樁基礎常見事故原因分析及處理方法

張貴明

隨著工程建設的不斷發展,鉆孔灌注樁已廣泛用于工程實踐中,并取得了良好的效果。鄭州鐵道隴海家園位于隴海路南,京廣路西,地質復雜,其地質條件主要為亞粘土層,其中表層為 2.6m左右的亞砂土,其下約為 19 m為流塑 ～軟塑、軟塑 ～硬塑狀亞粘土,再下均為軟塑 ～硬塑狀亞粘土中夾帶厚薄不均的亞粘土、粉、細砂層、姜石層。

1 施工中常見的事故及原因分析

鉆孔灌注樁樁基礎在施工中因受諸多因素的影響,諸如水文、地質、鉆孔機械設備的選擇、采取的施工工藝等條件制約,并在一定程序上受一些人為主觀因素的影響而造成在混凝土灌注樁樁基的施工過程中必然會產生一些施工事故,這些都是不可避免的,同時也是不可預測的。現介紹鄭州鐵道隴海家園樁基礎施工過程中曾出現的事故,并對事故產生原因進行分析。

混凝土灌注樁樁基礎(鉆孔灌注樁基礎)在施工過程中出現的施工事故可分為在鉆孔過程中和在混凝土灌注過程中兩大類,下面進行分類講述。

1.1 鉆孔過程中出現的事故

在鄭州鐵道隴海家園鉆孔過程中出現的事故主要有:坍孔、鉆孔偏移、流砂、不進尺、鉆孔漏漿、掉鉆落物、糊鉆、擴孔和縮徑、鉆桿折斷。下面將對以上鉆孔施工出現的施工事故進行原因分析。

1.1.1 坍孔

在用任何一種鉆孔方法對樁基礎進行施工都可能會發生坍孔事故,坍孔的表征是孔內水頭突然下降,孔口冒出細密的水泡,出渣量顯著增加而不見進尺,鉆機負荷顯著增加。坍孔產生的原因有以下幾點:

1)鉆孔時,由于護壁泥漿比重達不到規范要求或其他泥漿性能指標不符合要求,使孔壁不能形成堅實泥皮,對孔身不能起到護壁的作用,這使在砂卵層較厚且不很密實的情況更易產生坍孔,但對巖層不會產生坍孔事故。2)在采用沖擊鉆成孔的施工工藝,用掏渣法進行排渣時,由于在掏渣時沒有及時補充水或合格的泥漿致使孔內泥漿比重變小或孔內水頭降低,造成孔內水頭高度不夠,孔內出現承壓水降低了靜壓水而造成坍塌或孔口坍陷。3)孔口周圍堆積荷載過大,孔口土層受壓超過了孔口周圍土層的承壓能力而導致坍孔。4)在開孔時,護筒埋置太淺,護筒底口與下端接觸處因接觸不密實未用粘土填封緊密而導致此處漏水、坍塌或孔口附近地面受水長期浸濕泡軟而發生坍塌。5)在不密實的砂卵層中,沒有控制鉆機進尺,使鉆機進尺過快,孔身泥漿護壁不能形成堅實的泥皮,起不到護壁作用而造成坍孔。6)由于護筒埋置較低,地下水位高于護筒上口或因漲水時使外水頭高于孔內水頭,使孔壁滲漿或在護筒底形成反穿孔。7)在吊放鋼筋骨架時因不能保證垂直上下而使其碰撞孔壁,同樣也可能會造成坍孔。

1.1.2 鉆孔偏斜

1)鉆孔過程中,在遇到較大的孤石或探頭石時,鉆錘都會向較軟地層偏移,而造成孔身偏斜。2)在有傾斜面的軟硬地層交界處,巖面傾斜處鉆進或者在粒徑大小懸殊的砂卵石層中鉆進,因鉆頭受阻力不均勻,而使鉆頭鉆進方向偏向受阻力小的地層,造成孔身偏斜。3)鉆機就位時,鉆機底座未安置水平或承載鉆機的地層產生均勻沉降,導致鉆桿或鉆繩與水平面形成一傾角,使鉆頭鉆進方向偏斜。4)在用循環鉆成孔時,由于鉆桿接頭不正或鉆桿不在同一豎直面上,亦或主動鉆桿發生彎曲,鉆桿旋轉時鉆桿中心軸線形成一個螺旋體面造成鉆頭方向偏移。

1.1.3 流砂

造成流砂的主要原因是由孔位地質情況決定的。同樣在鉆孔過程中,由于對孔內外水頭的處理不慎,都會造成流砂現象。

1)孔外水頭壓力大于孔內的水壓力,加上孔壁松散而使大量流砂涌塞樁底。2)鉆進過程中,遇到粉砂層,泥漿密度不夠,進尺又太快,孔壁不能形成泥皮。

1.1.4 不進尺

鉆進過程中,應排除由于坍孔或未給鉆頭施加壓力等情況而造成不進尺的現象,按經驗分析,同時考慮地質情況,主要有以下幾點原因:1)在鉆入粘土層時,鉆頭粘滿土塊(糊鉆頭),使鉆頭在鉆進過程中不能接觸到土層而不能進尺。2)在正常鉆進時,未能及時排渣或排渣不暢,使鉆頭周圍堆滿渣土,同時使鉆頭不能與新鮮地層相接觸而不能進尺。3)鉆頭合金刀片安裝角度不當,刀具切土過淺,刀具合金含量低,孔內掉有鐵件,泥漿比重過大,鉆頭配錘過輕等都會造成鉆進不進尺。

1.1.5 鉆孔漏漿

在鉆孔過程中或成孔后,泥漿向外漏失而造成鉆孔漏漿。引起此施工事故的原因主要有:1)遇到透水性強或有地下水流動的土層,稀泥漿會向孔外漏失。2)護筒埋置過淺,回填土不密實或護筒接縫不嚴密,在護筒刃腳或接縫處漏漿。3)孔內水頭過高,靜水壓力過大,而使泥漿沿孔壁向外漏失。

1.1.6 掉鉆落物

在進行樁基礎施工過程中,采用任何施工工藝,均可能會發生掉鉆落物事故,引發掉鉆落物的原因主要有:

1)卡鉆時,強提強扭,操作不當使鉆桿疲勞裂斷。2)鉆桿接頭不良或滑絲,馬達接線錯誤,使用時不得反轉的鉆機反轉而使鉆桿脫落。3)鉆機班組人員因操作不慎,而落入扳手撬根等物。

1.1.7 糊鉆

糊鉆(吸錘)常出現于正反循環回轉鉆進過程中,其引起的主要原因與不進尺的引發原因相似。主要是:在軟塑粘土層回轉鉆進時,進尺快,鉆渣量大,出漿口堵塞而造成糊鉆。

1.1.8 擴孔與縮徑

擴孔在任何鉆孔方法施工中都會發生。主要原因是由于孔壁坍塌所引起的。縮徑引起的原因主要有兩種:

1)鉆孔時,鉆錐補焊不及時,嚴重磨耗的鉆錐鉆出的孔徑比設計的孔徑要小而形成縮孔。2)在鉆進時,由于遇到土層中有軟塑土(橡皮土)遇水膨脹后會使孔徑縮小形成縮徑。

1.1.9 鉆桿折斷

鉆桿折斷的施工事故主要發生在人力,機動推鉆和正反循環回轉鉆進時,其主要引發的原因有:

1)選用的鉆機型號不對,用地質或水文地質鉆探小孔徑鉆孔的鉆桿來作橋梁大孔徑鉆孔樁用,因其強度、剛度太小而折斷。2)在鉆進過程中,由于選用轉速不當,使鉆桿扭轉或彎曲折斷。3)鉆桿使用過久,連接處有損傷或接頭磨損過甚。4)地層堅硬,進尺太快,超負荷運轉鉆進而發生事故。

1.2 混凝土灌注過程中出現的事故

鉆孔樁混凝土基礎是一個連續的作業過程,鉆孔完成后,下一步工序將是進行混凝土灌注,在混凝土灌注過程中,鄭州鐵道隴海家園出現的施工事故主要有:卡管。

在灌注過程中,混凝土在導管中不能下落,稱之為卡(堵)管。引發卡(堵)管的主要原因有:1)初灌時,隔水栓卡管,或由于混凝土本身的原因,如坍落度過小,混凝土和易性差,混凝土夾有大卵石,拌和不均勻或在運輸過程中因混凝土坍落度過大而產生離析,粗骨料集中而導致卡管。2)導管接縫處漏水,雨天運送混凝土未加遮蓋,使混凝土中的水泥漿被沖走,粗骨料過于集中而導致卡(堵)管。3)在灌注過程中,由于機械發生故障或由于其他原因使混凝土在導管內停留時間過長或因為安排不當,混凝土灌注持續時間過久,初灌的已初凝,增大了導管內混凝土下落的阻力,致使混凝土堵塞在導管內造成卡管。4)在灌注過程中由于對混凝土質量控制不當,坍落度時大時小,和易性時好時壞,混凝土對導管的阻力不同,以致于卡管。

2 施工中常見事故的處理方法

在樁基施工中,只有對發生的鉆孔事故和灌注事故做出正確的判斷,采用合理的技術措施,才能使工程質量不留隱患,工程進度不受太大的影響,同時也可避免在經濟上造成更大的損失,如處理不當,將更會對工程形象方面造成難以挽回的損失,所以,我們必須認真對待,認真處理。

2.1 坍孔

1)鉆進過程中發生孔口坍塌時,可立即拆除護筒回填鉆孔,重新埋設護筒再鉆。若護筒底發生坍孔時,可用袋子裝粘土(粘土裝為袋子的 1/3)沿護筒外回填,直到沒有明顯的下沉,然后在袋子上層再用粘土(水泥∶粘土 =1∶3)回填至與護筒頂平,靜置4 h～5 h后再鉆。2)發生孔內坍塌,先判明坍孔位置,回填片石、砂、砂礫和黃土等混合物,到坍孔處以上 1m～2m。如果發生的坍孔情況較重則應全部回填,直到回填物沉積密實后再進行鉆進。

2.2 鉆孔偏斜

1)采用循環鉆進,若坍塌不嚴重時可將鉆頭吊住在偏斜處上下反復掃孔使鉆孔正直。比較嚴重時,采取回填砂粘土到偏斜處,待沉積密實后再繼續鉆進。

2)在鉆孔偏斜特別嚴重時,可在開始偏斜處設置少量炸藥爆破,然后用砂土和砂礫土回填至該位置以上 1m左右,重新沖鉆。

2.3 流砂

在鉆進過程中,若遇到流砂,可根據具體情況適當減小孔內外的水位壓力,增大孔內泥漿的密度和粘土,使孔壁形成厚實的泥皮。

2.4 不進尺(糊鉆)

遇到此種施工現象,可視具體情況而定。如若是鉆頭粘滿粘土塊,則要提出鉆頭,清理干凈鉆頭上的糊鉆物;若是孔內沉渣未及時排出,應加大循環力度,提升鉆頭,將大部分沉渣排出后即可,或因為鉆頭合金刀片安裝角度不對時,則應提出鉆頭,對鉆頭上的合金刀片進行調整即可處理,或采用二次成孔(先用小鉆頭成孔再用滿足孔徑的大鉆頭成孔)。

2.5 鉆孔漏漿

若在穿過透水性強或有流動地下水的土層時發生鉆孔漏漿,則可改善漏漿性能,增加泥漿比重和粘度基本上可以處理;若是護筒埋置所引起的則可視情況處理,重新夯實護筒四周的土層,或由潛水員用棉絮堵塞,封閉底縫。亦可重新外套或內套一符合直徑要求的護筒進行處理;若是因為孔內外水頭差太大引起,則可采取措施減小內外水頭位差,以處理鉆孔漏漿。

2.6 掉鉆落物

掉鉆落物后,應及時查明情況,若鉆錐被沉淀物或坍孔土石埋住,應首先清孔,使打撈工具能接觸到鉆錐,才能實施打撈工作。若是落入一般物件,可選用適當的打撈工具進行打撈,如用打撈環、打撈鉤。

2.7 擴孔與縮徑

擴孔:若是擴孔后,孔壁不繼續坍塌,不影響鉆進,則可不進行處理。若擴孔后繼續坍塌,影響正常鉆進,則應按照坍孔事故進行處理。縮徑:若出現縮徑情況,則可采用吊住鉆頭保持不進尺上下反復掃孔的方法,以擴大孔徑,直到達設計要求為止。

2.8 鉆桿折斷

若發生鉆桿折斷事故,可先采用打撈法將掉落的鉆桿撈出,再換用新鉆桿或大鉆桿繼續鉆進。

2.9 卡(堵)管

在灌注混凝土過程中,出現卡(堵)管事故,如有小型附著式振動器,則裝上振動器振松導管內混凝土,使混凝土下落。若無現成的設備則可采取鉆機配合,用主動卷揚機對導管進行高頻率的串動,靠混凝土的自重和導管上下串動的沖擊力,迫使導管內混凝土下落。如果是因為首批混凝土已初凝,可試用加大灌注混凝土的每斗方量,增大對導管內混凝土的壓力,沖破已初凝混凝土面,使其恢復正常灌注。出現卡(堵)管,若卡管位置較深時,不宜采用長搗桿沖搗。因為長搗桿沖搗,其原理同用插入式振動器進行振動,沖搗后粗骨料肯定會有一部分沉入導管下部而水泥漿在上面仍起不到沖散導管內混凝土的作用。卡管位置在跑導管上口的距離不是很大時,則可選用此種方法進行處理。

總之,混凝土灌注樁樁基礎在施工中,由于有著各種不確定、不可預測的因素,造成各種施工事故。在對這些事故處理時,我們不能千篇一律,生搬硬套。要因時制宜、因地制宜,針對實際發生的情況,查明確切引發的原因,再結合施工現場所具備的施工條件,選用和采取合理和符合實際的處理方法,以確保對各施工事故做出正確的處理。

[1] 吳 坤,紀寧玲.關于樁基設計的一些看法[J].山西建筑, 2010,36(2):126-127.