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冲孔桩注意事项及措施
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-02-17 10:54:34
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。
一、钻孔过程中出现的施工质量问题及防治措施
 1、护筒冒水 
    护筒外壁冒水,严重的会引起地基下沉,护筒倾斜和移位,造成钻孔偏斜,甚至无法施工。     造成原因:埋设护筒的周围土不密实,或护筒水位差太大,或钻头起落时碰撞。     防治措施:在埋筒时,坑地与四周应选用最佳含水量的粘土分层夯实。在护筒的适当高度开孔,使护筒内保持1.0-1.5m的水头高度。钻头起落时,应防止碰撞护筒。发现护筒冒水时,应立即停止钻孔,用粘土在四周填实加固,若护筒严重下沉或移位时,则应重新安装护筒。 
2、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;在护筒底脚以下2 —4m 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1 —1. 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小砾石夹粘土(1 : 1) 回填,经3 —5 天密实后,再重新冲(钻) 孔。
3 、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,当孔内坍塌不严重时,可回填至坍塌位置以上1 —2m , 并加大泥浆比重继续冲进。较严重的坍孔,应将钻孔全部用砂夹粘土或小砾石、小片石夹粘土回填,经一星期左右沉淀密实后,校正护筒位置无误后再重新冲孔。  
4、 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。 
5、 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4 —6 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1m 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。 
 
二、水下混凝土灌注过程中出现的施工质量问题及防治措施
1、钢筋笼上浮 
    钢筋笼的位置高于设计位置的现象。 
    造成原因:钢筋笼放置初始位置过高,混凝土流动性过小,导管在混凝土中埋置深度过大钢筋笼被混凝土拖顶上升;当混凝土灌至钢筋笼下,若此时提升导管,导管底端距离钢筋笼仅有1m左右时,由于浇筑的混凝土自导管流出后冲击力较大,推动了钢筋笼的上浮;由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时,其上层混凝土因浇注时间较长,已接近初凝,表面形成硬壳,混凝土与钢筋笼有一定的握裹力,如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上,混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升,同时也带动钢筋笼上升。 
防治措施:钢筋笼初始位置应定位准确,并与孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度,缩短灌注时间,或掺外加剂,防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小,混凝土接近笼时,控制导管埋深在1.5-2.0m。灌注混凝土过程中,应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深,当混凝土埋过钢筋笼底端2-3m时,应及时将导管提至钢筋笼底端以上。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2-4m,不宜大于5m和小于1m,严禁把导管提出混凝土面。当发生钢筋笼上浮时,应立即停止灌注混凝土,并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高,提升导管后再进行浇注,上浮现象即可消失。
2、导管堵塞 
  危害:浇注间断,严重时不得不停止灌注,造成断桩。 
  在钻孔灌注桩混凝土施工中经常会出现导管堵塞的现象(称之为“卡管”),这种现象的原因有:
1.导管法兰盘漏水(渗水)。导管内混凝土中间被水层隔离,这时导管内混凝土不能流动,导管被堵塞。
2.导管内混凝土中间被气包隔离。同样出现导管内混凝土不能流动,导管被堵塞。
3.导管裂缝。导管管壁太薄在施工中扯动过激,使管壁出现裂缝,还有他原因导致管壁出现裂缝。出现裂缝后,孔内水压较大,水势必将管内混凝土稀释、离析,使混凝土失去流动性而增加混凝土对导管壁的摩擦力,从而出现堵塞问题。
4.混凝土施工所用的砂、石等原材料级配不合格或水灰比不正确而出现混凝土离析,使石料与砂沉积在导管底端,水泥浆上浮;还有在施工中要求不够严格,与实际要求发生较大偏离,更使得沉淀离析速度加快。
5.混凝土灌注过程不连续,间断时间过长,或是调整灌注过程的时间过长,使已灌注的水下混凝土凝固,也会出现导管堵塞。
6.初灌时,隔水栓堵塞导管。这些原因都会使得钻孔灌注桩混凝土灌注施工不能正常进行。 
 1). 若刚开始灌注混凝土时,压水后发现导管有渗漏水现象,不要存在迁就施工的想法,应马上提出导管进行处理,并且要求重新清孔后再重新进行混凝土浇筑,以免因小失大。
2). 若导管底端处在混凝土中深的部位时,导管堵塞,可以用提升导管减轻水压的办法或上下抖动导管也可以用附着式振动器对导管进行振动,一般可以使管内的混凝土灌注下去。 
3). 若灌注水下混凝土不太深时(例如3~4m),发现导管堵塞,无法灌注混凝土,应尽快提升导管,清理出已灌注的混凝土,重新下新管后再进行混凝土浇筑,不得已时需要将钢筋笼提出采取复钻清除原灌注的混凝土。不能强行灌注,以免出现断柱现象或是桩底的混凝土强度不够,影响整个桩的施工质量 
4). 若灌注的混凝土面距离水面不太大的情况下(小于5m),出现导管堵塞混凝土无法灌注,混凝土未初凝时,应及时提出导管,在导管底部设置防水塞(应使用混凝土特制),将导管重新插入混凝土内(导管侧面再加重力,以克服水、泥浆的浮力),导管内装灌混凝土后稍提导管,利用新混凝土的自重将防水塞压出,然后继续灌注。也可以根据实地情况,调整护筒、大开挖、开挖护坡或围堰开挖等办法,直接抽水进行旱地接桩。
3、桩中出现夹泥层、断桩 
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; 在灌注水下混凝土的过程中,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; 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。如一旦发生了这类事故,处理措施有: 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。 
重新成孔法: 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)。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20 —30cm , 然后按规范要求进行清孔,重新安放钢筋笼后,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) 
沉入钢护筒法: 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。 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。 
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8cm —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. 5 —1.0m , 振捣密实后再灌清水,然后按水下混凝土进行浇注。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。 
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。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。

三、  结束语 
钻孔桩事故处理的方法很多,难度也较大,无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此,在钻孔桩施工中必须做到每个工序严格按照规范操作,水下混凝土灌注统一指挥、紧张而有序,对可能出现的问题制定切实有效的防范措施,尽最大努力杜绝事故的发生。同时对灌注桩的质量,应采取一整套系统的管理体制和施工工艺进行控制,以确保桩基础的承载力的正常发挥。
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