浅谈钻孔灌注桩常见工程事故与处理

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  【 摘 要】钻孔灌注桩在各种工程基础中应用广泛,但由于其施工程序和质量控制同一般混凝土浇筑不同,故影响灌注桩质量因素较多,本文对钻孔灌注桩常见质量事故进行综合分析,根据质量事故的发生原因,提出了便于实施的防治方法。
  
  【 关键词】钻孔灌注桩 质量事故 防治方法 砼强度 初灌砼量 孔底沉渣
   Abstract:It analyzed the causes of common accidents in the construction of cast - in - place piles and proposed the prevention measures that may promote the construction technology and assure the success of the construction.
  Key words:Bored pileQuality accidentPrevention methodConcrete strengthFirst pouring concrete volumeHole bottom sedimen
  中图分类号:U443.15+4 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
  1绪论
  钻孔灌注桩具有低噪音、小震动、无挤土,对周围环境及邻近建筑物影响小,能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力,适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点,在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用,已成为一种重要的桩型。随着社会经济发展的需要,钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大,单桩承载力也越来越高,同时,也使单柱单桩的设计成为可能。对于长桩、大桩,其施工难度大,易发生质量事故。而单柱单桩的设计,对桩的质量要求高,发生质量事故后,加固处理难度大,且费用较高。因此,有必要对钻孔灌注桩的常见质量事故加以分析,找出质量事故发生的原因,研究相应对策,尽可能防止质量事故发生。
  2常见钻孔事故的预防及处理
  2.1坍孔
  2.1.1坍孔原因
  ①泥浆相对密度不够及其它泥浆性能指标不符合要求,使孔壁未形成坚实泥皮。
  ②由于出渣后未及时补充泥浆(或水),或河水、潮水上涨,或孔内出现承压水,或钻孔通过沙砾等强透水层,孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。
  ③护筒埋置太浅,下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软,或钻机直接接触在护筒上,由于振动使孔口坍塌,扩展成较大坍孔。
  ④在松软砂层中钻进进尺太快。
  ⑤提出钻锥钻进,回转速度过快,空转时间太长。
  ⑥冲击(抓)锥或掏渣筒倾倒,撞击孔壁,或爆破处理孔内孤石、探头石、炸药量过大,造成过大震动。
  ⑦水头太高,使孔壁渗浆或护筒形成反穿孔。
  ⑧清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低,用空气吸泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆(或水),使孔内水位低于地下水位。
  ⑨清孔操作不当,供水管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔后停顿时间过长。
  ⑩吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。
  2.1.2 坍孔的预防和处理
  ①在松散粉砂土或流砂中钻进时,应控制进尺速度,选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。冲击钻成孔时投入粘土,掺片、卵石,低冲程锤击,使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起護壁作用。
  ②汛期或潮汐地区水位变化过大时,应采取升高护筒,增高水头,或用虹吸管、连通管等措施保证水头相对稳定。
  ③发生孔口坍孔时,可立即拆除护筒并回填钻孔,重新埋设护筒再钻。
  ④如发生孔内坍塌,判明坍塌位置,回填砂和粘质土(或沙砾和黄土)混合物到坍孔处以上1m~2m,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。
  ⑤严格控制冲程高度和炸药用量。
  ⑥清孔时应指定专人补浆(或水),保证孔内必要的水头高度。供浆(水)管最好不要直接插入钻孔中,应通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中,可免冲刷孔壁。应扶正吸泥机,防止触动孔壁。不宜使用过大的风压,不宜超过1.5~1.6倍钻孔中水柱压力。
  ⑦吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入,严防触及孔壁。
  2.2扩孔和缩孔
  扩孔比较多见,一般表现为局部的孔径过大。在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大,易于出现扩孔,扩孔发生原因同坍孔相同,轻则为扩孔,重则为坍孔。若只孔内局部发生坍塌而扩孔,钻孔仍能达到设计深度则不必处理,只是混凝土灌注量增加。若因扩孔后继续坍塌影响钻进,应按坍孔事故处理。
  缩孔即孔径的超常缩小,一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提钻异常困难的迹象。缩孔原因有两种:一种是钻锥焊补不及时,严重磨耗的钻锥往往钻出较设计桩径稍小的孔;另一种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。各种钻孔方法均可能发生缩孔。为防止缩孔,前者要及时修补磨损的钻头,后者要使用失水率小的优质泥浆护壁并须快转慢进,并复钻二三次;或使用卷扬机吊住钻锥上下、左右反复扫孔以扩大孔径,直至使发生缩孔部位达到设计孔径要求为止。
  此外,还有一些常见的钻孔事故,如:钻孔偏斜、掉钻落物、糊钻和埋钻、梅花孔(或十字孔)、卡锥、钻杆折断、钻孔漏浆等。
  3清孔
  3.1清孔的目的和方法
  清孔是钻孔灌注桩施工重要的一道工序,清孔质量的好坏直接影响水下砼灌注、桩质量与承载力的大小。为了保证清孔质量,采用二次清孔,即在保证泥浆性能的同时,必须做到终孔后清孔一次和灌注桩前清孔一次。为保证清孔后沉渣满足设计要求,在钻进将至终孔深度时,减缓钻进速度,使土层颗粒充分化分散,为清孔的进行作好必要的前期准备。第一次清孔利用成孔结束后不提慢转清孔,调制性能好的泥浆替换孔内稠泥浆与钻渣,以泥浆性能参数控制。第二次清孔是在下好钢筋笼和导管后进行,利用导管进行清孔,清孔时经常上下窜动导
  管,以便能将孔底周围虚土清除干净,终沉渣达到设计规范要求。清孔的目的是抽、换原钻孔内泥浆,降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标清除钻渣,减少孔底沉淀厚度,防止桩底存留沉淀土过厚而降低桩的承载力。
   清孔方法应根据设计要求、钻孔方法、机械设备和土质情况决定。其方法主要
  有:抽浆法清孔、换浆法清孔、掏渣法清孔、喷射法清孔、用砂浆置换钻渣法清孔等。
  3.2清孔的质量要求和检查方法
  3.2.1 清孔的质量要求
  (1)摩擦桩
  ①孔底沉渣土的厚度不大于设计规定。
  ②清孔后的泥浆性能指标:含砂率不大于2%,相对密度为1.03~1.10,粘度为17s~20s,胶体率≥98%。各项指标在钻孔的顶、中、底部分别取样检验,以其平均值为准。
  (2)支承桩(柱桩,包括嵌岩桩)
  宜以抽浆法清孔,并宜清理至吸泥管出清水为止。灌注混凝土前,孔底沉淀土厚度不大于设计规定。
  若土层易坍孔,必须在泥浆中灌注混凝土时,建议采用砂浆置换钻渣清孔法。
  清孔时应注意:不得用加深钻孔深度的的方法代替清孔。
  3.2.2 沉淀土厚度的检测方法
  沉淀土厚度的检测方法有如下几种:取样盒检测法、测锤法、电阻率法、电容法、声纳法等。
  3初灌时埋管深度达不到规范值
  我国JGJ 94-94规范规定,灌注导管底端至孔底的距离应为300~500mm,初灌时导管埋深应≥800mm。在计算砼的初灌量时,个别施工单位只计算了1.3m桩长所需的砼量,漏算导管内积存的砼量,初灌量不足造成埋管深度达不到规范值。另一方面,施工单位准备的导管长度规格太少,安装导管时配管困难,有时导管低至孔底的距离偏大,而导管安装人员没有及时把实际距离通知砼灌注班,形成初灌量不足导致埋管深度达不到规范值。初灌砼量V应根据设计桩径、导管管径、导管安装长度、孔内泥浆密度进行计算,且V≥V0+V1。V0为1.3m桩长的砼量,V0=1.2×1.3πD2/4(单位:m3);1.2-桩的理论充盈系数;D-设计桩径(m)。V1为初灌时导管内积存的砼量,V1=(hπd2/4)(ρ+0.55πd)/2.4 (单位:m3);h-导管安装长度(m);d-导管直径(m);ρ-孔内泥浆密度(t /m3); 0.55-导管内壁的摩阻力系数;2.4-砼的密度(t /m3)。
  4灌注砼时堵管
  灌注砼时发生堵管主要由灌注导管破漏、灌注导管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注砼的准备时间太长、隔水栓不规范、砼配制质量差、灌注过程灌注导管埋深过大等原因引起。
  灌注导管在安装前应有专人负责检查,可采用肉眼观察和敲打听声相结合的方法进行检查,检查项目主要有灌注导管是否存在小孔洞和裂缝、灌注导管的接头是否密封、灌注导管的厚度是否合格。必要时采用试拼装压水的方法检查导管是否破漏。灌注导管底部至孔底的距离应为300~500mm,在灌浆设备的初灌量足够的条件下,应尽可能取大值。隔水栓应认真细致制作,其直径和园度应符合使用要求,其长度应≤200mm。
  完成第二次清孔后,应立即开始灌注砼,若因故推迟灌注砼,应重新进行清孔。否则,可能造成孔内泥浆悬浮的砂粒下沉而使孔底沉渣过厚,并导致隔水栓无法排出导管外而发生堵管事故。
  5灌注砼过程钢筋笼上浮
  引起灌注砼过程钢筋笼上浮的原因主要有如下三方面:
  砼初凝和终凝时间太短,使孔内砼过早结块,当砼面上升至钢筋笼底时,砼结块托起钢筋笼。
  清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多,砼灌注过程中砂粒回沉在砼面上,形成较密实的砂层,并随孔内砼逐渐升高,当砂层上升至钢筋笼底部时便托起钢筋笼。
  砼灌注至钢筋笼底部时,灌注速度太快,造成钢筋笼上浮。
  若发生钢筋笼上浮,应立即查明原因,采取相应措施,防止事故重复出现。
  6桩身砼夹渣或断桩
  6.1原因分析
  混凝土坍落度太小,骨料粒径太大,未及时提升导管或导管倾斜,使导管堵塞,形成桩身混凝土中断;混凝土供应跟不上,使混凝土浇注中断时间过长;提升导管时碰撞钢筋笼,使孔壁土体混入混凝土中;导管没扶正,接头法兰挂住钢筋笼;异常恶劣天气原因导致混凝土灌注被迫中断;初灌砼量不够,造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有入砼内;砼灌注过程拔管长度控制不准,导管拔出砼面;⑧砼初凝和终凝时间太短,或灌注时间太长,使砼上部结块,造成桩身砼夹渣;⑨清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多,砼灌注过程中砂粒回沉在砼面上,形成沉积砂层,阻碍砼的正常上升,当砼冲破沉积砂层时,部分砂粒及浮渣被包入砼内。严重时可能造成堵管事故,导致砼灌注中断。
  导管的埋管深度宜控制在2~6米之間,若灌注顺利,孔口泥浆返出正常,则可适当增大埋管深度,以提高灌注速度,缩短单桩的砼灌注时间。砼灌注过程拔管应有专人负责指挥,并分别采用理论灌入量计算孔内砼面和重锤实测孔内砼面,取两者的低值来控制拔管长度,确保导管的埋管深度≥2米。单桩砼灌注时间宜控制在1.5倍砼初凝时间内。
  6.2控制措施
  严格控制商品混凝土的质量,其塌落度及粗骨料粒径符合设计和规范要求;拔管时掌握导管埋深,避免导管脱离混凝土面;当导管堵塞,混凝土尚未初凝时,可吊起一节钢轨或其它重物在导管内冲击,把堵塞的混凝土冲开,使混凝土继续浇注;如果混凝土发生断桩,可用比原桩稍小的钻头,在原桩位钻孔,至断桩部位以下适当深度时,重新清孔,在断桩部位增加一节钢筋笼,其下部埋入新钻孔中,然后继续浇注混凝土;如果导管接头法兰挂住钢筋笼,钢筋笼埋入混凝土又不深,则可提起钢筋笼,转动导管,使导管与钢筋笼脱离;施工期间密切注意天气变化情况,尽量避开异常恶劣天气影响。
  7砼灌注过程因故中断的处理办法
  砼灌注过程中断的原因较多,在采取抢救措施后仍无法恢复正常灌注的情况下,可采用如下方法进行处理:
  若刚开灌不久,孔内砼较少,可拔起导管和吊起钢筋笼,重新钻孔至原孔底,安装钢筋笼和清孔后再开始灌注砼。
  迅速拔出导管,清理导管内积存砼和检查导管后,重新安装导管和隔水栓,然后按初灌的方法灌注砼,待隔水栓完全排出导管后,立即将导管插入原砼内,此后便可按正常的灌注方法继续灌注砼。此法的处理过程必须在砼的初凝时间内完成。
  砼灌注过程因故中断后拔除钢筋笼,待已灌砼强度达到C15后,先用同级钻头重新钻孔,并钻除原灌砼的浮浆,再用φ500钻头在桩中心钻进300~500mm深,这样就完成了接口的处理工作,然后便可按新桩的灌注程序灌注砼。
  认真做好清孔,防止孔壁坍塌;尽可能提高混凝土浇注速度:a.开始浇砼时尽量积累大量砼,产生极大的冲击力可以克服泥浆阻力。b.快速连续浇注,使砼和泥浆一直保持流动状态,可防导管堵塞;提升导管要准确可靠,灌注砼过程中随时测量导管埋深,并严格遵守操作规程;灌注水下砼前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷,发现问题要及时更换。
  引起钻孔灌注桩质量事故的原因较多,各个环节都可能会出现重大质量事故。因此,在桩基工程开工前应做好各项准备工作,认真审查地质勘探资料和设计文件,实行会审和技术交底制度,做好现场试桩工作。施工过程抓好泥浆和砼质量,详细做好各项施工记录,牢牢把好钻孔、清孔和砼灌注等关键工序的质量关,是防止质量事故发生的行之有效的措施。
  随着科学技术的不断提高,建筑新技术及新工艺也不断发现并完善起来。相当多的科研人员及业内人士非常重视钻孔灌注桩的发展,作为对付水下施工的一把利剑,注意收集有关地质资料及学习各种复杂的基础施工经验是必不可少的。在沿海地带有许多地区采用箱形基础和筏形基础来代替桩基,在使用这种基础类型必须考虑到地下潜水及承压的分布情况和土层之间的变化,尤其是对当地地质历史的深入了解,而且利用现代高技术的电子实验及检测设备来观察土体在被开挖后的变化是极度为重要。
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