冲击钻孔灌注桩常见事故的预防及处理

2022-09-10

冲击钻孔灌注桩工艺广泛应用于公路、铁路桥梁桩基施工, 但由于钻孔灌注桩水下施工作业的复杂性、隐蔽性和不可预见性, 往往容易发生坍孔、缩孔、钢筋笼上浮、堵管、断桩等问题, 给工程进度和质量造成一定的影响。分析问题产生的原因, 正确处理钻孔、灌注施工过程中出现的事故, 对保证桩基施工进度和工程质量有着重要的意义。

1 钻孔易发事故的预防及处理

1.1 坍孔

1.1.1 产生坍孔的主要原因

一是泥浆比重不够及其泥浆性能指标不符合要求, 使孔壁未形成坚实护壁;二是由于掏渣后未及时补充水或泥浆, 或潮水上涨, 或孔内出现承压水, 或钻孔通过砂砾等强透水层, 孔内水流失而造成孔内水头高度不够;三是护筒埋置太浅, 下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸泡变软, 或钻机装置在护筒上, 由于振动使孔口坍塌;四是清孔后泥浆比重、粘度等指标降低, 泥浆吸走后未及时补浆或水, 使孔内水位低于地下水位;五是清孔操作不当, 供水管直接冲刷孔壁;清孔时间过久或清孔后停顿过久;六是吊入钢筋笼时碰撞孔壁, 破坏了泥浆护壁。

1.1.2 预防及处理措施

(1) 在松散粉砂土或流砂中钻进时, 应控制钻进速度, 选用较大比重、粘度、胶体率的泥浆。或投入粘土掺片石、卵石, 低锤冲进, 使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起护壁作用。泥浆性能指标可参考表1。

(2) 发生孔口坍塌时, 可立即拆除护筒并回填孔口, 重新埋设护筒再钻。

(3) 发生孔内坍塌时, 应先判明坍塌位置, 再以粘土掺砂砾回填至坍孔处以上1m~2m, 如坍孔严重时全部回填, 待回填物沉密后再行钻进。

(4) 清孔时应保证孔内必要的水头高度, 供水管不要直接插入孔中, 应通过水槽使水减速后流入孔中, 避免冲刷孔壁。

(5) 吊入钢筋笼时, 应对准钻孔中心竖直插入, 避免碰撞孔壁。

1.2 钻孔倾斜

1.2.1 造成钻孔倾斜的主要原因

钻孔中遇有较大的孤石或探头石;在有倾斜度的软硬地层交界处、岩面倾斜处钻进, 或者粒径大小悬殊的砂卵石地层中钻进, 钻头受力不均;扩孔较大处, 钻头摆动偏向一方;钻机未安置平稳或产生不均匀沉陷, 偏离设计中心位置。

1.2.2 预防及处理措施

(1) 安装钻机时要使底座平稳, 起重滑轮、连接钻头的卡口和护筒中心应在一条竖直线上, 并经常检查校正。

(2) 由于主杆塔架较高, 冲击时上部摆动较大, 必须在钻架上增设斜杆固定;在有倾斜的软硬地层钻进时, 应吊着钻杆控制进尺, 或回填片、卵石冲平后再钻。

(3) 查明钻孔倾斜的位置和倾斜的情况后, 一般可在倾斜处吊住钻头上下反复扫孔, 使钻孔正直。倾斜严重时应回填粘土砂砾石, 待沉积密实后再钻进。

1.3 掉钻

1.3.1 发生掉钻的原因

发生掉钻主要原因有卡钻时未摸清情况, 强提强扭, 使钢丝绳或钻头疲劳断裂;冲击钻头合金套质量差致使钢丝绳拔出或转向装置 (转向套、转向环、转向杆) 构件断裂;钢丝绳与钻头连接处钢丝绳的绳卡数量不足或松驰;钢丝绳使用过久, 断丝太多等造成断绳。

1.3.2 预防及处理措施

(1) 经常检查钻锥、钢丝绳、转向装置和连接装置。为方便打捞落锥, 可在冲锥上预先焊接打捞环、打捞杠或在锥身绑扎几圈钢丝绳等。

(2) 掉钻后应及时摸清情况, 采用相应的方法进行打捞。常用打捞方法有以下几点。

(1) 当钢丝绳折断或钢丝绳卡环松脱, 若钻锥上留有不小于2m长钢丝绳时, 可用打捞叉打捞; (2) 当钻锥上有钢丝绳圈或打捞环、打捞杠等, 可采用打捞钩打捞。当钻孔深度不深时, 也可采用偏钩配合钢丝绳及长竹竿打捞。

1.4 扩孔和缩孔

1.4.1 造成扩孔和缩孔的原因

扩孔一般表现为局部的孔径扩大, 其成因基本与坍孔相同, 轻则为扩孔, 重则为坍孔。当扩孔不影响钻孔时, 可不必进行处理, 只是混凝土灌注量相对增加。当因扩孔后继续坍塌影响钻孔, 应按坍孔事故进行处理。

缩孔的成因一是钻头焊补不及时, 严重磨耗的钻头往往钻出较设计桩径偏小的孔;二是由于地层中有软塑土 (俗称橡皮土) , 遇水膨胀后使孔径缩小。

1.4.2 预防及处理

(1) 扩孔预防及处理措施基本与坍孔相同。

(2) 为防止缩孔, 应经常检查钻头, 若发现钻头磨耗应及时进行修补。

(3) 使用卷扬机吊住钻锥上下、左右反复扫孔以扩大孔径, 直到缩孔部位达到设计孔径为止。

1.5 梅花孔

(1) 冲击钻孔时, 钻孔冲击成十字槽或梅花形状, 即称为梅花孔。其原因一是由于冲锥顶转向装置失灵, 导致冲锥不能转动;二是泥浆相对密度和粘度高, 转动阻力大, 钻锥不能自由转动;三是冲程太小, 钻锥得不到足够的转动时间。以上三种原因都将使钻锥只沿一个方向上下冲击, 形成梅花孔。

(2) 预防及处理。应经常检查转向装置确保其灵活性;选用适当比重和粘度的泥浆, 适时掏渣;采用低冲程时, 间隔交替高冲程冲击。当出现梅花孔时, 可用片、卵石混合粘土回填重新冲孔。

1.6 卡钻

(1) 卡钻的主要原因一是由于钻孔形成梅花孔, 冲锥被狭窄部位卡住;二是钻头磨耗未及时补焊, 致使孔径逐渐缩小, 当换用新钻头或钻头补焊后直径增大, 用高冲程猛击时易发生卡钻;三是冲锥倾倒, 顶住孔壁;四是孔内掉入物件卡住钻头。

(2) 预防及处理。发生卡钻时应先摸清情况, 针对卡钻原因进行处理, 不可盲目强提, 以免造成越卡越紧或发生坍孔埋钻事故。当因梅花孔卡钻, 则可松、紧钢丝绳, 使钻锥上下活动并转动适当角度提钻。其他原因卡钻, 可用小冲锥冲击使被卡的钻锥松动或用高压冲、吸的方法将卡住钻头周围的钻渣松动后再提出。打捞过程中要继续搅拌泥浆, 以防止沉渣埋钻。

2 灌注易发事故的预防及处理

2.1 导管进水

2.1.1 引起导管进水的主要原因

一是首灌混凝土储量不足或导管底口距孔底的间距过大, 致使混凝土下落后, 不能完全埋没导管底口, 泥水从管底口涌入;二是导管接头不紧, 接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开或焊缝破裂, 泥水从接头或焊缝中流入;三是灌注过程导管提升过猛使导管底口超出原混凝土面, 底口涌入泥水。

2.1.2 预防和处理

为避免发生导管进水, 首先应认真检查导管的完好性以及接口的紧密性, 首灌前导管底口距孔底40cm。同时, 灌注前应计算确定首批混凝土量, 使其导管首次埋深大于等于1m且能平衡孔内水头压力。当发生导管进水时, 要当即查明原因, 采取以下处理措施。

(1) 当为上述第一种原因造成的导管进水时, 应立即将导管拔出, 用吸泥泵将散落在孔底的混凝土拌和物清出, 重新灌注。若无法清除时, 需将钢筋笼提出孔外, 重新进行清孔、安装钢筋笼、下导管、灌注。

(2) 第二、三种原因造成的导管进水, 应视具体情况, 拔换原导管或用原导管插入, 用吸泥泵吸除干净导管内的泥水和沉淀物后继续灌注。若混凝土面在水面以下不深, 且尚未初凝时, 可于导管底部设置防水塞, 将导管重新插入混凝土内, 然后继续灌注。

2.2 卡管

2.2.1 卡管的主要原因

卡管的主要原因:一是初灌时隔水栓卡管;二是混凝土的坍落度过小、流动性差、拌和不均匀, 运输途中产生离析或雨天运送混凝土未加遮盖, 使混凝土中的水泥浆流失, 粗骨料集中而造成导管堵塞;三是机械发生故障或其他原因使混凝土在导管内停留时间过久, 最初灌注的混凝土已经初凝, 增大了导管内混凝土下落的阻力。

2.2.2 预防和处理

(1) 用钻机吊绳抖动导管或在导管上安装附着式振捣器, 使隔水栓下落, 若不能奏效时, 须将导管连同其内的混凝土提出孔外进行清理, 切勿使混凝土落入孔内, 然后重新吊装导管、灌注。

(2) 严格控制施工配合比以及混凝土拌和物质量, 规范混凝土运输。

(3) 灌注前仔细检查灌注机械, 加速混凝土的灌注速度。当灌注时间过久, 卡管无法解决, 此时应将导管拔出, 重新冲孔、清孔、灌注。

2.3 坍孔

(1) 坍孔的判断。在灌注过程中如发现孔内水位突然上升溢出护筒, 随即骤降并冒出气泡, 疑似坍孔征象, 可用测深锤探测。如探测发现与原来深度相差很多, 可证实为坍孔。

(2) 坍孔的主要原因有护筒底脚周围漏水, 孔内水位降低, 或在潮汐河流中当涨潮时, 孔内水位差减小, 不能保持原有静水压力, 以及护筒周围堆放重物或机器振动等。

(3) 预防和处理。当发生坍孔, 应查明原因, 采取相应措施。如保持或加大水头、移开重物、排除振动, 防止坍孔继续。然后用吸泥泵吸出坍入孔中的泥土, 如不继续坍孔, 可恢复正常灌注。如坍孔仍在继续, 坍塌部位较深, 宜将导管拔出, 清除混凝土, 提出钢筋笼, 再以粘土掺砂砾回填沉实后, 重新钻孔、灌注。

2.4 埋管

(1) 引起埋管的原因一是导管埋入混凝土中过深;二是导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大;三是提管过猛将导管拉断。

(2) 预防及处理。严格控制埋管深度, 导管埋深宜控制在2m~6m;在导管上端装设附着式振捣器, 每隔数分钟或提管前振捣一次, 使导管周围的混凝土不致过早初凝;首批混凝土掺入缓凝剂, 加速灌注速度;提升导管时不可过猛。当发生埋管时, 可用链滑车或千斤顶试拔。

2.5 钢筋笼上浮

2.5.1 造成钢筋笼上浮的原因

造成钢筋笼上浮的原因有:一是混凝土面已过钢筋笼底口一定高度且导管埋深较大时, 其上层混凝土因浇注时间较长已近初凝, 混凝土与钢筋笼有一定握裹力, 如果此时导管底端未及时提到钢筋底口以上, 混凝土从导管流出后将向上顶升, 同时带动钢筋笼上移;二是当灌注的混凝土面接近钢筋笼底口, 且导管底端在钢筋笼底口下3m至上1m时, 灌注速度过快, 混凝土下落的顶托力大于钢筋笼的重力, 推动钢筋笼上浮;三是导管直接挂住钢筋笼, 上拔时将钢筋笼带上来。

2.5.2 预防和处理

(1) 灌注混凝土过程, 应随时掌握混凝土浇注标高及导管埋深, 当混凝土埋过钢筋笼底口2m~3m时, 应及时将导管提至钢筋笼底口以上。

(2) 当导管底端低于钢筋笼底口3m至高于钢筋笼底口1m之间, 且混凝土表面在钢筋笼底口上下1m之间时, 应放慢混凝土灌注速度, 其最大灌注速度与桩径有关, 可参考表2。

(3) 钢筋笼临时焊接固定于护筒上, 可有效防止其上浮;适当减少钢筋笼下端的箍筋数量, 可减少混凝土向上的顶托力;在孔底设置直径不小于主筋的1~2道加强环形筋, 并以适当数量的牵引筋牢固地焊接于钢筋笼的底部。

(4) 当发现钢筋笼开始上浮时, 应立即停止浇注, 并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高, 提升导管后再进行浇注, 上浮现象即可消除。

3 结语

冲击钻孔灌注桩施工中每一道工序的质量, 对灌注桩成桩的质量和施工进度起到至关重要的作用。本文根据以往施工过程中常出现施工事故及质量事故进行探讨和分析, 以期对类似工程起到借鉴作用, 力争在施工过程中对可能出现的问题进行预控, 做到防患于未然。当遇到问题时, 应根据施工现场实际情况, 认真分析原因, 然后对症下药, 保证每一工序质量, 从而保证整体工程质量和进度。

摘要：针对冲击钻孔灌注桩施工过程中常出现的问题, 分析其主要原因, 介绍相应的预防和处理措施。

关键词：钻孔灌注桩,常见问题,处理技术