冲钻孔灌注桩施工常见事故防治措施

1、 冲(钻孔灌注桩施工常见事故防治措施 摘要本文对冲孔灌注桩施工中危害性最大的事故如坍孔、埋钻、掉钻、卡钻、缩孔、斜孔、弯孔、断桩、夹泥等提出了预防及一旦发生事故后处理的具体措施。 在冲(钻孔灌注桩施工过程中,由于主观、客观等多方面的原因,往往会发生如坍孔、断桩等常见事故,有时甚至是不可避免的。作为工程技术人员,如何尽可能地预防、减少事故的发生以及一旦发生事故后,怎样迅速、准确地分析、判断事故形成的原因,然后在认真分析地质报告和现场施工条件后,采取相应的既安全经济、又快速的处理方法是十分重要的。笔者根据多年来带领学生进行桥梁施工实习及高速公路施工监理过程中的所见所闻,总结了大量工地处理冲(钻孔灌

2、注桩施工常见事故的实际经验,并参考有关文献及规范,归纳出如下几点,供同行们参考。1坍孔1.1孔口附近产生坍孔主要表现是:护筒(钻杆倾斜、护筒下沉明显;钻头吊绳偏离孔位中心;孔内水位骤然下降并冒密集的小气泡等。坍孔的主要原因是:护筒埋置深度不够或护筒周围回填的粘土分层夯实不够;孔口附近地面受水浸湿泡软(如泥浆沉淀池距孔口过近;孔内水头压力不足;向孔内补水时水流对孔壁有冲刷;开始冲孔进尺过快;吊绳放松过长致使钻头撞击护筒或孔壁;泥浆稠度不够等。处理措施:如护筒下沉过多或倾斜,应及时扶正护筒,或者将护筒四周回填土清除,摆正护筒,用粘土分层回填夯实。严重时应挖出护筒,重新按要求埋置后再冲孔;在护筒底脚

3、以下24m 范围内属河床表层,通常比较松散,所以开始冲孔时应采用粘土加砾石的稠泥浆小冲程,防止钻头撞击护筒;补水管应置于护筒中部,防止冲刷孔壁;保持孔内有足够的水头压力(孔内水位比孔外地下水位高出2m 以上;在砂夹卵石及砂层中开孔时,按1:1投入粘土和小片石,遇有软土层时,按2:1或3:1投入粘土和小片石,采用小冲程、高频率反复冲砸到护筒脚下11.5m 处停下,回填到护筒底脚以上1.0m ,再继续冲击,使孔壁坚实,不坍不漏。一旦判明发生了坍孔,如情况不严重时,可按1:1投入粘土和小砾石,回填至坍孔位置以上(或护筒底脚以上1.0m ,并加大泥浆比重继续冲击;如情况严重时,应将钻孔全部用砂夹粘土或

4、小砾石夹粘土(1:1回填,经35天密实后,再重新冲(钻孔。1.2孔内深部发生坍孔主要表现是:孔内水位骤然下降并冒密集的气泡;冲击机或卷扬机负荷明显增加甚至钻头运转不起来;长时间冲击进尺很小等(用测绳测得的孔深与理论计算值差距较大。深部坍孔的主要原因是:孔内水位高度不够,没有足够的水头压力(往往由掏渣后未及时补水或泥浆所致;泥浆稠度不够;冲孔通过取土层有潜流或流速较大。产生对流,加之补水不及时;钻头或掏渣筒吊绳放松过长致使其撞击孔壁;此外,在松软砂层中进尺太快(采用大冲程等。防止措施:冲孔过程中应始终注意保持孔内泥浆有一定的稠度;松散粉砂或流砂中冲进时应多加粘土与砾石,或者风化片石等,将松软土层

5、挤紧,同时加大泥浆稠度;保证孔内有足够的水头压力(水头高于孔外2m 左右;控制进尺;放松卷扬机或冲击机不宜过多。一旦判明发生了坍孔,当孔内 正护筒位置无误后再重新冲孔。2埋钻、卡钻、掉钻主要表现是:钻头提不上来或掉入孔中。产生原因是:埋钻:通常是由于较大的坍孔或钻头冲入软弱土层中太深所致;冲击进入粘土层时,因土层本身可以造浆,应采取小冲程、快速、勤掏泥的办法逐渐降低泥浆稠度,否则会因泥浆过稠而造成埋钻。卡钻:一般是由于冲击进入风化岩层或岩层中,采用较大的冲程冲击,当钻头吊绳放的太松,致使钻头下落后倾斜,顶住孔壁或冲击进入夹层的岩层中,造成卡钻;孔内有探头石未凿除或有大块孤石坍落、孔口有杂物下坠

6、等。掉钻:发生埋钻或卡钻时强行上提钻头,或者是由于缺乏检查,吊环、吊绳断裂;(吊绳自然磨损检查时未发现,特别是扒杆顶端及连接处磨损或拧断;冲击锥的转动套断裂;吊绳放松过少而形成“打空锤”时使吊绳因受荷过大而断裂;钻杆与钻头松脱等。防治措施:无论发生埋钻或卡钻,都不得强行上提钻头,以免造成吊绳断裂或坍孔。如埋钻不太深,可用套绳、打捞钩具勾住钻头,并与吊绳共同受力将其提上来;如埋的较深,打捞钩具往往难以勾住,即使勾住时也可能提不上来。则应采用空气吸泥机或空气压缩机吹开埋钻的泥砂,再提出钻头。判明是卡钻时,可先用打捞钩具勾住钻头,同时给吊绳施加横向力晃动钻头,待钻头松动后再将其提出;如仍不能提出,则

7、改用小钻头冲击障碍物,将其打碎或压进孔壁。也可直接冲击原钻头,使其松动后吊起。一旦发生掉钻,应及时打捞。间隔时间愈长,钻头会埋得愈深,与周围泥砂锈蚀也愈死。当使用打捞工具无济于事时,比较有效的方法是采用空气吸泥机或空气压缩机吹开埋钻泥砂,然后再行打捞。3缩孔、弯孔、斜孔主要表现是:吊绳偏离护筒中心;钻头上提困难(机器载荷明显增加;清孔后放入钢筋笼时下不去或倾斜等。产生原因是:护筒以下有较厚的淤泥质亚粘土、亚沙土夹层,而孔口地面又堆有较大的荷载(如震动较大的施工机具、建筑材料等往往会造成缩孔;开始冲击时地层较松软,如果采用冲程较大、吊绳放得较松,往往会造成斜孔;钻锥在冲击时转动套不够灵活、或因泥

8、浆太稠而影响钻锥钻转动,会形成缩孔和梅花孔;孔内有探头石或障碍物,使钻头受力不均,也会造成弯、斜孔;钻入呈倾斜状态的硬土层、风化岩层;钻孔通过溶洞、孤石等;钻架下的地基产生不均匀沉降,使钻架倾斜,也会导致产生弯、斜孔。防治措施:在冲孔过程中,如出现上述产生缩、弯、斜孔的迹象,可用自制检孔器吊入孔内检测。检孔器应按照桩内设计钢筋笼的直径焊制。为使检孔器较轻便,可先只焊4根主筋,且每隔2米焊一根加劲箍筋环,长度采用5m左右(约为46倍钢筋笼的直径,当检孔器不能下沉到已钻的深度或检孔器倒向一侧孔壁时,则可判明发生了缩孔、弯孔或斜孔。如探明已发生了缩、弯、斜孔,应采用小片石、碎石回填至发生偏斜处以上1

9、m左右,重新修孔、冲孔。(采用小冲程、高频率修孔不严重时,可以调整钻机或扒杆位置继续冲孔。严重时,应全部用小片石、碎石回填该孔位,重钻修孔,必要时应反复修几次。待孔全部冲完后,检孔器再按设计钢筋笼的主筋及箍筋数量补齐,作为桩中钢筋笼使用之。4桩中出现夹泥层、断桩我们都知道,在桩孔中灌注水下混凝土,通常都是采用储料漏斗和导管完成的。形成桩中夹泥层乃至断桩的情况一般有如下一些时机:4.1由于计算失误而使第一斗混凝土灌下(工地上称为“撒鹰”后,未能封住导管下口,或混凝土面高于导管下口面不多(小于1m,在水压力作用下使导管内返水,不得不二次“撒鹰”时,使两次灌注的混凝土之间出现夹泥层;4.2在灌注水下

10、混凝土的过程中,导管焊缝或其接头漏水;导管提升过多(孔内产生了小规模的坍孔而未发现、计算失误等使其下口拔离孔中的混凝土表面,都会造成导管返水而形成夹泥层;4.3当一个桩孔由于停电、机器故障等原因未能保证混凝土的连续浇注时,两次浇注间隔时间较长,孔中混凝土表面已初凝,从而使桩身在该处产生夹泥层甚至断桩。对于上述事故,如果施工人员能够严格按照操作规程施工,不马虎大意,实际上是完全可以避免的。如一旦发生了这类事故,处理措施有:4.4若是上述第一种原因,应马上拔出导管,将孔底的混凝土拌合物用吸泥机或抓斗清除,然后重新下管灌注;若是第二种原因,应视具体情况拔换原管,或用原管插入混凝土中继续灌注。但灌注前

11、应将导管内的水和沉淀泥吸出。如这二种原因处理不及时,使孔内混凝土已凝固,这就形成了断桩。对于断桩事故的处理,首先应认真分析、研究,查明事故形成的原因及断桩部位的标高,然后在充分分析地质报告和现场施工条件后,选择一种施工上安全可靠、费用上经济合理、技术上简单可行的处理方法进行处理。目前,断桩事故处理的几种常用的方法有:重新成孔法、沉入钢护筒法、下沉井法、人工挖孔法等。4.4.1重新成孔法:利用冲击钻,待已浇注混凝土有一定强度后,先回填片石及膨润土,再将已浇注的混凝土全部冲掉;在冲进过程中,用掏渣筒掏渣,并用磁铁将冲断的钢筋打捞出来。冲进深度比断桩部位超过2030cm,然后按规范要求进行清孔,重新

12、安放钢筋笼后,浇注水下混凝土。(为了提高冲击效率,可以在已灌注的混凝土中钻眼,采用定向爆破法将混凝土炸碎,然后再进行冲击,可大大提高冲击效率。不过,此法施工难度亦较大重新成孔法的特点是:优点:不需要复杂的施工机械,(只用常规施工机械如冲击钻、掏渣筒等施工工艺简单,安全,施工质量易于保证。缺点:由于桩孔中已放入了钢筋笼,加之水下混凝土结硬后强度很高,往往使冲击效果很差。同时,由于钢筋笼的影响,甚至还会引起卡钻、掉钻、坍孔等并发事故。特别是当断桩部位较高时,冲掉一个断桩往往费工、费时,不但增加工程费用,甚至还会延长工期,造成工程损失。 适用范围:断桩部位发生在深部,浇注数量较小;或桩底部分无钢筋笼

13、时;桩位处地质条件较好。(如硬粘性土、砂砾、角砾、强风化岩层等4.4.2沉入钢护筒法:根据断桩部位发生深度,采用厚10mm 钢板卷制一个直径与桩成孔直径相同,长度比断桩部位(即已浇混凝土表面标高低0.5m 1m (地下水十分发育处应采用下限值,可防止反水的钢护筒,用振动锤将钢护筒沉至已浇混凝土表面以下0.5m 1m 处,清除孔内土体和泥浆后,排干孔内积水(如反水则进行封底处理,凿除顶面浮浆及松散混凝土,并将钢筋清洗干净,刷除表面锈饰后,继续浇注混凝土接桩。沉入钢护筒法的特点是:优点:此法为处理断桩事故最常规的方法之一,施工工艺成熟,安全可靠,施工质量完全可以保证;且不受地质和水文条件的限制;钢

14、筋笼不会受到破坏,可继续利用。缺点:所需施工机具复杂,如大型卷扳机、大吨位吊机、振动沉桩锤等。这对于一般结构简单的桥梁施工工地来说,很难具备这些机具,从远处调运或租用,经济上和工期上均不一定是最佳选择。因此采用此法是有一定难度的。适用范围:断桩部位(即钢护筒长度一般不超过20m ,不受地质和水文条件的限制。4.4.3下沉井法:将断桩孔位再回填至地面,并进行必要的处理后(如平整孔口地面、夯实、铺20cm 30cm 沙砾垫层先预制好第一节沉井(沉井中心即桩位中心,一般一节长度为2m 3m ,沉井内径比桩成孔直径大10cm ,且上口内径比下口内径小10cm (便于接筑下一节沉井时支撑模板,井壁厚度8

15、cm 15cm ,待第一节沉井强度达到70%以上时,即可挖土下沉。下沉到距地面0.5m 时,停止挖土,再接筑下一节沉井,直至断桩部位。待沉井下沉稳定后,如涌水则进行封底处理。然后清除断桩部位的泥土,凿除浮浆层及松散混凝土,再按接桩工艺进行预埋锚固钢筋。灌注混凝土时,因距地面较深,为确保灌注混凝土质量和安全,应采用水下混凝土灌注方法:即先在孔内灌注1.5m 左右混凝土(无水灌注,并使导管埋入混凝土0.51.0m ,振捣密实后再灌清水,然后按水下混凝土进行浇注。下沉井法的特点是:优点:不需要复杂的施工机械,施工工艺简单易行,安全,施工质量易于保证,钢筋笼不会受到破坏,可继续利用。并经工程实例比较,

16、该法比重新成孔法经济,比人工挖孔法安全。缺点:沉井节间连接、沉井与已浇注混凝土之间接缝处理技术要求高;要求施工人员有一定的沉井施工经验;工期较长。适用范围:要求断桩部位位于较好的地质层,如强风化岩层,碎、砾、卵石层等,以利于沉井与该层面的连接;地下无涌水或涌水量较小。4.4.4人工挖孔法:先将断桩孔位回填至地面(为有利于快速沉淀及挖孔,应回填中、粗砂砾土、碎、卵石土等,经24小时沉淀密实后,再进行人工挖孔。挖回填土一米,割除钢筋笼一米,做一米护壁(地质条件较好时,用喷射混凝土护壁法,该法施工速度快,工艺简单;地质条件不好时,用钢模板浇注混凝土梯套法,该法施工工艺也简单易行,但施工速度较慢,必须

17、使所浇注混凝土梯套强度达到70%以上时,才能挖孔并浇注下节梯套混凝土。依次直至断桩部位处,凿除浮浆层及松散混凝土,并将已浇注混凝土中的钢筋笼凿出2m ,然后下钢筋笼与原有钢筋笼焊接(注意同一断面上接头数量不超过钢筋根数的20%;然后用导管浇注清水混凝土。或者凿除浮浆层及松散混凝土后,在孔位中部再钻一个较小直径的孔,插入一个与小孔直径相适应的小直径钢筋笼,浇注混凝土并振捣密实后再灌水,用导管浇注清水混凝土。人工挖孔法的特点是:优点:不需要复杂的施工机械,施工工艺简单、灵活、经济,施工质量易于保证;经工程实例比较,该法是以上所述四种方法中最为经济的。缺点:由于大部分工作都需要工人井下作业,施工时安

18、全隐患较多;工期较长。原有断桩部位以上的钢筋笼被完全破坏,不能利用。适用范围:断桩部位距地面10m 以内,且地质情况较好;地下无涌水或涌水量较小。5结语本文介绍了冲(钻孔灌注桩基础施工过程中常见事故的预防与处理措施,虽然属于常见事故,但由于桩基础是隐蔽性工程,许多问题是看不见摸不着的,一旦出现问题,处理不好或方法不当,便会直接影响到工程的经济效益甚至工程质量。施工过程中,在应用本文所介绍的方法处理事故时,一定要结合工地的实际情况和设计单位所提供的资料,认真分析、仔细研究地质报告,判明事故发生的原因和部位,在确保安全和施工质量、工期的情况下,选择一种施工上安全可靠、费用上经济合理、技术上简单可行的处理方法进行处理。Accident for Defending and Dealing with Emergency of Rinsing Affusing Drilling Stake Construction Abstract This article puts forward material measures for defending and dealing wits emergeny to the most harmful accident