桩基工程中常见事故分析处理与预防

2003年10月Oct.2003HENAN　SCIENCE

文章编号:100423918(2003)0520533204

桩基工程中常见事故分析处理与预防

罗国军

(河南省新郑卷烟厂,河南新郑　451100)

摘　要:桩基工程是土木工程中最常见的隐蔽工程之一,施工工艺涉及成孔、灌注。在成孔阶段,可能出现塌孔或

缩径以及孔底留泥等。在灌注阶段,可能出现夹泥和断桩,这些事故均可导致灌注桩承载力缺陷,不能满足设计要求。根据工程实践经验,分析总结了我省近年来钻孔灌注桩施工过程中常见的工程事故及其产生原因,建议了相应的处理措施,具有一定的工程意义。

关键词:桩基工程;施工事故;塌孔;缩径;夹泥;断桩中图分类号:TU473.1+　　　文献标识码:A

钻孔灌注桩已成为工业及民用建筑和道路桥梁桩基础的一种主要类型。特别是高层建筑、工业厂房、桥墩以及各种特殊要求的设备基础等建筑工程和市政工程所广泛采用的基础形式,其中高层建筑也得到推广应用。为了更好地保证钻孔灌注桩的工程质量,根据本人的一些实践经验和研究,对钻孔灌注桩施工过程中,常见事故的分析和处理方法提出一些见解,供大家在实际工作中参考。钻孔灌注桩是利用桩机成孔后,先下钢筋笼,而后下入导管,通过导管灌注一定数量的砼,并且砼在自身重力作用下充分密实在桩孔内,经过地下自然养护一定时间后,形成与钻孔形状相同的圆柱钢筋砼桩,以承担上部荷载。近年来,在桩基大量应用的情况下,钻孔灌注桩作为支护挡土结构的围护桩。钻孔灌注桩施工有以下两方面特点:一是施工过程控制受人为因素影响比较大,二是施工过程的隐蔽性比较强,后道工序覆盖前道工序的施工结果,待全部施工结果出来后,一旦发现较大的质量问题,就单桩而言,就难以作返工修补处理。因此,我们在施工过程中,要严格把好每一道工序的质量关。

1　桩机成孔

1.1　合理掌握钻进参数

在钻孔灌注桩裸孔钻进中,合理掌握钻进参数,不但可以提高钻进效率,还可以保证工程质量和施工的顺利进行。施工中,除考虑其它因素外,应合理选用钻进参数。

1.1.1　泵量　在松软地层钻进中,采用大泵量是提高钻进效率的有效办法。不但可以保持孔内清洁,而且

在大泵量和泵压的作用下,有利于土层的剥离。另外,松散地层钻进速度快,钻粉多,颗粒大,也需要较大的泵量携带和排出岩粉。1.1.2　转速　开孔钻进时,就开慢速。待压力正常后,方可开中速钻进;根据地层稳定情况,可使用高速钻进。如上海的暗绿色粉质粘土是硬土层,在软硬变层进入硬层大于1米后,方可使用轻压高速钻进。砂层钻进中,避免高速,以减少因钻具有摆动对孔壁造成的甩打现象,防止塌孔,保证孔壁的稳定性。1.1.3　压力　因地层松散,抗压强度小,若压力过大,可能将钻具压入地层,容易引起钻具的折断和造成孔斜。特别是在深孔钻进时,应采取减压钻进,适当掌握压力。一般情况下,三翼刮刀钻头600-800kg,在砂粒卵石层钻进压力适当减少至400-500kg。

泵量、转速和压力各项参数是相互匹配的。因此,在钻进施工中,还应根据地层、桩径及桩机性能合理选用和控制钻进参数,保证钻进顺利进行和成孔质量。1.2　钻进中常见故障的原因及处理方法1.2.1　在粘土层钻进进尺缓慢,憋泵。原因是泥浆粘度过大、糊钻、钻头磨钝或叶片脱落;处理方法:应调整泥浆性能,冲洗钻头,修理或更换钻头。1.2.2　在砂粒层中钻进进尺慢,钻头磨损大。原因是泥浆粘度小,钻渣不能及时排除,钻屑重复破碎;处理

收稿日期:2003204203

作者简介:罗国军(19722),男,河南新郑人,河南省新郑卷烟厂助理工程师。

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方法:应加大泵量,增大泥浆上返流速,清除钻渣。

1.2.3　钻具跳动大,回转阻力大,切削具合金易崩落,钻进处遇卵砾石层或孔底有石块和障碍等;处理方法:应使用导向钻头过胶结砂砾层或投泥球,下捞渣筒清除等。1.2.4　钻进中立轴负荷突然剧减;钻杆扭断或脱扣;处理方法:应提起钻具检查打捞处理。1.3　桩孔垂直度(孔斜)钻孔灌注桩施工过程中,最常见又最易忽视的是钻孔垂直度问题,即孔斜。

桩机成孔后移位,接着下一道工序是下钢筋和导管,有时就很难下入达到设计和规范要求,为了保证工程质量,只好将笼提起,重新将桩机回位处理,尤其是锚桩全笼就更困难,这样就造成了耗时、费料不经济的浪费现象。原因分析:

(1)钻具在均质岩层中钻进,钻具的偏斜力矩被钻具的回转稳定性及孔壁的导正器具作用所控制,而在岩土,尤其是软硬换层不均质土层中钻进,情况就不一样。根据岩土的各向异性,钻头在孔底克服岩土方向与钻具轴线不一致。此时,在钻孔环状间隙的条件下,钻进中的偏斜力矩使钻具倾斜,造成钻孔弯曲。

(2)钻进中,钻具所受的偏斜力矩,受钻压、转速和钻具的钻杆弯曲状况所决定,结构及其回转稳定性同时也起着控制作用。

(3)成孔前的准备工作没有做好。钻机的定位、水平稳固情况是否准确,立轴主动钻杆与护筒中心没有保持在一条直线上,主动钻杆垂直性不好,以及钻具连接后同心度差等情况。(4)地质条件复杂,所选用的设备、机具、施工工艺以及技术参数要求不适宜。(5)施工中由于机械的振动,造成桩机平台倾斜。处理方法:发现孔斜后,应立即停止钻进。查明孔斜位置和原因。采取相应的纠斜措施。操作时,一定要减轻压力,控制进尺,继续钻进,以利防斜。1.4　塌孔与缩径

钻进过程中,由于所遇到地层其结构、成分及含水量不同,稳定性也不一样。另外,与桩的口径、深度、施工周期长短及操作水平都有很大关系。如不加以注意或施工技术措施不当就会产生孔壁稳定性极差,容易塌孔;粘土层遇水膨胀,易出现缩径现象。再则塌孔严重造成充盈系数过大,经济损失大,俗称“大肚子”。1.4.1　塌孔与缩径的原因

(1)如果泥浆护壁,首先要对泥浆的性能和技术指标不断地进行检测。(2)水位高度不够,静水压力降低,在粉砂、细砂、松散土中钻进。如果出现水位高度不够,孔内静水压力降低,则孔壁四周的水将夹带土粒流向孔内,时间一长就会引起局部塌孔。局部塌孔达到一定程度,上方的土层失去支承,就会出现大的塌孔。

(3)钻孔灌注桩在钻进成孔的过程中,尤其是大口径深桩,往往需要较长时间,才能完成钻孔的施工工作。由于时间较长,机械扰动和泥浆浸泡等因素,使土质强度降低变得松散,增大了土层含水性,改变了土的内部结构,加之泥浆性能指标差的话,就造成塌孔和缩径。甚至给下一道工序施工带来困难,如导管或钢筋笼安放困难等情况,从而且影响单桩承载力的质量。

(4)护筒深度不够而引起塌孔。

(5)成孔钻进工艺技术参数选择不合理。1.4.2　预防措施

在钻进过程中,由于地层构造原因,有时钻孔发生不同程度的塌孔和缩径等。因此,在钻进中,必须认真研究与分析产生复杂情况的原因,确定复杂孔段的深度和位置,从而根据不同情况,确定技术措施。

成孔用钻头要有保径装置,这是保证成孔质量防止缩径的有效措施,也是几年来施工取得的经验之一,钻头锥形夹角不小于120°,夹角过小则锥头过尖,对确定有效孔深不易统一。钻头直径应比成桩直径小2-3cm为宜。钻头经一段时间使用,磨损直径缩小,影响成孔直径,因此应经常核验钻头直径,保证成孔成

桩的施工质量。

所遇到的地层由于其结构及含水性的不同,稳定性也不一样。成孔过程或成孔后间隔时间过长对成孔孔壁稳定或因护壁泥皮过厚对成桩的质量都会产生不利影响。另外,地层的稳定钻孔的口径、深度、施工周期长短及操作水平都有很大关系。因此,对泥浆的性能要求也不一样,使其符合钻进工艺要求,泥浆粘度过

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高时,在保证孔壁稳定和平衡的情况下,进行废浆排除,即排污。可向泥浆池内适当加放清水进行稀释换浆,这样既可提高钻进速度,又可保证孔壁稳定安全。1.5　清孔1.5.1　在成孔后,灌注水下混凝土前,为防止桩底存留过厚沉淀土而降低桩的承载力,必须进行清孔。

钻孔灌注桩施工无论采用何种成孔工艺,其孔护壁一般均采用原土自然造浆工艺。但自然造的泥浆一旦停止循环,泥浆中悬浮的颗粒会在短时间内下沉造成沉淤。按照钻孔灌注桩的施工流程,当成孔完毕第一次清孔后并灌注水下混凝土前中间还要进行安放钢筋笼和导管两道工序,此项工作若时间长,假如泥浆性能不好,孔内泥浆中悬浮的颗粒势必大量下沉而使孔底沉渣厚度增大超出规定。必须进行第二次清孔。1.5.2　预防措施

(1)清孔工作的关键是思想上重视和操作时仔细。

(2)根据施工经验,在钻至距孔底标高1.5m左右时,应适当控制进尺,边钻进边清孔。这样做既利于成孔钻进,又利于孔内钻渣的清除。

(3)保持护筒内有足够的水位,当快要终孔时,不要随意加入清水,保持泥浆性能的稳定。

(4)二次清孔可用3PNL泵进行,泥浆从导管中进入孔底正循环上下提动清孔,以防止产生絮流。(5)有条件的情况下,也可在导管上部装泵吸反循环进行清孔。

2　水下混凝土灌注

2.1　导管

导管是灌注水下混凝土的重要工具之一。根据经验导管的内径和壁厚与桩孔的孔径大小有关。

导管的制作除坚固外,内壁应圆滑、顺直,不应凹凸不平,各节导管的内径应大小一致,法兰连接应密封牢固,以保证使用时不发生事故。2.2　混凝土灌注

首先对粗骨料级配应有严格的要求,优先采用5-25mm的碎石。钻孔灌注桩的水下混凝土属大流动性混凝土,若骨料粗则孔隙大,易离析,结果是塌落度大而流动性并不一定好。而要改善和易性就必须增加水泥用量。用5-25mm小粒径的连续粗骨料,则孔隙比较小,在同样条件下拌制的混凝土不易离析,其和易性有明显改善。

混凝土的灌注工作一般都要连续性进行。灌注时间过长,其和易性下降,甚至混凝土未灌注完毕前出现初凝,造成顶管、堵管和导管屏死现象。因此,混凝土灌注时间必须控制在混凝土有效的缓凝时间内。2.3　关于导管埋入混凝土内的深度

在水下混凝土灌注中导管埋入深浅对于灌注能否顺利进行从而保证成桩质量至关重要。导管埋入过浅,会发生或操作稍一疏忽将导管拨出混凝土面情况;或因孔深压力差大,导管埋入浅可能发生砼冲顶面,而造成夹泥,甚至断桩事故。导管埋入过深,会发生或因混凝土出管阻力大;上部混凝土长时间不动,流动度损失,而造成灌注不顺和其它质量问题,发生堵管、埋管等事故。所以埋管深度一定要有限制。一般情况下,未提拆导管前孔内导管埋深以8m为宜,提拆导管后埋深不小于1.5m,以保证导管内的混凝土能可靠地与浆水隔离。再则,提升导管不可太猛,以防止提离混凝土表面而造成断桩或碰动钢筋笼后造成起拔导管困难事故。提升导管时,应保持在钻孔中心,提出最后一节导管时,速度要慢些,如太快会由于管内剩余混凝土压力较小,以致使浮在混凝土面上的沉淀物挤入导管内,造成桩心不密实和夹泥。2.4　卡管

在混凝土灌注时,经常碰到的事故是卡管即混凝土堵塞在导管内下不去。

一旦发生卡管,可在导管的允许埋深范围内,提升导管,然后用突然下插导管的方法来振动导管,或旋转一下导管方向,重新振动。或用长钢筋或水管来疏通,但切不可盲目硬提导管,以致使堵塞部位下方的混凝土迅速下降,在导管内形成局部真空。

预防措施:①为了防止卡管,在安装导管时一定要仔细、认真地检查各节导管接头处的橡皮垫圈是否突入导管内,而卡住砂包。法兰盘螺栓是否拧紧,各螺栓的松紧程度是否一致,导管内侧有局部凹凸不平或上下不顺直等

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现象。

②严格控制骨料规格,有无石、砖块等以及塌落度和搅拌时间。③在浇筑混凝土前,做好一切准备工作,尽量避免混凝土在导管内停留时间过长。④经远距离输送的混凝土,倒入料斗内后,应再用人工拌和一下,再进入漏斗灌注。2.5　夹泥和断桩

断桩、夹混的原因,一般有:

①导管提升过猛。当混凝土卡管时,往往采用提升导管的方法来迫使混凝土下降,当提升得过多时,导管内的混凝土连续下落,以至与表面的浮浆、淤泥混合,如果导管没有提离混凝土表面,只是埋置太浅,则可能是夹泥;如果导管已提离混凝土,那就是断桩。

②测深错误,以至使导管提离混凝土表面而成为断桩。③灌注混凝土时,发生卡管或导管漏水,拔出导管排除故障后,重新灌注混凝土,但未将已灌注的混凝土彻底清除干净而造成断桩。

④灌注时间长,表面混凝土已接近初凝,流动性降低而继续灌注混凝土顶破表层混凝土而上升,造成混凝土中夹有泥浆,可能会出现断桩。

预防措施:

①灌注混凝土前应做好一切准备工作,减少辅助时间,加快灌注速度。②导管提升不可太猛,尤其是在发生卡管时,更加要注意以防导管提离混凝土表面。③对混凝土的灌注高度要仔细认真反复测量,不得有误。处理方法:

在满足设计荷载要求的情况下,接桩处理。反之,补桩处理。参考文献:

[1]　GB5000722002,建筑地基基础设计规范[S].[2]　JGJ94294,建筑桩基技术规范[S].

[3]　《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1995[4]　林宗元.岩土工程治理手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1993

[5]　张廷荣.建筑施工质量事故处理与预防400例[M].郑州:河南科学技术出版社,1999.

Frequentaccidentanalysisandavoidinginpileconstruction

LUOGuo2jun

(XinzhengTobaccoFactory,Xinzheng451100,China)

Abstract:Pileisthefrequentusedfoundationformincivilengineering,andtheconstructionprocessismadeupoftwophases,boringandconcretefilling.Intheprocessofboring,collapseofwall,shrinkageofdiameterandslurryremainingareoftenseen.Intheprocessofconcretefilling,slurryscrappyandbreakofpileareoftenfound.Basedontheexperienceobtainedin-situ,thefactorscausetheseaccidentsaresummarizedandsomeavoidingmeasuresaresuggested.

Keywords:pilefoundation;constructionaccident;wallcollapse;diametershrinkage;slurryscrappy;pilebreak