击时，由于一个平面上软硬不均，进尺速度不均匀，软的这边进尺较快，所有孔就自然的会向软的一边偏斜；

（2）、施工时若地层的层理倾斜较陡，钻孔孔径范围内一边软一边硬，施工时，钻孔易顺着层理面倾斜；

（3）、当遇到较为复杂地层时，岩性交错，强度差别较大，当钻孔桩径平面范围内出现两种强度差别大的岩性时也会造成偏孔。

综合上述三个因素，从地质勘察的岩性来看，该地区不存在有孤石的可能，因此可排除因孤石原因产生斜孔；

对于第二个因素因地层层理倾斜较陡，产生倾斜的原因是存在的，但是由于

同在一个承台的7#-5、7#-6孔已顺利施工成孔，未出现斜孔现象，而且7#-1与7#-5两桩中心距离只有3.5米， 7#-1孔正好又是向7#-5桩方向倾斜，7#-5孔口标高为68.4米，孔终孔深度为30.3米，终孔标高为38.1米，如果是层理倾斜所致，7#-5孔应该也会出现斜孔的现象。因此也可否定7#-1及7#-2孔斜孔是由于岩石倾斜造成的。

第三个因素岩性交错，应该是造成7#-1及7#-2孔施工斜孔的主要原因，理由是从7#-1及7#-2孔施工过程中产生的钻渣的岩性和勘资料进行比对，分析认为该墩台正好处于长石石英砂岩和炭质泥页岩相交处，长石石英砂岩强度高（地勘资料试验结果达65Mp）和炭质泥页岩强度低（地勘资料试验结果达20M p），同时由于该墩7#-5、7#-6孔顺利成孔未出现斜孔，两个桩孔施工的钻渣的岩性为炭质泥页岩，而7#-1、7#-2孔施工时正好都是往7#-5、7#-6孔偏斜，因此从7#-1、7#-2孔倾斜的方向及钻孔的钻渣岩性判断，7#-1、7#-2孔在孔径平面范围内存在长石石英砂岩和炭质泥页岩两种岩性，施工时钻孔及易向炭质泥页岩这边倾斜。见分析图

绘制上面地质柱状图的依椐是从7#-5、7#-6号桩及7#-1、7#-2桩已施工的情况来看，7#-5、7#-6号桩的钻渣为炭质泥页岩，而7#-1、7#-2桩的钻渣为长石石英砂岩和炭质泥页岩混合样，尤其是7#-1桩到孔深16.5米时钻渣仍是长石石英砂岩和炭质泥页岩混合样，由此推断7#-1桩桩径平面内至少在16.5米以上是长石石英砂岩和炭质泥页岩混合一起，这种现象到什么孔深结束无法确认，由于两种岩石强度相差较大，因此必然会造成斜孔现象。而抛填片石只是处理斜孔的一种方法，并不能够避免斜孔，经几方人员共同决定，要使7#-1、7#-2桩顺利完工，最好的办法是采用人工挖孔桩及用潜孔钻钻孔先爆破后再用冲出钻进行施工，但考虑到这两种方法都必须要向公安部门申请爆破药材，手续烦琐，暂不考虑。

3）、处理方案

为了进一步了解7#-1、7#-2桩孔的岩性情况，决定对这两个孔抽干孔内泥浆来了解孔内的真实的岩性情况，通过观看孔壁的岩性，发现在孔壁周长的岩性，长石石英砂岩占2/3左右，炭质泥页岩占1/3左右，施工时应钻头底面接触面软硬不均，导致钻孔往软的一边倾斜，如果硬的一面的接触面积能增大的话，施工时钻头冲击的稳定性就能大大加强，钻孔出现斜孔的可能性会大大的降低，由此判断如能增加钻头对长石石英砂岩接触面积，应该能解决钻孔斜孔现象，因此决定增大钻孔孔径到1.8米，采用与设计桩位不同心的方法（即偏心园）进行施工。如下图

施工时从开孔开始采用1.8米孔径偏心（设计桩位）施工，施工期间要及时取钻渣样，当施工到钻渣样为同一种岩性时，如仍未到设计孔深，应仍采用1.8米孔径施工穿过同一种岩性1米后，再换用1.2米钻头以设计桩位进行施工，钢筋笼尺寸仍按1.2米桩孔的设计图施工。

4）、处理过程及结果

方案确定后，立即对7#-1、7#-2桩孔用片石进行了回填，于2011年9月22日用1.8米钻头开始对7#-1孔进行施工，施工时始终采用低冲程进行施工，2011年9月28日当施工到孔深为16.5米时，也就是先前1.2米孔径施工深度，并未出现斜孔现象，说明这个方法基本达到了预期的效果，2011年10月2日当孔深达到24.5米时，孔内钻渣基本为炭质泥页岩，因此在2011年10月4日当孔深25.2米时，移动钻机使钻机对准设计孔位换用1.2米孔径钻头于2011年10月6日施工到设计标高。7#-2桩也采用同样的方法于2011年10月22号完成施工。

在对何家山大桥桩基成孔施工斜孔事故的处理过程中，我们通过准确及时的分析事故发生的原因，既采用了常规的抛石纠斜的处理方法，也根据实际的地质情况，大胆尝试了以前从未用过的处理方法，取得了令人满意效果，得到了业主及监理的肯定。

三、地质节理发育、软硬不均地层中施工应注意的问题

在该类地层施工极易出现斜孔现象，在设备选用上应首先选用冲击钻机，施工时要参考地勘资料，及时掌握孔内地层变化，尽量采用低冲程施工，同时要及时的对钻头进行修复，如果钻头外边磨损较大，呈锥形的话也极易出现偏孔及卡钻事故，如发现孔出现斜孔现象，应立即进行纠斜处理，一般情况下是在刚发现斜也后及时回填片石进行处理，片石的强度越大越好。

结束语

在何家山桩基施工过程中，我们通过对钻孔出现斜孔的处理，成功的解决了复杂地层斜孔的事故处理，对施工中遇到斜孔事故，要结合地质情况，认真的分析斜孔的原因，采用最为经济实用的处理方法，使桩基施工质量达到设计和施工规范要求。

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