钻孔灌注桩施工中若干问题的处理

钻孔灌注桩施工中若干问题的处理某路桥实业有限公司钻孔灌注桩施工中若干问题的处理钻孔灌注桩是用钻孔机械在土中钻成桩孔，达到设计标高后在孔内吊入钢筋骨架，灌注桩身混凝土而形成的，是深基础中最常用的一种形式。我国公路桥梁上使用钻孔灌注桩基础始于上世纪50年代末，现在已得到广泛的发展和应用。但是，在施工过程中由于多种不确定因素的影响，从埋设护筒、置备泥浆、钻孔、清孔、吊放钢筋笼架到灌注水下混凝土的各个环节中仍容易发生各类问题。这里谈一谈钻孔灌注桩施工中容易出现的各种问题和原因，以及相应的处理方法，供参考。钻孔中的常见问题有：漏浆、坍孔、钻孔偏斜、扩孔与缩孔、梅花孔、糊钻、埋钻、卡钻、掉落钻具、孔底沉渣过厚、灌注混凝土时导管进水、卡管、灌注混凝土时坍孔、埋管、钢筋笼上浮、导管跌落、断桩等。1．钻孔时漏浆或孔壁坍塌1）护筒的原因护筒起着固定桩位、保护孔口防止土层坍塌、隔离孔内孔外表层水和起到钻头导向的作用，要求埋置稳固、准确、不漏水。在护筒脚与泥（岩）层相接处，地质往往发生变化，在钻孔过层时容易发生各种问题而导致漏浆或坍塌。护筒埋深不能太浅，原则上护筒埋入稳固的粘土层深度应不小于钻孔时必须的水头高度。另外护筒在钻孔过程中位置要固定，否则由于水流往复运动可能使护筒外壁与土体产生空隙而导致漏浆或坍塌；护筒刃脚或接缝处不严密也将导致漏浆。2）水头或泥浆的原因钻孔灌注桩施工的关键一是要保证一定的水头，二是泥浆性能，以起到护壁固壁的作用，防止坍孔。水头指的是护筒内水位与外水位或地下水位的压力差。水头太大易出现孔壁或护筒底反穿孔，而护筒内水头不够、不稳定（遇有透水性强地层或潮汐河流）也会导致漏浆、坍塌。钻孔泥浆的一个重要功能就是增大孔内静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断内外深流，以防止坍孔。泥浆太稀，排渣能力小，护壁效果差；泥浆太稠则会削弱钻头冲击能力，降低钻进速度。当在松软地层中钻进太快、无压钻进空转速度过快过久、掏渣后未及时补充水量或泥浆，可能将导致泥浆相对密度或其它性能不符合要求。3）其它原因另外，冲击锥或掏渣筒倾倒时碰撞孔壁，爆破处理孔内孤石探头石时炸药用量过大造成孔壁振动过度、吊放钢筋笼时碰撞孔壁等原因，也都容易造成漏浆、坍塌。4）漏浆的相应措施出现轻微漏浆时可加入适量粘土或其它外加剂以改善泥浆性能、适当减小水头高度或埋深护筒继续钻进（护筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位1.5～2.0m，护筒底应低于施工最低水位0.1～0.3m）；如果是护筒刃脚漏浆可于周围抛填袋装粘土；如果是护筒接缝漏浆可由潜水工用棉絮堵塞封闭接缝。漏浆严重时，应停止钻进，回填粘土静置等待处理。另外也可视现场情况采用双护筒法处理，即在原护筒外下放直径稍大的新护筒。如已离终孔标高不远，或回填量太大时可再加大粘土量或其它外加剂，并根据护筒内外水位差情况往护筒内加水或抽出泥浆，尽可能地保持护筒内外自然形成的水位差，消除护筒脚处的水压力。5）坍塌的相应措施坍孔是钻孔灌注桩施工中最严重的事故。在松散粉砂土或流砂中钻进时要严格控制进尺速度，选用较大比重、粘度、胶体率的泥浆或投入粘土掺片、卵石，低锥冲击使粘土膏、片卵石挤入孔壁起护壁作用；冲击成孔的开孔段要低锤勤打，形成坚固孔壁后，再恢复正常冲击；另外遇孤石、探头石需要使用炸药爆破时应严格控制炸药用量；清孔时要保证水头高度；吊钢筋笼架时应对准钻孔中心竖直插入。遇有坍孔时，应认真分析原因查明位置，然后进行处理。如果不严重，可在坍塌的一段回填砂和粘土混合物到坍孔处1～2m以上，并改善泥浆性能，加高水头、埋深护筒后继续钻进；坍孔严重时，应全部回填等待回填物沉积密实后再行钻进。如遇探头石等地层钻进困难时，可投入混凝土，将孔壁石头胶结后，重新开钻；如果坍孔部位不深时，可采取深埋护筒法，将护筒周围土夯填实，重新钻孔。2．孔位偏移强孔身倾斜可能是测量放线有误或者定位木桩保护不当所引起的；钻机底座未安置水平或发生不均匀沉陷；全压钻进或钻头不正使钻杆弯曲；地层倾斜或钻孔周围土质软硬不均匀；钻孔中遇有较大孤石、探头石，硬夹层或基岩倾斜等。钻机就位前应检查定位桩是否正确并对钻机和桩架进行水平和垂直校正。出现倾斜时应分析原因并采取相应纠正措施，如检查校正钻机底座、钻杆及其接头等；采用冲击钻时，可在偏斜处吊住钻锥上下反复扫孔，使钻孔正直；偏斜严重时，应回填粘土到偏心斜处待沉积密实后再行钻进。3．扩孔和缩孔应采取防止坍孔和钻锤摆动过大的措施。局部坍塌造成扩孔可不必处理。如果扩孔后继续坍塌则按坍孔处理。缩孔通常是由于没有及时焊补钻锥或地层中存在软塑土即橡皮土而造成的。对于前者应及时补焊钻锥，对于后者应用失水率小的优质泥浆护壁。检查是否缩孔的简便方法是经常用圆笼检孔器吊入孔内检查，对已发生的缩孔，可用钻锤上下反复扫孔重新达到设计孔径。4．梅花孔也叫十字孔，多见于冲击钻孔。由于冲击锤顶转向装置失灵，总在一个方向上下冲击；泥浆相对密度和粘度太高，钻锤旋转阻力太大，钻头转动困难；操作时钢丝绳太松或冲程太小，冲锤刚提起又落下转动时间不充分，钻锤来不及旋转而改换不了冲击位置；在非匀质地层如漂卵石层、堆积层等易出现探头石造成局部孔壁不圆等原因容易发生梅花钻。出现梅花钻孔后，可用片石、卵石混合粘土回填钻孔再重新冲钻。5．糊钻（吸钻）、埋钻常出现于回转钻进和冲击钻进中，在软塑粘土层或风化泥页岩层钻进时，泥浆太稠，进尺太快，钻渣数量过大或渣径过大堵塞住出浆口而造成。处理方法是认真对泥浆稠度、钻杆内径、钻渣进出口、排渣设备进行检查计算，并控制适当的进尺。严重糊钻时应提出钻锥清除钻渣。冲击钻锥糊钻时，应减少冲程，降低泥浆稠度，并在粘土层上回填部分砂、砾石。遇到埋钻时应使用空气吸泥机吸走埋钻的泥沙，然后提出钻锥。6．卡钻原因有：形成梅花孔；钻头磨损未及时补焊导致孔径过小，换用新钻头或补焊后钻头直径变大；冲锥倾倒；遇探头石或孔内掉物卡住钻头等等。卡钻后不宜强提硬拉。若轻提不动时，可用小冲锥冲击或吸的方法将钻头周围钻渣松动后再细心提出；如果是梅花孔原因造成卡钻，则尝试松一下钢丝绳使钻锥转动一个角度再提出或用水下爆破提锥法处理。7．掉落钻具原因有：卡孔时强提强扭，使钻孔或钢丝绳断裂；钻杆接头不良或滑丝；电动机接线错误，使钻杆反转而松脱；冲击钻头转向装置断裂；钢丝绳磨损过甚未及时更换等。开钻前应经常检查钻杆钻具钢丝绳及其联结装置。为便于打捞落锥可在冲击锥上预先焊打捞环或在锥身周围捆几圈钢丝绳。钻具掉落后应摸清情况再用打捞叉、钩、绳套等工具打捞。若钻锥被泥沙埋住，可用小冲击锥或用冲、吸方法清除泥浆使打捞工具接触钻具后再行打捞。8．孔底沉渣过厚孔底沉渣是很有害的。尤其是端承桩，如果孔底沉渣太厚，就会严重影响桩的承载力，因此必须采用合适的清底方法清理干净。清孔后要保持足够的水头以避免因泥浆浓度减小导致孔脚涌进泥沙或孔壁坍塌，认真施工避免钢筋骨架、导管等碰撞孔壁，否则都可能导致孔底沉渣过厚。成孔后下入钢筋笼及套管，向孔内送入压力水，使孔底的钻渣浮起，此时立即割断隔水栓的挂绳、灌注混凝土，钻渣即浮在混凝土上部，随着混凝土的灌入，钻渣逐渐上升，排出孔外。9．灌注混凝土时导管进水首先应保证导管接头严密不漏水。以下原因也可能导致灌注混凝土时导管进水：首批混凝土储量不足，不能把导管底口封住；混凝土下落时导管提升过猛，底口距孔底间隙过大，使混凝土流出导管底口时流速过快，甚至全部流出导管。导管进水时应将导管提出，用空气吸泥机清除孔底混凝土混合物后重新下导管灌注混凝土。如果混凝土面在水面以下不很深且未初凝时可于导管底部设置用混凝土特制的防水塞，将导管重新插入混凝土内，导管内装满混凝土后稍提升，利用新混凝土自重将底塞顶出后继续灌注混凝土。如果混凝土面在水面以下不很深但混凝土已初凝无法插入导管时，可在原护筒内加设直径稍小的钢护筒，用重压或锤击方法压入混凝土面以下适当深度后，抽除其内的水或泥浆，清除混凝土顶面的泥渣及软弱层后，继续灌注混凝土到设计柱顶50cm以上处即可。10．卡管第一种情况为初灌时隔水栓卡管或混凝土本身质量问题以及混凝土运输过程产生离析，导管接缝处漏水等原因，使混凝土中水泥浆流失、粗集料集中而造成导管堵塞。此时应抖动导管或在导管上安装辅助式振捣器使隔水栓下落。如仍不能下落则将导管提出钻孔，清理后重新吊装导管重新灌注混凝土。第二种情况是由于机械故障原因（包括泵送混凝土时输送管堵塞）而使混凝土在导管中停留过久发生卡管，此时应立即调换机械。如由于没有及时拆除并提升导管，且首批混凝土已初凝时发生导管内混凝土堵塞，则应拔出导管重新安设钻机，用小钻头将混凝土钻挖吸出，并将钢筋笼架逐一拔出，以粘土掺砂砾填孔待密实后重新钻孔成桩。11．灌注混凝土时坍孔护筒底脚周围漏水，孔内水位差减小（潮汐河流涨潮时）井孔外堆放重物或机器振动时均可发生坍孔。其现象为护筒内水泥浆忽然上升溢出护筒，随即骤降且冒气泡。此时用测深锤多次探测混凝土表面，如达不到原有深度且相差较多，均可证实确为坍孔。发生坍孔轻微时，可用吸泥机吸出坍入孔中的泥土即可恢复正常灌注。严重坍孔时宜拔出导管保存孔位回填粘土，待坍孔稳定后，掏出或吸出回填土重下导管重新灌注。12．埋孔导管埋入混凝土过深，导管内外混凝土已初凝，使导管无法拔出。此时宜用葫芦、链滑车、千斤顶等工具拔出导管。如仍拔不出且已灌的表层混凝土未初凝时，可另外下一根导管进行相应处理。如果表层混凝土也已经初凝，新导管无法插下时，则按断桩处理。13．钢筋笼上浮钢筋笼上浮是混凝土灌注过程中常有现象，常发生在首批灌注的混凝土面接近钢筋笼底部或更下方或混凝土埋管深度较小时。此时靠钢筋笼自重及与孔壁向下摩擦力来抵抗混凝土上升顶力、向上摩擦力及泥浆浮力。一旦灌注过快，可能失去平衡，导致钢筋笼上浮。预防措施是放慢浇注速度，且接长钢筋笼顶部并焊牢在钢护筒顶上。14．导管跌落原因主要是由于拆管时不慎，导管跌落泥浆中。可采用“二次剪球”法进行处理，即导管跌落后，将导管提出距混凝土面50cm以上，塞上一个新的阻水球进行第二次剪球。剪球后有沉淀稀泥被冲入混凝土中，形成一段夹泥混凝土层。此时可根据混凝土下冲深度将导管再次降低1～2m继续灌注。结束后可把混凝土面灌高2～3m，清除夹泥混凝土及浮浆即可。15．桩身断桩、夹泥这种现象大都是由以上事故引发的次生结果。另外清孔不彻底或灌注时间过长，首批混凝土已凝固，流动性降低，而继灌混凝土冲破顶层面上升，两层混凝土间（甚至全桩中）夹有泥浆渣土而形成断桩。此时可进行地质钻机钻芯取样探查，并视具体情况采取相应压浆补强方法处理，待水泥硬化后再次取芯检查补强效果。如认为断桩、夹泥情况已经排除，则可作为合格桩交付