钻孔灌注桩施工常见故障及事故分析

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1、灌注桩施工的常见故障及事故分析灌注桩施工的常见故障及事故分析【摘要】灌注桩是施工中最常见的施工工艺,但往往由于施工工艺不当或施工时 不谨慎,致使质量问题时有发生:本文总结了灌注桩施工从钻孔到混凝土灌注过 程中易出现的故障及其预防与处理措施。结合灌注桩施工事故典型实例分别进 行综合分析. 【关键词】灌注桩故障、实例、综合分析 混凝土灌注桩是一种由混凝土桩桩身的摩擦力和桩尖端的承载力来承受建筑物 荷重的深基础。以其噪音低、振动小、单桩承载力高,对围建筑群无不良影响等 特点,深受建筑业的青睐。特别是在工程地质条件复杂,其它方法施工难度大的条 件下,更能显示出优越性。是施工中最常见的施工工艺之一,也是

2、建筑结构最重要 的组成部分,它的施工质量直接影响到整个工程的质量、工期与成本。而由于其 施工有高度的隐蔽性,影响其质量的因素又多,如地质因素、钻孔工艺、护壁、钢 筋笼上浮、混凝土的配制、灌注等,故在施工过程中很容易出现施工故障与质量 隐患。同时桩基的工程质量问题将直接危及主体结构的正常使用与安全。因此, 加强桩基施工过程中的质量控制,对确保整个工程的质量与安全具有重要意义。 灌注桩施工常见故障：灌注桩施工常见故障： 一、坍孔：一、坍孔：坍孔的特征是孔内水位突然下降,孔口冒细密的水泡。出渣量显著增 加而不见进尺,钻机负荷显著增加等。原因分析:泥浆比重不够或其他泥浆性能 指标不符合要求,使孔壁未形

3、成坚实泥皮,护壁效果不好;由于掏济后未及时补 充水或泥浆,或河水、潮水上涨,或孔内出现承压水,或钻机通过砂砾等强透水层, 孔内水流失等而造成孔内水头高度小够;护筒埋置太浅,下端孔口漏水、坍塌或 钻机装置在护筒上,由于振动使孔口坍塌,扩展成较大坍孔;在松软砂层钻进,进 尺太快;吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。 预防和处理：在松散粉砂土或流砂中钻进时,应控制进尺速度,选用较大比重、 粘度、胀体率的泥浆;汛期或潮汐地区水位变化过大时,应采取升高护筒,增加 水头,或用虹吸管、连通管等措施保证水头相对稳定;发生孔口坍塌时,可立即 拆除护筒并回填钻孔重新埋设护筒再钻;严格控制冲程高度;吊钢筋骨架时, 应对准孔中心

4、竖直插入。 二、钻孔偏斜：二、钻孔偏斜：这是在施工中最为常见的一种,偏斜原因及预防措施主要有:原因 分析:钻孔中遇有较大的孤石或探头石;在有倾斜度的软硬地层交界处;扩 孔较大处、钻头摆动偏向力;钻机底座不平或产生不均匀沉陷;钻杆变曲,接 头不正。 预防和处理：安装钻机时要使转盘、底座水平,起重滑轮缘、固定钻杆的片孔 和护筒中心三者应在条竖直线上,并经常检查较正;主动钻杆过长,转动时摆幅 过大,应架设导向架;主动钻杆、接头应及时检查、调正;在有倾斜的软、硬 地层钻进时,应吊着钻杆控制进尺,低速钻进;在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔, 使钻孔正直。偏斜严重时应回填砂粘土到偏余处,待沉积密实后再继续钻进

5、。 三、掉钻：三、掉钻：掉钻的主要原因有:卡钻时强提强拉、操作不当,使钢丝绳或钻杆疲 劳断裂;钻杆接头不良或滑丝;马达接线错误,使不应反转的钻机反转,钻杆松 脱。 处理措施有:卡钻时应设有保护绳方能适度强提,严防钻头空打;经常检查钻 具、钻杆、钢丝绳和联结装置;掉钻落物时,宜迅速用打捞叉、钩、绳套等工具 打捞,若落体已被泥沙赶埋住,则应用冲、吸的方法,先清除泥砂,使打捞工具接触落体后再打捞。 四、卡钻：四、卡钻：卡钻有如下原因:孔内出现梅花孔、探头石、缩孔等到未及时处理; 钻头被坍孔落下的石块或误落入孔内的大工具卡住;入孔较深的钢护筒倾斜 或下端被钻头撞击来重变形;钻头尺寸不统一,焊补的钻头过

6、大;下钻头太猛, 或钢绳过长,使钻头倾斜卡在孔壁上。 处理措施有:对于向下能活动的上卡,可用上下提升法,即上、下提动钻头,并配 以将钢丝绳左右拔移、旋转;卡钻后不宜强提,只宜轻提,经提不动时,可用小冲 击钻锥冲或用冲、吸的方法将钻锥周围的钻渣松动后再提出;如果以上方法都 不行的话,可用适量的炸药把钻头震松动,这种方法要求严格掌握好炸药的量。 施工中注意保持护筒垂直,防止倾斜;钻头尺寸应统一,下钻应控制钻进速度,不要 过猛过快。 五、扩孔与缩孔：五、扩孔与缩孔：原因分析:钻锥焊补不及时,严重磨耗的钻锥往往钻出较设计 桩径较小的孔;由于地层中有软塑土,遇水膨胀后使孔径缩小;孔壁坍塌造成 扩孔。预防

7、和处理:按坍孔事故处理;上、下反复扫孔。 六、钻孔漏浆：六、钻孔漏浆：原因分析:在透水性强或有地下水流动的地层中,稀泥浆会向孔外 漏失,护筒埋设太浅,回填土不密实或护筒接缝不严密,会在护筒边脚或接缝处漏 浆,也可能由于水头过高使孔壁渗浆预防和处理:为防止漏浆,可以稠泥浆或倒入 粘土慢速转动,或回填土掺片、卵石,反复冲击增强护壁 七、导管进水：七、导管进水：原因分析:首批混凝土储量不足,混凝土下落后不能埋设导管底 口;导管接头不严,或接头间的橡胶垫被高压气流冲开;导管提升过多。 预防和处理:将导管拨出,将已灌入孔底的混凝土用空气吸泥机或抓斗清出,换 新导管,准备足够储量的混凝土重新灌们;若混凝土

8、而距地农不深,且无地下水, 则可开槽挖出,按接桩处理;若混凝土面较深,且有地下水,则按断桩处理,另出设 计、补桩或补强。 八、断桩、夹泥：八、断桩、夹泥：原因分析:大多是以上各种事故引起的次生结果,此外,由于清 孔不彻底或灌注时间过长,首批混凝土已初凝,流动性降低,而续灌的混凝土冲破 顶层而上升,因而在两层混凝土中夹有泥浆济土,形成断桩或夹泥预防和处理: 对于柱桩,柱底与基岩之间的夹泥厚度大于 5cm 以上;桩身混凝土有断桩、夹泥 或局部混凝土松散;取芯率小于 40%,并有蜂窝、松散、裹浆等情况采用压浆补强。 若断桩或夹泥发生在桩顶部,可进行剔凿,直至合格混凝土为止,然后进行接桩。九、钢筋笼上

9、浮九、钢筋笼上浮：在灌注桩施工中，灌注混凝土时钢筋笼上浮现象时有发生，轻者上浮 几厘米到几十厘米，重者上浮数米，甚至全部浮起。如汉江大桥桥墩灌注桩施工中，由于 钢筋笼严重上浮，不得不中止混凝土灌注，把钢筋笼提出重新制作，再用冲抓斗抓出孔内 混凝土。目前许多施工单位在防止钢筋笼上浮方面已积累了很多经验:如混凝土进钢筋笼后 严格控制导管埋深;钢筋笼下完后上端用固定筋固定在灌注台上，避免钢筋笼弯曲和连接时 形成5m)。采用人工挖孔桩基础,设计桩长 1013m。桩端进入残积土不少于 5m。采用 1 000mm(设计承载力 2 577kN)和 1100mm(设计承载力 3 012kN)2 种桩径。扩大头

10、为 2 倍桩径。桩身混凝土强度等级为 C20。桩基施工完毕,抽取 2 根工程桩进行静载压桩试验。试桩结果表明, 试验桩的竖向承载力均小于原设计值,仅分别相当于原设计值的 71%及 87%。后 对试验桩进行抽芯及低应变动测试验表明,桩身完整性及沉桩深度均符合设计要 求。 事故原因:桩基开挖过程中发现,残积土地下水涌水量较为丰富;施工方未及时 采取疏降孔底地下水位措施,只是当渗积孔底的地下水较多时,采用水泵集中排 汲水处理;在开挖过程中孔底始终处于浸水状态。施工过程的涌水使残积土的 工程性能降低。该场地的工程条件不宜采用挖孔灌注桩。后来,该区其余地段 的建筑物采用沉管灌注桩,成桩效果达到要求。 (

11、3)实例 27 该工程为位于四川成都的一工业厂房。工程地处丘陵地区,从上 至下主要土层为耕土、紫红色粉质粘土、灰绿色粉质粘土、微风化砂岩。该工 程采用钻孔灌注桩基础,工程桩共 157 根,桩径 350400mm,单桩设计承载力为 200kN。桩基施工完毕后对桩基质量进行检测,结果发现,桩存在严重的桩身质量 问题,如断桩、缩颈。桩承载力很低,达不到设计要求。 事故原因:该工程在施工以前系一水田,地下水位很高,施工采用原浆护壁成孔, 清孔后用潜水泵抽干泥浆,干作业灌注混凝土。但事实上用潜水泵不能抽干孔内 的泥浆和积水,加之地下水的渗透,孔内积水很多。于是便将原定为 810cm 坍落 度的混凝土改为

12、 12cm 坍落度的低流动性混凝土,倒入孔中分层捣固而成。由此 可见,造成本工程质量事故的原因是:在积有泥浆和积水的钻孔中(泥浆和积水一 般达 3070cm)倒入低流动性混凝土,振捣时泥浆混入混凝土中,造成混凝土严重 离析,强度极低;另一方面,由于桩身混凝土是分层振捣,振捣时将下面的泥浆振 捣到上面,然后又倒入混凝土振捣,使两段混凝土之间夹杂泥浆,造成分节脱离。 事故原因:砂质粉土透水性良好,且与贴沙河水系相连通,水量补给迅速,所以灌 注桩施工与地下水密切相关,容易产生涌水及塌孔现象。 五、流砂 福建漳州市瑞京村住宅区 2 号楼下部结构采用人工挖孔灌注桩基础8。地层从 上往下为杂填土、粉质粘土

13、、淤泥质粘土、粉质粘土、含泥砾砂层、残积粘性 土。设计桩长 13145m,桩径 08m,扩头直径 11155m。当人工挖孔桩施 工至第16、17 轴 6 根桩时,发现距离含泥砾砂层 20cm 左右的地方,就有涌 水、涌砂现象,成孔扩头已不能继续。后用排水降压法解决了该问题。 六、冒浆 该工程9为位于南京市凤凰西街的 7 层砖混住宅,采用钢筋混凝土振动沉管灌 注桩,377mm 桩管,复打法工艺,混凝土为现场搅拌 C20。自然地面以下的土层 分布依次为:杂填土、淤泥质粉质土(流塑、饱和)、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉 砂(软塑流塑、饱和)、淤泥质粉质粘土(流塑、饱和)、粉质粘土与粉土、粉砂 互层。施工

14、过程中按正常施工操作方法进行,但冒浆现象仍很严重。经后期桩顶 修凿后发现,有严重冒浆现象的桩约占总桩数的 30%,一般冒浆的桩约 50%。 事故原因:超孔隙水压作用 由于软弱土层含水量,孔隙比大,当振动和挤压引 起的外荷载作用在饱和土体上时,会导致超孔隙水压;土体的侧向挤压 振动 沉管灌注桩在成孔过程中,桩体部位的土体和复打法第 1 次浇筑的混凝土被迫挤 向四周,使沉管周边土体侧向挤压,由于受到刚施工完毕混凝土桩体的阻挡和约 束,土体的侧向挤压力在桩边改变方向而形成向上的顶推力,在顶推力作用下,桩 周易冒浆或冒砂。采取的措施:降低超孔隙水压作用 打桩开始前在施工区域 内设置袋装砂井或塑料排水板

15、,袋装砂井直径一般为 7080mm,间距 115m,双向布置,深度 1012m,并进入承压水层;另外,可在场内周围采用集水井降水或井 点降水。提高混凝土的密实度。桩顶处理措施 施工时 2 次混凝土均浇至 停机面;同时,浇筑桩顶处的最后 2 盘混凝土的水泥用量比正常用量增加 50kg; 此外,待桩体施工完毕后,用拔管带出的土体在桩周边筑坎,然后向坎内注水;以 增加桩位的正压力。打一跳一的打桩工艺。 七、钢筋笼挤埋及短桩 该工程10为位于京山线滦河的特大铁路桥。地层自地表往下为:极松散细砂 (020m)、松散中粗砂(2080m)、稍密中密卵、砾石层(80130m)、 灰岩(130m 以下)。采用钻

16、孔灌注桩基础,在 23-5 号成孔检验后下钢筋笼并灌 注水下混凝土近 5m 长度时,距地表 35100m 段突然发生严重坍孔事故,灌注 被迫中断。提导管后 40min,调来 500kN 吊机强力拔笼失败,导致钢筋笼挤埋及 短桩事故。 导致该孔坍塌的主要原因是:该孔上部砂、砾、卵石层结构松散,几乎无泥质 充填胶结;安装护筒深度不够;灌注水下混凝土前清孔泥浆密度相对成孔中 使用泥浆密度降低量级较大(由 140g/cm3 降低至 110g/cm3),灌注压力减小 而孔壁失稳。 八、钻杆折断掉钻头 该工程10也为位于京山线滦河的特大铁路桥。采用150m 的滚刀钻头钻进 灰岩层段时,不到 20d 发生孔内折杆掉钻头事故 5 起。其中 3 起及时打捞成功,2 起打捞失败,被迫采用其它处理办法。最后,不得已采取了用长行程冲击钻机十 字钻头冲砸事故钻头的破坏式处理方法,配用永久磁铁打捞器捞取已