浅析冲击钻钻孔灌注桩施工中的质量通病及防治措施.doc

浅 析 冲 击 钻 钻 孔 灌 注 桩 施 工 中 的 事 故 原 因 及 防 治 措 施 浅析冲击钻钻孔灌注桩施工中的事故原因及防治措施 摘 要：在桥梁桩基础施工中，由于地质等方面原因会出现坍孔、缩孔、斜孔、漏浆、卡钻、埋钻、浮笼、卡管等各种施工难题，本文从钻孔灌注桩的施工工艺、事故原因、防治措施等方面进行论述，希望对类似问题处理有借鉴价值。 关键词：冲击钻 钻孔 坍孔 卡钻 卡管 浮笼 砼灌注 1 引言 钻孔灌注桩是目前高速公路、铁路桥梁基础普遍采用的基础形式，它具有施工设备简单、操作方便、安全等诸多优点，且具有单桩荷载大、孔径大、持力层较深的特点，但其属隐蔽工程，受地质、有无水、埋置深浅及桩的承载形式、截面面积等因素影响，施工时会出现各种故障，如何预防一些可以避免的工程事故，以及出现事故后又该如何处理，诸如此类的问题一直是广大工程施工者亟需解决的问题，本文结合佛开高速公路改扩建工程中钻孔灌注桩施工，分析冲击钻钻孔灌注桩施工中出现事故的原因及防治措施。 2 钻孔事故原因及防治措施 2.1 坍孔 在钻孔过程中，如果发现钻孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，就表示有孔壁坍陷迹象。此时，出渣量显著增加却不见钻头进尺，随之钻孔负荷显著增加，泥浆泵压力突然上升，极易造成憋泵。所以一旦坍孔，钻孔便无法正常进行，由此易造成掉钻、埋钻事故。 2.1.1 造成坍孔原因 （1）土质松散，泥浆相对密度不够，泥浆护壁不好，使孔壁未形成坚实的泥皮状态。 （2）松软地质层钻进过快或回转速度过快，空钻时间过长，或冲程太大。 （3）出渣后未及时补充泥浆，或由于地质原因孔内出现透水层，使孔内泥浆流失造成孔内水头高度不够，或孔内水位低于地下常水位。 （4）护筒埋置过浅，周围未用粘土紧密填封，下端护筒孔口漏水、或孔口长期浸泡松软。 （5）有重型机械在周围作业，震动强度过大，或钻机接触护筒，震动使孔口坍塌。 （6）清孔后泥浆的相对密度、粘度等指标降低，清孔时间过长或停顿时间过长，或将泥浆循环管口直对孔壁。 （7）吊放钢筋笼时碰撞孔壁。 （8）成孔后待灌时间或砼灌注时间过长。 2.1.2 防治措施 （1）重视护筒埋设环节，在松散易坍的土层中，护筒的埋置深度适当加大，周围必须用粘土紧密填封，确保护筒埋置稳固、严密。 （2）选用优质泥浆，随时注意控制泥浆比重，在松散粉砂土或流砂中钻孔时，应选用较大比重、粘度的泥浆。选用优质粘土制作泥浆，要求粘土中不得含有沙石等杂质，对泥浆的相对密度、粘度、胶体率进行严格控制，使其各项指标均达到合格，必要时投入适量片石，低冲程锤击，使片石粘土混合物挤入孔壁，从而起到较好的护壁作用。钻孔上段6～7米时，可不必向孔内输入清水，让钻渣自然形成浓稠的低质泥浆护壁，特别是护住护筒底脚处的孔壁(这一位置最易坍塌)。 （3）控制孔内水位，始终保持孔内水位高于地下水位，地域性水位变化过大时，采取增高水头、提高护筒等方式保证水头的稳定。 （4）控制钢筋笼的吊放，搬运、吊装钢筋笼时，防止变形，吊放时对准孔位，使钢筋笼缓慢、顺直、匀速下落，谨防碰触孔壁，钢筋笼焊接应加快速度，尽可能缩短沉放时间。 （5）清孔时应指定专人负责补水，既要保证钻孔内必要的水头高度，又要保证供浆管不正对孔壁，冲刷孔壁。 （6）控制砼待灌时间，灌注砼时，提高导管的拆装效率，尽可能缩短砼的灌注时间。 （7）发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒，将护筒周围土夯实填密实重新钻孔，坍孔部位不深时，可用深埋护筒法。 （8）发生孔内坍塌时，判明坍塌位置，回填片石和粘土(或砂砾和粘土)混合物到坍孔处以上1～2m，小冲程锤击，挤压护壁，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再进行钻进。 （9）因地质原因造成塌孔的，如遇溶洞、暗河、流沙层等，则会同业主、设计、监理、地质检测等部门研讨处理方案，由上级部门出台相关措施办法，方可进行施工。 2.2 钻孔偏斜 成孔后出现较大垂直偏差或弯曲，斜桩斜度超出规范范围或桩位偏离设计桩位等称为钻孔偏斜，钻孔偏斜会使灌注桩施工时钢筋笼难以吊入，或造成桩的承载力不满足设计要求。 2.2.1 偏斜原因 （1） 钻机安装就位稳定性差，钻机底座未安置水平或是产生不均匀沉降。 （2） 钻孔中遇有较大孤石或探头石。 （3） 作业时，钻杆弯曲，接头不正。 （4） 软硬地层交界处，岩面材质硬度相差悬殊，岩面松软侧钻进，或岩层呈斜状分布或遇卵石层，钻头受力不均造成偏斜。 2.2.2 防治措施 （1） 因钻机倾斜方面造成的，安装钻机时要使转盘、底座水平，使滑轮轴、护筒中心、桩位三者在一条垂直线上，并经常检查校正。已造成偏斜的应先移开钻机，检查钻孔壁情况，如果钻孔壁比较稳定，则应加固施工范围内的地基或加大钻机的支撑面积，而后，重新安装钻机恢复施工。 （2） 因地质构造引起的，如遇到不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，先分析清楚岩层的走向，而后采用适当的回填材料（回填材料一般为片石加粘土等组成的混合物）将钻孔回填至计算确定的高程处，静置一段时间后恢复施工，并应采用自重大的钻机，施工时应控制进尺，低速钻进。 （3） 偏斜较小时，确定偏斜位置，在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔，以便削去硬土，使孔正直；偏斜严重时，应回填粘土、片石等组合材料到偏斜处0.5m以上，待沉积密实后再继续钻进，也可以在开始偏斜处设置少量炸药(少于1kg)爆破，然后用砂砾石和片石等回填到该位置以上1m左右，待沉积密实后重新冲钻。 2.3 缩孔、扩孔 2.3.1 缩孔 缩孔是指钻孔的直径小于设计桩直径的现象。是在饱和性粘土、淤泥质黏土，特别是处于流塑性状态的土层中出现的特有现象，缩孔使钢筋笼的砼保护层过小，从而降低桩承载力。 2.3.1.1 缩孔原因 （1） 地层含水高、塑性大，塑性土膨胀使钻头经过后钻孔壁回缩。 （2） 钻具焊补不及时，严重磨损的钻锥往往钻出比设计桩径稍小的孔。 2.3.1.2 防治措施： （1） 经常检查钻具尺寸，及时补焊或更换钻齿。有软塑土时，采用失水率小的优质泥浆护壁。 （2） 采用钻具上、下反复扫孔的方法来扩大孔径。 （3） 采取块、卵、片石土回填，而后用重量较大的冲击钻冲击，挤紧钻孔孔壁，成孔一定时间内，孔壁形成坚实泥皮，则孔壁不会渗水，不会引起膨胀。 （4） 采用在外侧焊接一定数量的合金叶片进行旋转清理的办法。 2.3.2 扩孔 扩孔现象在钻孔桩施工中比较常见，一般表现在桩体局部孔径过大，经常说的“大肚子”。 原因以出现暗河、流沙、溶洞等地质原因造成最为突出，在地下水呈运动状态、土质松软的地质结构层易出现扩孔，如操作不当钻锤摆动过大也易出现扩孔，扩孔严重则为塌孔。 若孔内局部的扩孔，钻孔仍可达到设计要求的深度，则不必进行处理，只是在灌注过程中加大砼的数量，控制砼灌注过程中的孔深检测则已。若扩孔严重至孔内坍塌，影响钻进时，则按塌孔事故原则处理。 2.4 掉钻、埋钻、卡钻 钻头脱开钢丝绳掉入孔内视为掉钻，掉钻后坍孔将钻头埋住视为埋钻，钻头卡在孔内无法上下运作视为卡钻。 2.4.1 掉钻、埋钻、卡钻原因 （1） 操作不当，强提、强扭，使钢丝绳超负荷断裂。 （2） 钢丝绳绳卡锚固不牢固或是过度陈旧、磨损断丝严重未及时更换。 （3） 机械设备故障、电力故障引发。 （4） 冲击钻孔时钻头旋转不匀，产生梅花形孔，或孔内有探头石等均能发生卡钻。长护筒倾斜下端被钻头撞击变形钻头倾倒也能发生卡钻。 （5） 钻孔经过岩层分界面时相邻岩层强度差别较大、操作中未及时根据地质情况调整钻头的行程等原因引起卡钻现象。 （6） 由于地质塌孔、坠落物等方面原因，落下的材料等造成卡钻、埋钻。 2.4.2 防治措施 （1） 经常检查机械、电力等，经常检查钢丝绳及联结装置的磨损情况，及时更换磨损件，防止掉钻。 （2） 熟悉桩位地质情况，用低冲程时，隔一段时间要更换高一些的冲程，使冲锥有足够的转动时间，避免形成梅花孔而卡钻。 （3） 为了便于掉钻后打捞，需在钻锤上预先焊接打捞环，再在打捞环上缠绕钢丝绳等。 （4） 对于掉钻，宜迅速用打捞叉、钩、绳套等工具打捞。 （5） 对于埋钻，较轻的是糊钻，此时应对泥浆稠度，钻渣，进出口，排渣设备进行检查、计算，并控制适当的进尺。若已严重糊钻，应减小冲程，降低泥浆稠度，并在粘土层上回填部分砂、砾石。 （6） 钻孔壁出现局部坍塌且大部分钻孔壁处于稳定时造成埋钻，直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。打捞前，先用“探针”探明钻头在孔中的位置为制定打捞方案提供依据。应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，而后，采取“气举法”清除钻头上方的沉积土和淤泥，确认钻头已露出后再实施钻头的打捞工作。打捞设备必须保证在抓住钻头后尽量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的现象发生。 （7） 卡钻时，不宜强提，只宜轻提钻头。如轻提不动时，可用小冲击钻冲击，或用冲、吸的方法将钻头周围的钻渣松动后再提出。 （8） 由于“探头石”引起的卡钻，可以适当往下放钻头，而后，强力快速往上提，使“探头石”受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头。 （9） 由于钻头穿过岩层突变处引起的卡钻，优先采用水下爆破的方法进行处理。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法处理。水下爆破震动提钻法，就是将微量炸药密封后，用系有重砣或钢筋送到卡钻处，通过导线接通电源起爆，在爆轰力作用下，卡钻外的一边被炸破，钻头得此空间可以移动，或由于震动使钻头获得强大的水平力发生扭转，使其顺原位可提出。爆破时，注意炸药的用量、临桩位置等。 2.5 护筒、钻孔漏浆 护筒外壁向外侧冒水或泥浆成为护筒漏浆，护筒刃脚或钻孔壁向孔外漏泥浆的现象称钻孔漏浆。一旦漏浆，护筒内水头降低，孔内压力并得不到保障，易引发坍孔，也会造成护筒倾斜、位移及周围地面下沉。 2.5.1 形成原因 （1） 护筒埋设太浅，周围填土不密实，或护筒的接缝不严密，或护筒水位差太大，在护筒刃脚或其接缝处产生漏浆。 （2） 钻头起落时，碰撞护筒，造成漏浆。 （3） 钻孔中遇有透水性强的流沙层、砂砾层或地下水流动的地层如暗河、溶洞等，钻进时会有稀泥浆向孔壁外漏失。 （4） 护筒内水位过高，水柱压力过大，造成漏浆。 2.5.2 防治措施 （1） 埋设护筒时，护筒四周土选择含水量适当的粘土，要分层夯实。护筒采用钢制护筒，其主要作用是固定桩位，控制孔口有一定的水头，保护孔口防止塌陷，不穿孔。在旱地上埋设护筒一般采用挖埋法，埋置深度以进入好土不小于1m，并在护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土要分层回填夯实，以达到最佳密实度。在水中埋设护筒可采用振动加压下沉法。护筒底一定要下沉至硬土1米以上，否则易坍塌、穿孔。 （2） 起落钻头，要注意对中，避免碰撞护筒 （3） 护筒刃脚漏浆，可用粘土在周围填实、加固；如护筒接缝漏浆，可用潜水工下水进行作业堵塞。 （4） 适当降低护筒内的水头。施工中，严格控制好护筒内水位，一般情况下，以保护高于筒外施工水位1.5m为宜。水头过高易从护筒底脚处产生空孔现象，水头过低又会减弱孔内的水压，降低外渗护壁作用，甚至产生“反渗”现象。 （5） 如护筒严重下沉、位移，则应返工重埋护筒。 （6） 因地质原因引起漏浆的，如孔壁漏浆不严重（如地层裂隙），可倒入粘土或填入片石、碎卵石土或增加水泥、锯末等混合材料，以增强护壁。如孔壁漏浆严重，如遇流沙层、砂砾层暗河、溶洞等，则需向业主、监理、设计等有关部门反应相关情况，由上级部门制定防治方案，进行“堵漏”。 2.6 桩底沉渣量过多 清孔的目的是抽、换孔内泥浆，降低孔内水的泥浆相对密度。桩底沉渣量过多（端承桩≤50mm、摩擦端承桩及端承摩擦桩≤100mm、摩擦桩≤300mm），不仅使桩尖承载力降