鉆孔灌注樁常見(jiàn)工程事故預(yù)防措施

  1 前言

  鉆孔灌注樁具有低噪音、小震動(dòng)、無(wú)擠土,對(duì)周?chē)h(huán)境及鄰近建筑物影響小,能穿越各種復(fù)雜地層和形成較大的單樁承載力,適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模建筑物等優(yōu)點(diǎn),在橋梁、房屋、水工建筑物等工程中得到廣泛應(yīng)用,已成為一種重要的樁型。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,鉆孔灌注樁的樁長(zhǎng)和樁徑不斷加大,單樁承載力也越來(lái)越高,同時(shí),也使單柱單樁的設(shè)計(jì)成為可能。對(duì)于長(zhǎng)樁、大樁,其施工難度大,易發(fā)生質(zhì)量事故。而單柱單樁的設(shè)計(jì),對(duì)樁的質(zhì)量要求高,發(fā)生質(zhì)量事故后,加固處理難度大,且費(fèi)用較高。因此,有必要對(duì)鉆孔灌注樁的常見(jiàn)質(zhì)量事故加以分析,找出質(zhì)量事故發(fā)生的原因,研究相應(yīng)對(duì)策,盡可能防止質(zhì)量事故發(fā)生。

  2 地質(zhì)勘探資料和設(shè)計(jì)文件存在的問(wèn)題

  地質(zhì)勘探主要存在勘探孔間距太大、孔深太淺、土工試驗(yàn)數(shù)量不足、土工取樣和土工試驗(yàn)不規(guī)范、樁周摩阻力和樁端阻力不準(zhǔn)等問(wèn)題。設(shè)計(jì)文件主要存在對(duì)地質(zhì)勘探資料沒(méi)有認(rèn)真消化、樁型選擇不當(dāng)、峻工地面標(biāo)高不清等問(wèn)題。因此,在樁基礎(chǔ)開(kāi)始施工前,應(yīng)針對(duì)這些問(wèn)題對(duì)地質(zhì)勘探資料和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行認(rèn)真審查。另外,對(duì)樁基礎(chǔ)持力層厚度變化較大的場(chǎng)地,應(yīng)適當(dāng)加密地質(zhì)勘探孔,必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充勘探,防止樁端落在較薄的持力層上而發(fā)生樁端沖切破壞。場(chǎng)地有較厚的回填層和軟土層時(shí),設(shè)計(jì)者應(yīng)認(rèn)真校核樁基是否存在負(fù)摩擦現(xiàn)象。

  3 孔口高程及鉆孔深度的誤差

  3.1 孔口高程的誤差

  孔口高程的誤差主要有兩方面,一是由于地質(zhì)勘探完成后場(chǎng)地再次回填,計(jì)算孔口高程時(shí)疏忽引起的誤差。二是由于施工場(chǎng)地在施工過(guò)程中廢渣的堆積,地面不斷升高,孔口高程發(fā)生變化造成的誤差。其對(duì)策是認(rèn)真校核原始水準(zhǔn)點(diǎn)和各孔口的絕對(duì)高程,每根樁開(kāi)孔前復(fù)測(cè)一次樁位孔口高程。

  3.2 鉆孔深度的誤差

  有些工程在場(chǎng)地回填平整前就進(jìn)行工程地質(zhì)勘探,地面高程較低,當(dāng)工程地質(zhì)勘探采用相對(duì)高程時(shí),施工應(yīng)把高程換算一致,避免出現(xiàn)鉆孔深度的誤差。另外,孔深測(cè)量應(yīng)采用丈量鉆桿的方法,取鉆頭的2/3長(zhǎng)度處作為孔底終孔界面,不宜采用測(cè)繩測(cè)定孔深。鉆孔的終孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以樁端進(jìn)入持力層深度為準(zhǔn),不宜以固定孔深的方式終孔。因此,鉆孔到達(dá)樁端持力層后應(yīng)及時(shí)取樣鑒定,確定鉆孔是否進(jìn)入樁端持力層。

  4 孔徑誤差

  孔徑誤差主要是由于工人疏忽用錯(cuò)其他規(guī)格的鉆頭,或因鉆頭陳舊,磨損后直徑偏小所致。對(duì)于樁徑800~1200mm的樁,鉆頭直徑比設(shè)計(jì)樁徑小30~50mm是合理的。每根樁開(kāi)孔時(shí),合同雙方的技術(shù)人員應(yīng)驗(yàn)證鉆頭規(guī)格,實(shí)行簽證手續(xù)。

  5 鉆孔垂直度不符合規(guī)范要求

  造成鉆孔垂直度不符合規(guī)范要求的主要原因如下:

 ?。?)場(chǎng)地平整度和密實(shí)度差,鉆機(jī)安裝不平整或鉆進(jìn)過(guò)程發(fā)生不均勻沉降,導(dǎo)致鉆孔偏斜。

 ?。?)鉆桿彎曲、鉆桿接頭間隙太大,造成鉆孔偏斜。

 ?。?)鉆頭翼板磨損不一,鉆頭受力不均,造成鉆頭偏離方向。

 ?。?)鉆進(jìn)遇軟硬土層交界面或傾斜巖面時(shí),鉆壓過(guò)高使鉆頭受力不均,造成鉆頭偏離方向。

  控制鉆孔垂直度的主要技術(shù)措施為:

 ?。?)壓實(shí)、平整施工場(chǎng)地。

 ?。?)安裝鉆機(jī)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢查鉆進(jìn)的平整度和主動(dòng)鉆桿的垂直度,鉆進(jìn)過(guò)程應(yīng)定時(shí)檢查主動(dòng)鉆桿的垂直度,發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)立即調(diào)整。

 ?。?)定期檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)維修或更換。

 ?。?)在軟硬土層交界面或傾斜巖面處鉆進(jìn),應(yīng)低速低鉆壓鉆進(jìn)。發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜,應(yīng)及時(shí)回填粘土,沖平后再低速低鉆壓鉆進(jìn)。

 ?。?)在復(fù)雜地層鉆進(jìn),必要時(shí)在鉆桿上加設(shè)扶整器。

  6 鉆孔塌孔與縮徑

  鉆(沖)孔灌注樁的塌孔與縮徑從表面上看是兩個(gè)相反面,實(shí)際上產(chǎn)生的原因卻基本相同。主要是地層復(fù)雜、鉆進(jìn)進(jìn)尺過(guò)快、護(hù)壁泥漿性能差、成孔后放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)沒(méi)有灌注砼等原因所造成。

  鉆(沖)孔灌注樁穿過(guò)較厚的砂層、礫石層時(shí),成孔速度應(yīng)控制在2米/小時(shí)以?xún)?nèi),泥漿性能主要控制其密度為1.3~1.4g/cm3、粘度為20~30s、含砂率≤6%,若孔內(nèi)自然造漿不能滿(mǎn)足以上要求時(shí),可采用加粘土粉、燒堿、木質(zhì)素的方法,改善泥漿的性能,通過(guò)對(duì)泥漿的除砂處理,可控制泥漿的密度和含砂率。沒(méi)有特殊原因,鋼筋籠安裝后應(yīng)立即灌注砼。

  7 樁端持力層判別錯(cuò)誤

  持力層判別是鉆孔樁成敗的關(guān)鍵,現(xiàn)場(chǎng)施工必須給予足夠的重視。對(duì)于非巖石類(lèi)持力層,判斷比較容易,可根據(jù)地質(zhì)資料的深度,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行綜合判定。

  對(duì)于樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖的樁,判定巖層界面難度較大,可采用以地質(zhì)資料的深度為基礎(chǔ),結(jié)合鉆機(jī)的受力、主動(dòng)鉆桿的抖動(dòng)情況和孔口撈樣進(jìn)行綜合判定,必要時(shí)進(jìn)行原位取芯驗(yàn)證。

  8 孔底沉渣過(guò)厚或開(kāi)灌前孔內(nèi)泥漿含砂量過(guò)大

  孔底沉渣過(guò)厚除清孔泥漿質(zhì)量差,清孔無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求外,還有測(cè)量方法不當(dāng)造成誤判。要準(zhǔn)確測(cè)量孔底沉渣厚度,首先需準(zhǔn)確測(cè)量樁的終孔深度,樁的終孔深度應(yīng)采用丈量鉆桿長(zhǎng)度的方法測(cè)定,取孔內(nèi)鉆桿長(zhǎng)度+鉆頭長(zhǎng)度,鉆頭長(zhǎng)度取至鉆尖的2/3處。

  在含粗砂、礫砂和卵石的地層鉆孔,有條件時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用泵吸反循環(huán)清孔。當(dāng)采用正循環(huán)清孔時(shí),前階段應(yīng)采用高粘度濃漿清孔,并加大泥漿泵的流量,使砂石粒能順利地浮出孔口??椎壮猎穸确显O(shè)計(jì)要求后,應(yīng)把孔內(nèi)泥漿密度降至1.1~1.2g/cm3。清孔整個(gè)過(guò)程應(yīng)專(zhuān)人負(fù)責(zé)孔口撈渣和測(cè)量孔底沉渣厚度,及時(shí)對(duì)孔內(nèi)泥漿含砂率和孔底沉渣厚度的變化進(jìn)行分析,若出現(xiàn)清孔前期孔口泥漿含砂量過(guò)低,撈不到粗砂粒,或后期把孔內(nèi)泥漿密度降低后,孔底沉渣厚度增大較多。則說(shuō)明前期清孔時(shí)泥漿的粘度和稠度偏小,砂粒懸浮在孔內(nèi)泥漿里,沒(méi)有真正達(dá)到清孔的目的,施工時(shí)應(yīng)特別注意這種情況。[Page]

  9 水下砼灌注和樁身砼質(zhì)量問(wèn)題

  砼配制質(zhì)量關(guān)系到砼灌注過(guò)程是否順利和樁身砼質(zhì)量?jī)纱蠓矫妫凶銐虻睦碛梢笪覀儗?duì)它高度重視。要配制出高質(zhì)量的砼,首先要設(shè)計(jì)好配合比和做好現(xiàn)場(chǎng)試配工作,采用高標(biāo)號(hào)水泥時(shí),應(yīng)注意砼的初凝和終凝時(shí)間與單樁灌注時(shí)間的關(guān)系,必要時(shí)添加砼緩凝劑。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格控制好配合比(特別是水灰比)和攪拌時(shí)間。掌握好砼的和易性及砼的坍落度,防止砼在灌注過(guò)程發(fā)生離析和堵管。

  9.1 初灌時(shí)埋管深度達(dá)不到規(guī)范值

  我國(guó)JGJ 94-94規(guī)范規(guī)定,灌注導(dǎo)管底端至孔底的距離應(yīng)為300~500mm,初灌時(shí)導(dǎo)管埋深應(yīng)≥800mm。在計(jì)算砼的初灌量時(shí),個(gè)別施工單位只計(jì)算了1.3m樁長(zhǎng)所需的砼量,漏算導(dǎo)管內(nèi)積存的砼量,初灌量不足造成埋管深度達(dá)不到規(guī)范值。另一方面,施工單位準(zhǔn)備的導(dǎo)管長(zhǎng)度規(guī)格太少,安裝導(dǎo)管時(shí)配管困難,有時(shí)導(dǎo)管低至孔底的距離偏大,而導(dǎo)管安裝人員沒(méi)有及時(shí)把實(shí)際距離通知砼灌注班,形成初灌量不足導(dǎo)致埋管深度達(dá)不到規(guī)范值。

  初灌砼量V應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑、導(dǎo)管管徑、導(dǎo)管安裝長(zhǎng)度、孔內(nèi)泥漿密度進(jìn)行計(jì)算,且V≥V0+V1。

  V0為1.3m樁長(zhǎng)的砼量,V0=1.2×1.3πD2/4(單位:m3);1.2-樁的理論充盈系數(shù);D-設(shè)計(jì)樁徑(m)。V1為初灌時(shí)導(dǎo)管內(nèi)積存的砼量,V1=(hπd2/4)(ρ+0.55πd)/2.4 (單位:m3);h-導(dǎo)管安裝長(zhǎng)度(m);d-導(dǎo)管直徑(m);ρ-孔內(nèi)泥漿密度(t /m3); 0.55-導(dǎo)管內(nèi)壁的摩阻力系數(shù);2.4-砼的密度(t /m3)。

  9.2 灌注砼時(shí)堵管

  灌注砼時(shí)發(fā)生堵管主要由灌注導(dǎo)管破漏、灌注導(dǎo)管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注砼的準(zhǔn)備時(shí)間太長(zhǎng)、隔水栓不規(guī)范、砼配制質(zhì)量差、灌注過(guò)程灌注導(dǎo)管埋深過(guò)大等原因引起。

  灌注導(dǎo)管在安裝前應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)檢查,可采用肉眼觀察和敲打聽(tīng)聲相結(jié)合的方法進(jìn)行檢查,檢查項(xiàng)目主要有灌注導(dǎo)管是否存在小孔洞和裂縫、灌注導(dǎo)管的接頭是否密封、灌注導(dǎo)管的厚度是否合格。必要時(shí)采用試拼裝壓水的方法檢查導(dǎo)管是否破漏。灌注導(dǎo)管底部至孔底的距離應(yīng)為300~500mm,在灌漿設(shè)備的初灌量足夠的條件下,應(yīng)盡可能取大值。隔水栓應(yīng)認(rèn)真細(xì)致制作,其直徑和園度應(yīng)符合使用要求,其長(zhǎng)度應(yīng)≤200mm。

  完成第二次清孔后,應(yīng)立即開(kāi)始灌注砼,若因故推遲灌注砼,應(yīng)重新進(jìn)行清孔。否則,可能造成孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒下沉而使孔底沉渣過(guò)厚,并導(dǎo)致隔水栓無(wú)法排出導(dǎo)管外而發(fā)生堵管事故。

  9.3 灌注砼過(guò)程鋼筋籠上浮

  引起灌注砼過(guò)程鋼筋籠上浮的原因主要有如下三方面:

 ?。?)砼初凝和終凝時(shí)間太短,使孔內(nèi)砼過(guò)早結(jié)塊,當(dāng)砼面上升至鋼筋籠底時(shí),砼結(jié)塊托起鋼筋籠。

  (2)清孔時(shí)孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過(guò)程中砂粒回沉在砼面上,形成較密實(shí)的砂層,并隨孔內(nèi)砼逐漸升高,當(dāng)砂層上升至鋼筋籠底部時(shí)便托起鋼筋籠。

 ?。?)砼灌注至鋼筋籠底部時(shí),灌注速度太快,造成鋼筋籠上浮。

  若發(fā)生鋼筋籠上浮,應(yīng)立即查明原因,采取相應(yīng)措施,防止事故重復(fù)出現(xiàn)。

  9.4 樁身砼強(qiáng)度低或砼離析

  發(fā)生樁身砼強(qiáng)度低或砼離析的主要原因是施工現(xiàn)場(chǎng)砼配合比控制不嚴(yán)、攪拌時(shí)間不夠和水泥質(zhì)量差。嚴(yán)格把好進(jìn)庫(kù)水泥的質(zhì)量關(guān),控制好施工現(xiàn)場(chǎng)砼配合比,掌握好攪拌時(shí)間和砼的和易性,是防止樁身砼離析和強(qiáng)度偏低的有效措施。

  9.5 樁身砼夾渣或斷樁

  引起樁身砼夾泥或斷樁的原因主要有如下四方面:

  (1)初灌砼量不夠,造成初灌后埋管深度太小或?qū)Ч芨揪蜎](méi)有入砼內(nèi)。

 ?。?)砼灌注過(guò)程拔管長(zhǎng)度控制不準(zhǔn),導(dǎo)管拔出砼面。

 ?。?)砼初凝和終凝時(shí)間太短,或灌注時(shí)間太長(zhǎng),使砼上部結(jié)塊,造成樁身砼夾渣。

 ?。?)清孔時(shí)孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過(guò)程中砂?;爻猎陧琶嫔?,形成沉積砂層,阻礙砼的正常上升,當(dāng)砼沖破沉積砂層時(shí),部分砂粒及浮渣被包入砼內(nèi)。嚴(yán)重時(shí)可能造成堵管事故,導(dǎo)致砼灌注中斷。

  導(dǎo)管的埋管深度宜控制在2~6米之間,若灌注順利,孔口泥漿返出正常,則可適當(dāng)增大埋管深度,以提高灌注速度,縮短單樁的砼灌注時(shí)間。砼灌注過(guò)程拔管應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)指揮,并分別采用理論灌入量計(jì)算孔內(nèi)砼面和重錘實(shí)測(cè)孔內(nèi)砼面,取兩者的低值來(lái)控制拔管長(zhǎng)度,確保導(dǎo)管的埋管深度≥2米。單樁砼灌注時(shí)間宜控制在1.5倍砼初凝時(shí)間內(nèi)。

  9.6 樁頂砼不密實(shí)或強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

  樁頂砼不密實(shí)或強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,其主要原因是超灌高度不夠、砼浮漿太多、孔內(nèi)砼面測(cè)定不準(zhǔn)。

  對(duì)于樁徑≤1000mm的樁,超灌高度不小于樁長(zhǎng)的4%。對(duì)于樁徑>1000mm的樁,超灌高度不小于樁長(zhǎng)的5%。對(duì)于大體積砼的樁,樁頂10米內(nèi)的砼應(yīng)適當(dāng)調(diào)整配合比,增大碎石含量,減少樁頂浮漿。在灌注最后階段,孔內(nèi)砼面測(cè)定應(yīng)采用硬桿筒式取樣法測(cè)定。

  10 砼灌注過(guò)程因故中斷的處理辦法

  砼灌注過(guò)程中斷的原因較多,在采取搶救措施后仍無(wú)法恢復(fù)正常灌注的情況下,可采用如下方法進(jìn)行處理:

 ?。?)若剛開(kāi)灌不久,孔內(nèi)砼較少,可拔起導(dǎo)管和吊起鋼筋籠,重新鉆孔至原孔底,安裝鋼筋籠和清孔后再開(kāi)始灌注砼。

 ?。?)迅速拔出導(dǎo)管,清理導(dǎo)管內(nèi)積存砼和檢查導(dǎo)管后,重新安裝導(dǎo)管和隔水栓,然后按初灌的方法灌注砼,待隔水栓完全排出導(dǎo)管后,立即將導(dǎo)管插入原砼內(nèi),此后便可按正常的灌注方法繼續(xù)灌注砼。此法的處理過(guò)程必須在砼的初凝時(shí)間內(nèi)完成。

 ?。?)砼灌注過(guò)程因故中斷后拔除鋼筋籠,待已灌砼強(qiáng)度達(dá)到C15后,先用同級(jí)鉆頭重新鉆孔,并鉆除原灌砼的浮漿,再用φ500鉆頭在樁中心鉆進(jìn)300~500mm深,這樣就完成了接口的處理工作,然后便可按新樁的灌注程序灌注砼。

  11 結(jié)語(yǔ)

  引起鉆孔灌注樁質(zhì)量事故的原因較多,各個(gè)環(huán)節(jié)都可能會(huì)出現(xiàn)重大質(zhì)量事故。因此,在樁基工程開(kāi)工前應(yīng)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,認(rèn)真審查地質(zhì)勘探資料和設(shè)計(jì)文件,實(shí)行會(huì)審和技術(shù)交底制度,做好現(xiàn)場(chǎng)試樁工作。施工過(guò)程抓好泥漿和砼質(zhì)量,詳細(xì)做好各項(xiàng)施工記錄,牢牢把好鉆孔、清孔和砼灌注等關(guān)鍵工序的質(zhì)量關(guān),是防止質(zhì)量事故發(fā)生的行之有效的措施。


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