松散地层塌孔分析及解决措施

松散地层塌孔分析及解决措施

1.工程概况

江湾国际桩基及基坑支护工程项目位于江汉六桥引桥西北侧，紧邻汉江。该项目8#楼基础采用旋挖成孔混凝土灌注桩，孔径Φ800，设计桩长约50m，为摩擦型桩,持力层为（6）层细沙混卵砾石。

场地地质条件为：①杂填土，深浅不一。最深达7.3m,松散状态；②—③为粘土，3-18m埋深，软塑状态，局部夹粉土；④粉质粘土与粉细砂互层，软塑状态；⑤粉细砂层，深度越深，密实度越好；⑥细沙混卵砾石层，卵砾石含量40-50%，饱和、中密状态。

2.塌孔情况

江湾国际项目8#号楼采用两台旋挖钻机进行施工，施工过程中，8#号机接连发生塌孔情况，我们观察发现，塌孔位置都发生在孔深5-9米（相对标高-5.0—9.0）。经查阅地质勘察报告，此位置恰好为杂填土和粘性土交界位置，为松散地层。根据混凝土随灌随测分析，得出孔身情况如图一所示。

塌孔会降低钻孔的质量，导致钻孔成孔时间延长，进而影响工程工期，而且还会导致混凝土的严重超灌，增加施工成本，如表1所示为8-19,8-31两个钻孔成孔时间和超方情况。

表1 塌孔钻孔施工情况

施工日期桩号

成孔

时间

理论

砼量

实际

砼量

充盈

系数2014/5/6 8-19 8 25.13 31 1.23 2014/5/6 8-31 7.5 25.13 33 1.31 因此，我们必须对塌孔情况进行详细的分析，查找原因，采取措施预防塌孔的发生。

3.塌孔成因分析及解决措施

孔壁坍塌通常原因有土质松散，泥浆护壁不好，有提升、下落冲锤、掏渣筒带动浆液冲击扰动孔壁。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。我们通过与正常钻孔的施工过程对比，综合以往经验，得出由三种因素导致在松散地层容易发生塌孔情况，其分别为泥浆性能、抽吸作用、操作控制，其中抽吸作用为引起塌孔的主要因素。

寻找到导致松散地层发生塌孔的原因后，我们对三种因素一一作出分析，发现错误，改进工艺，采取正确的措施解决了塌孔问题。

（一）、改进泥浆性能：钻机开孔前，我们对泥浆的性能进行了测试，测得结果为比重1.08，粘度18S,含砂率2%。泥浆基本达到施工要求，然而发生塌孔情况后，我们认为必须将泥浆比重增加至 1.1-1.2，粘度增至22-28s,定期用挖机清理泥浆池里的沉沙，降低含砂率。在钻机施工过程中，必须将泥浆注满，切勿在泥浆不够成孔的情况下钻进。（二）、改进钻头结构，减小抽吸作用：抽吸作用为该项目塌孔主要因素，在钻进完成，钻头上升过程中，钻头犹如一只活塞紧贴孔壁上行，由于钻头上、下两空间无法连通，致使钻头下部空间压力减小，孔内静力平衡遭到破坏，软地层产生应力释放，孔壁地层产生蠕变导致桩孔失稳，致使发生塌孔。错误的钻头结构产生并增大了这种作用，以此我们发现钻头错误之处并对垮塌钻

孔所用钻头作出改进，以减小抽吸作用的发生。

图二钻头改进对比图

如图二所示为钻头改进对比，A为改进前，B 为改进后：

①增加环形空隙：发生塌孔情况所用施工钻头多为大筒体（3）薄保径（1），钻进过程中，狭小的环状间隙附着泥浆犹如活塞在抽吸，破坏孔内静力平衡。如图由A改进至B,加厚钻头保径，选择小筒体的钻头相互组合进行钻进。

图三钻头改进和糊钻

②减少糊钻：在粘土层中钻进，极易形成糊钻，如图三右所示，这和钻头外部结构有关，如图二A所示，钻头外部多位置焊有保径(1)，错误的位置焊接保径使得钻渣无法进入钻斗内部，使得钻渣沿筒体外壁上行，致使糊钻的发生，粘土紧紧包裹着钻头，造成环形空隙减小，钻进缓慢，产生抽吸作用，对此我们去掉多余保径如图二B所示，适当的增大进土面积。

（三）、操作控制：在施工过程中，操作控制的好坏直接影响成孔质量，操作控制主要是控制起下钻的速度，钻进速度。在松散地层钻进中，我们要求钻机“少进尺，多提钻”，“缓下钻，慢提钻”，避免产生冲击扰动松散地层，增大塌孔概率。

4.塌孔情况解决效果

经过我们对塌孔问题的分析，采取三大措施，改变泥浆的性能，定时的测试泥浆的参数；发现钻头结构问题，改进钻头结构，尽可能的减小抽吸作用；控制起下钻速度和钻进速度，减小对泥浆的冲击，进而减少对松散地层孔壁的扰动。通过以上三种措施的实施，我们后续钻孔基本没有发生塌孔现象，如表2所示为后续钻孔混凝土灌注情况。

表2 后续钻孔混凝土灌注情况

施工

日期

桩号

理论

砼量

实际

砼量

充盈

系数2014/5/7 8-20 25.13 28 1.1 2014/57 8-32 25.13 28 1.1 2014/5/8 8-10 25.13 28 1.1 2014/58 8-33 25.13 28 1.1

······

5.工程案例补充

长江食品厂C地块桩基项目位于沿河大道与武胜路交汇处，江汉桥西侧，紧邻汉江，工程地质情况与江湾国际极其相似，同为汉江冲积地层。该项目在开始施工过程常常发生塌孔情况，全部位于孔深9-12m位置，且多处于松散粘土地层。我们通过采取上述三种措施，很大程度上减少了发生塌孔的几率，有效的预防和控制了塌孔的发生。如图四为塌孔情况随我们采取的措施逐渐消除。

图四长江食品厂C地块3#充盈系数变化图

从图四中，超过1.2网格线以上的钻孔充盈系数为垮塌钻孔，图中明显的显示出项目作出相关措施后超方情况急剧的减小，极大的提高了钻孔质量，缩减了施工成本。6．结论

通过江湾国际项目和长江食品厂两个项目相似的塌孔情况以及相同的解决措施，极好的证明了我们采取的三种措施非常的实效，为以后在相似地层（松散的软塑状态粘土）钻进中预防塌孔积累了一定经验，将为解决塌孔问题提供了很好的基础。