钻孔桩施工工艺及质量事故分析及处理方法

一、施工工艺技术 1、施工准备钻机进场后，应对钻机及相应机械进行检查维修，并进行运转调试。施工队伍要合理配置场地，做好桩机就位时的场地整理，钢筋棚的365jt规划设置工作。陆地桩采用推土机配合人工平整场地、清除杂物。水中桩则打入木桩搭设水中平台，或采用围堰的方法。钢筋加工场地高出地面10cm以上，并且地面要求硬化处理，成型钢筋笼架空放置，高出地面20cm以上。并准备数根木桩，用来护桩。相应的探孔器、测绳等也应逐步落实就位。2、测量定位采用全站仪进行放样。放样完成后采用换复测和拉距(纵、横向)检查的办法反复定测，确保正确无误，然后设置十字型护桩。完成放样后填写施工放样报验单报请驻地监理组测量工程师进行复测检查。注意在埋设护桩时必须用水泥砂浆(或砼)包裹，并标识明确，钻机就位前认真核对桩位。3、钻孔准备埋设护筒： 护筒采用钢护筒，壁厚在6mm以上，陆地桩护筒埋置深度在2m以上，水中桩护筒刃脚插入粘土中，深度不小于2m。护筒埋设水平偏差小于5cm，竖直倾斜不大于1%。在护筒四个方向对称设置定位钢筋，以检测钢筋笼是否偏位，同时护筒底部和四周所填粘质土必须分层夯实，护筒高度宜高出地面0.3m，若在水中，则应高出最高水位1.5m.泥浆的制备：泥浆由粘土和水拌和而成，必要时掺入一定比例的外加剂，使制备的泥浆满足以下列指标：比重1.21.05，粘 度1622秒，含砂率84%。在桥旁设置制浆池、沉淀池，并用循环槽连接。制浆池的尺寸可以根据桩径大小、桩长的长短来灵活的制备。4、钻机就位安装钻机时，要求转盘中心同钻架上的起吊滑车在同一垂直线上，钻杆位置偏差不得大于2cm。安装钻机底座应支垫平稳，以防钻机倾斜或位移。钻机就位后，其护筒底标高及转盘标高必须由项目部现场分管技术员亲自测量，并对测绳进行标验。在钻机就位后，应把相应的钻机铭牌、所施工的桩号、日期、负责人等填写完善，挂在钻机旁。5、钻孔开钻准备工作完成后，经监理工程师对钻机位置、水平度、垂直度及钢筋笼等检验合格后，方可进行开钻。开始钻孔时，应稍提钻杆，在护筒内旋转造浆，开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后，以低档、慢速开始钻机，使护筒脚处有牢固的泥浆护壁。钻至护筒脚下100厘米后，方可按土质情况以正常速度钻进。钻进过程中应经常注意土层变化，每进尺2m，或在土层变化处应捞取渣样，判断土层，记入钻孔记录表并与地质剖面图核对。6、清孔钻孔达到图纸规定深度后，开始清孔。采用换浆法清孔。将钻头提离孔底1020cm空转，以中速压入比重1.101.20的纯泥浆，把钻孔内的浮渣较多的泥浆换出，直至达到清孔的要求后，方可拆除钻杆，并用探孔器进行孔位和垂直度检测。探孔器采用外径等于钻孔桩钢筋笼直径加10cm(但不大于钻头直径)，长度不小于4-6d(d为桩径)米的钢筋笼吊入。清孔结束后，沉淀厚度应符合图纸要求。如图纸无要求时，对于直径1.5m的桩，沉淀厚度300mm;对于直径1.5m 或桩长40m或土质较差的桩，沉淀厚度500mm, 含砂率小于等于2%，比重在1.031.10，粘度1720s。7、钢筋骨架制作与安装钢筋笼在加工场地加工成型并经监理工程师检查合格后，运至现场后用16t吊车或浮吊吊入孔内。钢筋主筋搭接焊时须先弯曲后焊接，两根钢筋轴线必须在一条直线上。钢筋笼一般分2-4节，主筋接头处按错开接头面积50%考虑，错开净距大于30d且不小于50cm，采用双面焊，焊缝长5d。钢筋笼接长采用单面焊，焊缝长度作成10d+4cm，焊缝宽度为0.7d，但不小于10mm，深度为0.25d，但不小于4mm，并且焊缝饱满，表面无气孔、夹渣、裂纹、凹陷、焊瘤等不良现象。钢筋笼下好后，应检查其中心位置，并采取加固措施以防因浇注砼而移位，同时要求对钢筋笼采取防止上浮措施，钢筋笼位置偏差不大于2cm，标高偏差不大于2cm。当需要预埋声测管时，声测管下端用钢板封底焊牢，并检查其是否密实，然后以平面夹角为120度用u型钢筋固定于钢筋笼上，在浇筑砼时，将其灌满清水，管口用塞子塞住。桩基底素砼中，声测管由图中钢筋n3固定，声测管接头处用70mm的钢管焊接。8、灌注水下混凝土水下混凝土灌注采用导管法。导管首次使用前要做闭水及抗拉试验，并对管节进行编号，入孔后居中，灌注首批混凝土时，导管下口至孔底的距离控制在250400mm范围内，混凝土采用输送泵送入漏斗，并随即卸入导管直接浇注。同时以一台16t吊车配合钻架吊放、拆卸导管。首批灌注混凝土的数量应保证导管初次埋置深度不小于1.0m。首灌砼的方量根据规范的公式算出。桩径为1.5m, 首批方量必须大于4.9方.采用拔球法灌注首批砼，在整个浇注过程中，导管在混凝土中埋深应控制在26m范围内。灌注过程中应经常用测深锤探测孔内混凝土面位置并及时调整导管埋深。当砼上升到365jt设计标高时，由于泥浆沉淀影响测绳无法测定砼面，及时用竹竿进行探测。为了确保桩顶质量，灌注的桩顶标高应比设计高出150cm以上，以保证桩顶混凝土强度。9、钻孔灌注桩施工的注意事项当混凝土面接近钢筋骨架底部时，为防止钢筋骨架上浮，采取如下措施：使导管保持稍大的埋深，放慢灌注速度，以减小混凝土的冲击力。当孔内混凝土面进入钢筋骨架4m以上时，提升导管至骨架底2m位置，恢复正常灌注速度。当砼面接近设计标高时，要放慢浇筑速度，并上下抽动导管，使桩顶砼面密实，并保证其质量。同时在施工中应加强安全、文明管理，避免在施工中出现安全事故、不文明事件发生。二、钻孔桩事故分析与预防钻孔桩施工中的各个环节不可忽视。在施工过程中由于对客观情况估计不足或地质情况有变化，钻孔过程中常常出现一些事故，现就这些事故产生的原因进行分析，提出浅显的预防措施。1、 坍孔现象坍孔事故多发生在孔内，主要表现为孔内水位突然下降;孔口水面冒细密的水泡;出土量显著增加，没有进尺或进尺量很小;孔口突然变浅，钻头达不到原来的孔深;钻机负荷显著增加等等。原因(1) 护筒制作不符合要求，埋置护筒的方法不当，缺乏因地制宜、灵活的埋置方法。(2)使用的泥浆不符合要求，粘土质量不符合标准或泥浆比重不足，起不到护壁的作用。(3)孔内的水头高度不够，低于地下水位，致使孔内水位压强降低，造成坍孔。(4在松散的砂层或粘性土的地质层，冲击速度快，忽视泥浆的密度，孔壁护壁不好，致使坍孔。(5)在开始钻进时，冲程过大，由于机械的震动力，使护筒的底部或砂层坍塌。(6)掏渣时，忽视向孔内注入泥浆或水掺粘土，掏渣后，;水位低于正常水头高度，地下水高于护筒水位，使护壁被水位压强破坏，造成坍孔。(7) 在混凝土理入前，吊入钢筋骨架时，骨架偏位摆动碰坏孔壁造成坍孔。(8) 清孔后放置时间过长，没及时浇入混凝土，而且没有采取预防措施，造成坍孔。预防措施(1)严格控制泥浆的比重、粘度、胶体率等各项指标，确保泥浆指标合格后，再进行钻进进尺。(2)根据地质、机械、钻进方法和泥浆指标等实际因素，确定一个合理的钻进进度，进行钻进，以保证井孔的稳定性。(3)严格控制孔内水头标高，确保孔壁处于一种负压状态。这一种情况，在水上施工的尤为量要，一般情况下，在砂层中钻孔，要使孔内的水头高出外面的水面2.53.0m为宜。(4)保证护筒有足够的埋深，尽量让护简埋置在稳定的土层中。(5)严禁将钻机与护简相连结，以防止由于振动引起孔口坍塌，造成大的塌孔事故。(6)应根据地质情况合理地安排同一墩位处各钻孔桩的施工顺序，以防止邻近孔壁被扰动引起堪孔。应对措施发生坍孔后，应立即查明坍孔处位置，分析地质情况，然后采取如下措施：(1) 坍孔发生在护筒底脚处，根据实际情况，可以立即拆除护筒，回填钻孔，重新埋设护筒后，再钻进;采用加长护筒，使护筒通过震动锤继续下沉，直至埋于坍孔位置以下，外围用黏土或装有黏土的草袋回填夯实，重钻时，控制好泥浆稠度和水头高度。(如图1)(2) 若坍孔位置较深，则可以由测深锤和实际的地质情况分析实际的坍孔程度，若不严重，则可以加大泥浆比重，继续钻进;若坍孔较为严重时，则应立即用砂或小砾石加黏土回填至坍孔以上位置，甚至将整个钻孔全部回填，暂停一段时间，使回填土沉积密实，水位稳定后，重新钻进，时刻注意不良现象的发生。(3) 若回填重钻时，经采取以上措施仍连续、严重坍孔时，根据地质情况，可以用地质钻机钻至坍孔区进行压浆处理，从而防漏堵漏，重新钻进。2 斜孔和弯孔现象现场钻成的桩孔，垂直桩不垂直，或发生弯曲等不符合要求。原因一是主观原因，在钻孔前没有对钻机进行严格的检查修理.机架安装不正，护简埋的不正;二是客观原因.钻孔中间地质有变化.如地层软硬不均匀，或钻机支撑点强度不均匀等，在钻孔过程中钻机摇摆都可导致上述现象。三、检查方法(1)仪器检测法。即用电子水平仪或检孔器进行孔径合倾斜度的检查。(2)工地建议操作法。(如图2)，在孔口沿钻孔直径方向设一标尺，标尺上o点合滑轮、钻孔中心线在一条垂线上，测绳一端连接一用钢筋弯制的圆球，直径略小于孔径，测绳另一端用刃拉着，将圆球慢慢放入孔中，观察测绳在标尺上的读数变化，即可了解孔的走向;(3)目测法。通过钻孔与钻孔中心的位置关系，判断是否发生弯孔。预防和处理措施：第一，在施工中要严格按施工操作规程办事;第二，对钻机要进行严格的险查。安置钻机前要夯实支撑点地基，钻机安平后要严格校对钻孔中心轴线;第三，对地质变化情况要做到心中有数.如缩孔或不规则扩孔主要出现在地层变化处。如发生上述现象，应及时调整进钻速度，泥浆稠度;并应上下扫孔使钻机逐渐正位。第四，弯孔较严重时，如用旋转钻机，可提吊起钻机在弯孔处上下反复扫孔，使钻孔垂直。特别严重时，应回填砂黏土，冲击钻孔应回填砂黏土夹砂卵石或小片石至弯孔以上0.5m，待沉积或用低冲程冲击密实后，再钻进;第五，不得用冲击钻直接修孔，以免卡钻。3 护筒变形(失效) 原因(1)由于护筒下孔内大面积坍孔，指使地层发生变化，从而使钢护筒下沉并倾斜，失去护筒作用;(2)由于地下障碍物或护筒内外压力差过大，使护筒局部变形、开裂、漏水，失去护筒作用。应对措施(1)对于第一种情况，应将护筒拔除，然后回填重新埋设;(2)对于第二种情况，可根据护筒的长短、破坏的位置、破坏的程度不同，采取如下措施：a 如果变形的部位在钢护筒的底部，且长度不大，钢护筒不漏水，则可以让潜水员下水，用水下氧割的办法把已变形的部位割掉提出;b 如果变形的部位在钢护筒的上部，且距表土的深度在1m以内，钢护筒不漏水，则可以在钢护筒内打米字撑，抽水至变形部位，用千斤顶调整已变形的钢护筒;c 如果变形的部位在钢护筒的中部且漏水，则用千斤顶或卷扬机等其它提升设备，将整个钢护筒提出，查出原因，找到解决办法;d 套筒法。当长钢护筒破损失效后，为了防止护筒范围内的孔壁坍塌，或仍为了保持孔内水头高度，根据实际情况，先在旧护筒内或外加套一个孔径或小或更大的新护筒，然后再对旧护筒进行处理。4 钻孔漏浆、护筒冒水现象 护筒外壁冒水，护筒刃脚或钻孔壁向孔内外漏泥浆。原因(1)埋设护筒时，回填土夯实不够，埋设太浅，护筒脚漏水;(2)护筒制作不良，接缝不密合或焊缝有砂眼等，造成接缝漏浆;(3)再透水性强的砂砾或流沙终，特别在有地下水流动的地层中进行钻进时，过稀的泥浆向孔壁外的损失很大。应对措施(1)对于上述1、2两种情况，可以用黏土在护筒周围加固。若漏水严重，应挖出护筒，修理完善后重新钻进;(2)对于第三种情况，加稠泥浆或倒入黏土慢慢转动，或回填土掺卵、片石反复冲击护筒壁。注意：应重视漏浆事故，严重的漏浆若不加处理，可引起坍孔。5 护筒下沉护筒下沉的原因在钻孔过程中，护筒突然下沉，造成孔内泥浆水头下降，低于施工工艺要求，钻孔无法正常进行。这种情况在水上钻孔施工中经常出现，其主要原因：护筒括打的太浅：加上江水的局部冲刷，使护筒的埋深减少;同时，护筒内的土被清除出来，内摩擦力急剧减少，仅靠护简的外摩擦力不足以承受护筒的自重，从而导致护筒下沉。预防措施和处理办法(1)在插打钢护筒时，尽量将钢护筒埋得深一些，增加其稳定性和抵抗局部冲刷的能力。(2)加快施工进度，缩短施工的周期，减少或者避免由于冲刷造成的影响。(3)如果护筒的下沉量较少，可以通过提高泥浆比重和粘度的方法，改善泥浆指标后，继续钻孔。6 卡钻原因(1)用冲击钻施工时，出现梅花孔，冲击钻头被狭窄部位卡住;(2)坍孔、落石或工具掉进孔内，卡住钻头;(3)长护筒倾斜，下端为钻头冲击变形，同钻头卡在一起;(4)未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐减小，而焊补超限，又用高冲程猛击，发生卡钻;(5)伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住冲击锥顶或锥脚;(6)下钻太猛，大绳松放太多，钻头碰撞在孔内倾倒，顶住孔壁。应对措施事故发生后，应明确卡钻位置，查明该处的地质情况，同时应继续搅拌泥浆，以防沉淀埋钻。再根据实际不同情况，采取不同的措施;(1)当为梅花孔卡钻时，可松绳落钻然后再提钻，使钻头转一个角度(可用撬棍配合)，有可能顺梅花孔提上来;(2)用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头，使钻头松动后，再起吊;(3)探准障碍物的位置，收紧钻头大绳，可用冲、吸的办法，将卡钻处松动后再提出;(4)若地质情况较好(防止坍孔埋钻)，用压缩空气管或高压水管下入孔内，对卡钻处适当冲射一段时间，使卡点松动后再提出;(5)用滑轮组或千斤顶强行提出。(如图3)注意：为避免拉断大绳，造成掉钻事故，应另备安全绳(钢丝绳)下入孔内套住钻头;将枕木垛远离孔口，以免压力过大而坍塌。7 掉钻掉钻原因掉钻也是钻孔桩施工中经常出现的事故，而且主要发生在钻岩阶段。发生掉钻的主要原因是：钻杆使用过久，连接处有损伤或接头磨损过多;钻进中选用的转速不当使钻杆扭转或弯曲折断;地质坚硬，进尺太快，超负荷引起钻具断裂;卡钻(埋钻)时强扭、操作不当使钢丝绳或钻杆(钻头)疲劳断裂;钻具之间连接螺拴松动，被剪断，引起掉钻。预防措施(1)开钻前应清除孔内杂物，零星铁件可用电磁铁吸取，较大物件可用抓泥斗打捞。检查所有的钻抨、钻具、连接装置，对于那些有损伤和磨损的要做上标记，以便及时处理或区别使用。(2)在施工过程中根据地质和钻机设备情况确定合理的转速，以防由于使用不当造成掉钻。太大的情况下，只有将护筒接高后，再进行钻孔施工。(3)对于比较坚硬的地层，应采用减压、低速钻进，防止扭矩太大，发生掉钻事故。(4)加强施工人员的责任心，经常检查钻具、钻扦、连接螺栓、和钢丝等部位.特别是应力较集中的电焊接处要细致检查，发现问题及时处理。处理方法掉钻后应及时澄清情况，制定切实可行的打捞方案。如果钻具被沉淀物或塌孔土石埋住，应首先清孔，使掉入孔中的钻具露出来，以便用打捞工具打捞，或者潜水员下去打捞。(1)为了激发生掉钻后打捞，可以在容易发生断裂的部位预留一根打捞绳绳头，或者在钻头的加劲肋上预先焊上打捞钩板。一旦发生掉钻，可以根容易地用相应的打捞钓或者绳套等工具进行打捞。(2)对于一般的掉钻，可以用打捞工具进行打捞。常见的打捞工具有：打捞钩、打捞绳等。具体采用配种工具，要根据钻具的情况、断裂的部位等相关因素来确定。(3)对于那些无法用打捞工具进行打捞的，或者用各种打捞工具都捞不上来的坠落物，只有潜水员下水进行打捞了。8 埋钻 原因卡钻或掉钻后，由于未能及时解决，时间一长，浮渣或稠度很大的泥浆沉积，发生埋钻;卡钻或掉钻后，由于孔壁长时间浸泡而坍孔或在打捞钻头过程中，碰撞孔壁而坍孔，发生埋钻。应对措施(1)若工期较紧，且实际情况也不允许再延迟工期(如汛期来临)，则丢弃钻机，回填桩孔，重新设计桩位;(2)排除沉积或减轻淤埋程度，积极打捞，在一般的“换浆法”清淤仍不见效时，可以采用“辅助爆破法”和“射水稀释法”; “辅助爆破法”就是在钻头底部进行小药量松动爆破，同时用提升设备进行起吊的一种方法。“射水稀释法”就是在原钻孔附近另钻新孔，至钻机所埋位置用高压喷水，使淤埋钻机的土壤达到粥状化，而后，缓慢提升钻机。9 混凝土浇筑事故原因(1)首批混凝土储量不足、导管接头不严或者焊缝破裂进水、导管提升过猛或渤深错误引起超提等导致导管进水;(2)导管埋入混凝土太深，导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土之间阻力过大;提管过猛将导管拉断造成埋管;(3)混凝土本身的原因、机械故障或其他原因使混凝土在导管内停留时间过久、或灌注时间持续过长导致最初浇注的混凝土已经初凝而引起堵管，混凝土灌注停留的时间过长，使凝土与钢筋笼之间因为初凝而枯结起来，底下的混凝土向上翻时导致钢筋笼上浮，或由于清孔不彻底的原因引起断桩;泥浆太稠或混凝土太轻发生错误而造成混凝土标高不够。预防措施灌注水下混凝土是成桩的关键工序，灌注过程中要明确分工，密切配合。统一指挥，做到快速、连续施工，确保灌注质量，防止发生质量事故。(1)导管进水的预防。保证混凝土的初增量，确保首批混凝土能将导管埋住，定期地通过水密试验检查导管的密封性能，发现问题及时处理;浇注过程中，认真测量导管埋深，杜绝测深错误。(2)埋管、堵管和钢筋笼上浮的预防。首先，要加强混凝土施工的组织工作，保证混凝土施工的连续性，严格控制埋探，一般情况下不要超过6m，另外，可以在浇注漏斗安装一个震动器，当混凝土的和易性不太好时，每隔数分钟振一次可以防止堵管。(3)断桩的预防，防止导管进水，避免埋管、堵管，提高清孔质量，加强对混凝土质量的控制可以减少或避免断桩事故的发生。(4)混凝土标高不够的预防。加大测量力度，灌注即将结束时，加注清水稀释泥浆并掏出部分沉淀土，或者用一根竹杆试探一下等方法可以预防这种事故主的发生。处理方法(1)导管进水的处理。由于首批混凝土储量不足引起的导管进水，可以将孔内散落的混凝上拌合物用空气吸泥机或抓斗清除出来，然后，重新灌注水下混凝土，由于导管接头不严或导管超拨引起的导管进水，可以将原导管或更换的导管重新插入混凝土中，用潜水泵或吸泥机将导管内的水和泥浆吸出，然后继续灌注。(2)堵管的处理。可以用事先安装在浇注漏斗上的附着式振动器将混疑上振下去，用吊机吊着导管，在不将导管超拔的情况下，上下提动导管。使管内的混凝土下去;如果以上方法混凝土仍下不去，只有将导管拔出来，按导管进水的处理方法进行处理。(3)埋管的处理。开始时，可用导链滑车、千斤顶试拔。如果仍拔不出，当孔径较大时，已浇的表层混凝土尚未初凝。可以另下一根导管，按照导管进水的处理方法进行处理。(4)钢筋笼上浮的处理。用重物强行将钢筋笼压下去，将粘结层破坏掉后继续浇注，如果不行，只有将钢筋笼提出来，将孔内已灌的混凝土用硕机或吸泥机清除后准备二次灌注。(5)混凝上标高不够的处理。可以来用加高护筒的方法、经过抽水、除渣，再浇注混凝土。10 断桩原因(1)首批封底混凝土数量不足，导管底口距孔底间距过大，下落混凝土不能有效淹埋导管口，使泥水从底口进入导管形成断桩;(2)混凝土中导管提升过猛或测深不准使导管底口脱离混凝土而引起断桩;(3)由于导管埋入混凝土太深或导管埋设不正被钢筋笼卡住，不能提升而终止混凝土灌注，形成断桩;(4)混凝土灌注中发生严重的塌孔事故而形成断桩;(5)机械设备差，因故障修理又无备用设备和手段，导致混凝土初凝，不能继续灌注而断桩(6)突然停电，又无发电设备而导致灌桩工作停止;(7)严重缺陷桩也可作为断桩处理。处理方法(1)在灌注混凝土开始不久出现的问题，也就是混