基于鉆孔灌注樁施工事故原因分析及質量保證

馮志剛

【摘要】鉆孔灌注樁在各類土木工程中廣泛應用，具有抗震性好、承載力大、施工噪音小、可以解決特殊地基沉載力等諸多優點。目前在國內公路橋梁基礎工程領域中鉆孔灌注樁基礎已占據了重要地位，但灌注樁地下施工不可預計因素多，工程質量較難控制，樁基施工既有機械操作，又有鋼筋加工、混凝土拌制和灌注等多種工作，工序種類繁多，影響因素多，水下混凝土施工要求嚴格，稍有不慎，就可能出現孔底沉泥、縮頸、夾渣、斷樁等，可能造成質量事故，因此，施工中必須嚴格監管質量。

【關鍵詞】鉆孔灌注樁；施工事故

【Abstract】Bored widely used in all types of civil engineering， has good shock resistance， large capacity， small construction noise can be solved special forces Shim Foundation and many other advantages. Currently drilling in the domestic highway bridge infrastructure projects in the field of pile foundation has occupied an important position， but underground construction pile unpredictable factors， difficult to control the quality of the project， both the pile foundation construction machinery operation， there are steel processing， concrete mixing and perfusion and other work processes a wide range of factors and more demanding underwater concrete construction， the slightest mistake， it may appear hole bottom silt， necking， slag， broken pile， may result in quality accidents， therefore， must be strict supervision of construction quality.

【Key words】Bored；Construction Accident

質量控制的定義是：質量管理的一部分，致力于滿足質量要求。鉆孔灌注樁施工的質量控制，是指為保證工程合同規定的質量標準對鉆孔灌注樁施工進行的質量控制。由于施工階段是使業主及工程設計意圖最終實現并形成工程實物的階段，也是最終形成工程實物質量的系統過程，所以施工階段的質量控制也是一個經由對投入的資源和條件的質量控制（事前控制）進而對生產過程及各環節質量進行控制（事中控制），直到對所完成的工程產出品的質量檢驗與控制（事后控制）為止的全過程的系統控制過程。本文從工程施工角度，對鉆孔灌注樁施工的三個階段質量控制進行分析和討論。

1. 鉆孔過程中出現的問題及原因分析

1.1偏斜孔。由于鉆機在安裝時沒有支撐好、以及樁孔地質構造不均勻等原因，從而引起鉆機整體或鉆頭在鉆孔過程中發生偏斜，導致出現偏斜孔。

1.2灌注時產生井壁坍落。因工程地質情況較差，施工單位組織施工時重視不夠，在灌注工程中，井壁坍塌嚴重或出現流砂、軟塑狀質等造成類泥砂性斷樁；

1.3縮頸。在鉆孔過程中，由于鉆錐磨損或焊補不及時，再或地層中遇到膨脹的軟土、粘土、泥巖等，容易產生縮頸現象，即出現膨脹性軟土，俗稱探頭泥。

1.4樁底沉渣量過多。由于清孔不干凈或未進行二次清孔，泥漿比重過小或泥漿注入量不足而難于將沉渣浮起，鋼筋籠吊放過程中，未對準孔位而碰撞孔壁使泥土坍落樁底；清孔后，待灌時間過長，致使泥漿沉積。

2. 水下混凝土灌注中出現的問題及原因分析

2.1卡管。

（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、流動性差、夾有大卵石、拌和不均勻，以及運輸途中產生離析、導管接縫處漏水、運送混凝土未加遮蓋等，使混凝土中的水泥漿被沖走，粗集料集中而造成導管堵塞。

（2）機械發生故障或其他原因使混凝土在導管內停留時間過久，或灌注時間持續過長，最初灌注的混凝土已經初凝，堵在管內。

2.2鋼筋籠上浮、變形、散架。 發生鋼筋籠上浮事故的原因有兩種：（1）對于非全樁式（一般指摩擦樁）的鋼筋籠，在灌注過程中，下部的混凝土到達鋼筋籠底部能把鋼筋籠向上拱；（2）導管不正，在提升導管時法蘭盤掛住鋼筋籠，把鋼筋籠朝上提。

2.3導管進水原因分析。主要原因：（1）首批混凝土儲量不足，或雖然混凝土儲量已夠，但導管底口的間距過大，混凝土下落后不能埋沒導管底口，以致泥水從底口進入；（2）導管接頭不嚴，接頭間橡皮墊被導管高壓氣浪擠開，或焊縫破裂，水從接頭或焊縫中流入；（3）導管提升過猛，或測深出錯，導管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水。

2.4坍孔。在灌注過程中如發現井孔護筒內水（泥漿）位忽然上升溢出護筒，隨即驟降并冒出氣泡，應懷疑是坍孔征象，可用測深儀探頭或測深錘探測。如原系停掛在混凝土表面上測深錘被埋不能上提，或測深儀探頭測得的表面深度達不到原采的深度，相差很多，均可證實發生坍孔。坍孔原因可能是護筒底腳周圍漏水，孔內水位降低，或在潮汐河流中漲潮時，孔內水位差減小，不能保持原有靜水壓力，以及由于護筒周圍堆放重物或機械振動等，均有可能引起坍孔。

2.5埋管。導管無法拔出稱為埋管。其原因是：導管埋入混凝土過深，或導管內外混凝土已初凝使導管與混凝土間摩阻力過大，或因提管過猛將導管拉斷。

2.6斷樁。 由于灌注中提升導管失誤、混凝土供應中斷（下雨、停電、機械故障等） 或導管漏水等原因，導致導管中已灌注的混凝土與導管的混凝土隔斷，無法繼續灌注的現象通稱為斷樁。在灌注過程中認定發生斷樁事故后，應立即停止灌注，提拔導管和鋼筋籠，盡量將損失降低到最小。

3. 灌注成樁后發現的質量缺陷及原因分析

3.1樁全長小于設計要求。這種缺陷可分為兩類，處理樁頭后，混凝土頂面高程小于設計要求、鉆孔底部沉積的虛渣在清孔時未清理干凈導致樁全長小于設計、嵌入基巖深度小于設計。針對具體情況分別采取相應措施處理。樁頂高程小于設計要求的原因是混凝土灌注終孔時控制失誤。基坑開挖后進行鉆孔樁的接長。

3.2樁體混凝土不連續。由于灌注過程中，發生的孔壁局部坍塌的雜物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在樁體形成夾層導致鉆孔樁混凝土不連續。對于此類問題，應積極與設計單位協調采取合理措施處理。

4. 鉆孔灌注樁的施工質量控制

4.1事前控制。事前控制也即施工前準備階段的質量控制。

4.2對施工人員的控制：檢查灌注樁施工人員的技術資質與條件是否符合要求，選擇分包商承擔灌注樁施工時，要審查合同是否允許進行分包，確認承包商的技術能力和管理水平能保證按要求完成工程施工，方可允許分包商施工人員進場。

4.3對施工方案、工藝的控制：施工方案包括施工技術方案和施工組織方案，具體包括： （1）施工程序的安排：主要是各樁的施工成樁先后次序；（2）施工機械設備的選擇：適應地層特點和施工工藝的要求；成孔機械必須與現場土質、樁徑、樁深等要求相適應。適應施工現場的場地大小、場內搬遷、工期要求、供水、供電條件等；（3）灌注樁施工工藝：主要是成孔、成樁各工序的操作工藝，它是施工方案的核心。 鉆孔灌注樁成孔、成樁的一般工藝流程：測量放線定樁位埋設護筒樁機就位調整平整度成孔第一次清孔混凝土攪拌廢泥漿排放泥漿沉淀拌制護壁泥漿鋼筋籠制作灌注水下混凝土二次清孔、沉渣測定安放導管吊放鋼筋籠質量檢測成樁質量檢測。

4.4做好施工準備。

（1）施工前首先要做好場地平整，探明和清除樁位處的地下障礙物，按平面布置圖的要求做好施工現場的施工道路、供水供電、泥漿池和排漿槽等泥漿循環系統、施工設施布置、材料堆放等有關布設。

（2）在一些工程的施工前，常缺乏對施工場地的總體規劃與合理安排，造成施工過程中不得不變遷、轉移砂、石料、鋼筋及水泥的堆放與制作場地，既誤工又費錢；場地內的臨時道路不能很好的與鉆機運行路線相匹配，造成運送混凝土的翻斗車相互等待通行，增加了運送混凝土的時間，降低了工作效率甚至會影響混凝土的澆筑質量；泥漿池的位置與容量不能滿足實際施工的需要，場地四周與中間缺乏便于排除泥漿及地表積水的通道（溝），施工現場泥漿四溢，施工環境與條件非常惡劣。因此，施工前應做好充分的準備。

（3）施工前應逐級進行圖紙和施工方案交底，并做好原材料質量檢驗工作。

4.5護筒埋設：埋設護筒位置應埋設準確和穩定，旱地、筑島處護筒與坑壁之間用粘土分層回填夯實，護筒與樁位中心線偏差不得大于50mm，傾斜度不大于1%，高度宜高出地面0.3m或水面1.0～2.0m.護筒埋置深度應根據設計要求或水文地質情況定， 旱地、筑島處一般超過雜填土埋藏深度0.2m，在粘性土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m，同時應保持孔內泥漿面高出地下水位1m以上。有沖刷影響的河床，沉入沖刷線不小于1.0～1.5m。

4.6試成樁：目的是核對地質資料，檢驗所選設備、機具、施工工藝及技術要求是否合適。試成孔過程中，應根據持力層情況，決定選用鉆頭型式，選擇合適的清孔方式。成孔結束后應檢驗孔徑、垂直度、孔壁穩定和沉渣泥漿密度等指標是否滿足設計要求，如滿足，試成孔的施工工藝參數即為施工時選擇工藝參數的依據.

5. 事中質量控制

對測量定位、終孔、清孔，下放鋼筋籠、澆灌砼等工序要作為重點設立質量控制點。

5.1成孔。

（1）從軸線控制點施測樁位，檢查樁位對中，選多個角度檢查磨盤的平整度；同時檢查機架枕木基礎是否穩定，在鉆孔過程中隨時復查垂直度及磨盤平整度，對偏差要及時調整。

（2）按照試成孔的工藝參數組織鉆進施工，根據鉆進過程中各土層的情況，安排對泥漿比重進行檢測。

（3）根據白楊河大橋設計提供地質剖面，經試樁鉆孔時發現，實際地下水位已明顯高于設計所提供的地下水位，表層0.4m左右為松散礫石層；0.4～4.0m范圍為沖積淤泥層成凍狀；4.0m～16.0m左右為飽和砂層，承載力小、穩定性差，在施工過程中隨鉆孔的深入，振動而坍塌，試鉆無法繼續進行。承包商根據試鉆情況，經分析采取如下方案：將目前河流流水改道（因流量較小）；河床上回填4.0m左右礫石土，經碾壓，將礫石土盡量往下擠，利用回填土層所產生的土壓力，穩定下層不良地質并降低地下水位；護筒長度由原設計4.0m增長至不小于8.0m，保證護筒內水位高于承壓水位不小于2.0m；控制鉆進速度并調整泥漿相對密度，直到泥漿能護住孔壁。經過實際施工考察，采用方法基本可行，從原則上解決了施工過程中的坍孔問題。

（4）合理確定是否入巖，應根據勘探報告所揭示的持力層等高線與孔深比較，加強巡查、記錄，結合鉆具自重大小、吊掛松緊程度等，觀察在界面鉆進過程以及進入持力層鉆機的反應情況，并加強取樣，對照試成樁時確定的巖樣為準，最終判定入巖或終孔，確保樁基進入持力層的深度。

（5）注入孔中的泥漿濃度，一般應小于1.15直至清水，同時加大泥漿泵量，以及時排除孔內的濃稠泥漿。

5.2清孔。

（1）終孔后，應將鉆頭提離孔底80～100mm空轉，在保證護壁的前提下達到初步稀析泥漿，輸入比重1.05～1.08的新泥漿，循環40～60min， 正循環法鉆孔除要求泥漿具有護壁作用外，主要是浮渣。這樣對泥漿的要求較高，即比重要大（r =1. 25-1.68） Ell。但護壁泥漿比重過大，則清孔時間長并易使孔壁泥皮增厚，在孔壁產生較大的 “涂抹”作用，從而降低成樁的樁側阻力和單樁承載力。因此施工中應嚴格按文獻〔2〕的要求將泥漿比重控制在1.30以內，當護壁泥漿用原土造漿時，由于隨著進尺深度的增加，孔內泥漿比重也逐漸增加，因此，應控制具體時間應根據樁徑和孔深掌握，盡可能將孔底巖屑、泥塊打碎并隨泥漿浮出孔外。

（2）下籠后安裝導管進行二次清孔。泥漿性能指標在澆注砼前，孔底500mm以內的相對密度≤1.25，粘度≤28Pa.s含砂率≤8%.對清孔達不到沉渣厚度要求，堅決不能驗收灌砼。

（3）在清孔過程中必須注意保持孔內水頭，防止坍孔；但不得用加深鉆孔深度的方式來替代清孔。可用相對密度較低的泥漿或清水壓人清孔，具體應視實際情況而定。如地下水位高時，地層容易坍塌，泥漿相對密度可大些，但過大會造成混凝土頂升困難，特別要注意的是避免泥漿比重上下不一的情況。清孔過程中應注意保持水頭，經常檢測泥漿指標，一旦達標，迅速起鉆。可用直徑比設計樁徑小5cm鋼筋圓圈放人孔內驗收樁徑，然后下鋼筋籠，盡可能縮短澆筑前的操作時間，減少沉淀量。嚴禁用加深孔底深度的方法代替清孔，這將會極大地降低樁尖處土的極限承載力，也容易因泥漿相對密度過大而造成夾泥或斷樁。

5.3鋼筋籠。

（1）進場的鋼筋必須出具合格證或產品質量檢驗報告，同時還按現行鋼筋檢驗標準取樣試驗，不符合質量要求的鋼材嚴禁使用。在成孔過程中及時組織鋼筋籠的加工制作，在加工過程中，注意覆蓋，防止加工后淋雨產生銹斑；同時聲測管固定在籠的內部，焊接位置必須保證與鄰近鋼筋凈距大于等于鋼筋最小凈距，接頭必須密封且應保證其位置垂直，以確保水泥漿不會滲人管內而影響檢測質量。在同一截面內，接頭錯開，接頭數不超過鋼筋總數的50%，對鋼筋籠立焊的質量要特別加強檢查控制。下放前準確計算鋼筋籠的置放位置，要保證伸進承臺部分的鋼筋長度。制作鋼筋籠時應根據設計要求和規范規定，保證鋼筋焊接長度和去除焊縫表面的焊皮；在鋼筋籠分段制作時。應預留足夠的箍筋長度，防止箍筋脫節，為避免分段鋼筋籠過長造成其吊裝時彎曲或傾斜著放入孔中，分段鋼筋籠不宜過長尤其不能超過鉆架自身高度，一般宜控制在5....8 m；為保證主筋間距符合要求，制作鋼筋籠時事先應制作木模或鋼模，特別是主筋為單數非對稱布置時，更加應該注意。

（2）下放時，隨時調整籠子的位置，使籠中心與樁中心保持一致。應保持垂直狀態，對準孔位徐徐輕放，并注意不能碰撞孔壁，防止將泥土等雜物帶人孔內或引起坍孔。可采用吊車進行吊裝，鋼筋籠吊裝至設計位置后，采用地錨和井架固定牢固，以減緩混凝土上升時的頂托力，防止其上升。在鋼筋籠的吊裝時嚴禁強制性下放鋼筋籠，以免造成鋼筋籠變形。在下導管前，應對導管的連接進行水密試驗，并記錄各節長度和編號，便于澆筑過程中的長度計量。

（3）混凝土澆灌二次清孔驗收合格后，現場初灌料斗、砼隔水栓（或沙包）、人員等應及時準備到位，在砼到場后方可停止清孔，進行料斗等安裝。砼灌注前必須檢查砼坍落度是否滿足，一般宜控制在180～220mm.檢查孔內導管的長度及離孔底的距離；根據導管內外混凝土的壓力平衡法計算首灌混凝土量，確定采用的料斗容量，保證首灌后導管底埋入混凝土中大于1m以上。在料斗內放滿砼后，剪斷鐵絲，隔水栓埋入底部砼。此時后續砼澆搗必須及時跟上，保證砼連續施工。澆搗過程中，檢查導管提升、拆除等必須保證管底在砼中的埋置深度，宜控制在2～6m。

（4）并應通過測量確定，不能盲目估計，避免拔空。在混凝土面上升將要接近鋼筋籠底部時，應放慢澆搗的速度，減少導管埋深以降低混凝土上升的沖擊力。

5.4澆筑前的質量控制。

5.4.1材料的準備工作。選擇集料應滿足級配要求，施工中應需兩種或兩種以上不同規格的石料，計算并經試驗驗證結果，以確定符合要求的最優級配。假如級配不合理，容易形成大粒集中，造成水下混凝土灌注樁易產生離析，留下質量隱患。

5.4.2機械等其他準備工作。

（1）對各項操作機械進行檢查，包括攪拌機的試運轉，如果是翻斗車運輸則還應檢查翻斗車的性能，運料。導管在每次澆筑卸管后即沖刷干凈。澆筑前的連接應分清編號及長度，以免影響計量埋深值。由于混凝土在泥漿中灌注和養護，混凝土的操作配合比應在保證設計強度前提下再加上一個保證率。規范要求首批混凝土的數量應能滿足導管初次埋置深度≥1.0m，因此應準確計量導管上口漏斗的斗容量。容量不夠的，應及時采取措施加以調整，保證首灌混凝土的沖擊力和排淤能力。另外，也要檢查漏斗底口的隔水設施是否完好可靠，不要因人為的疏忽而導致事故。

（2）在準備工作期間，還應準備好水泵、吸泥機、高壓水管等各種處理故障的設備，以防萬一。在開澆前，應測量孔底沉淀厚度，保證不大于規定值。如果大于規定值，還得再次清孔。此時，可用噴射清孔法，即用高壓射水或射風數分鐘，待少量沉淀物漂浮后，立即澆灌水下混凝土。

5.4.3澆筑過程中的質量控制。

（1）鉆孔灌注樁要求混凝土有良好的和易性，以便在水中自行攤展，必要時可加入減水劑，以提高拌和物的流動性，使混凝土在灌注時保持足夠的流動性。根據經驗，首批混凝土除數量滿足埋深要求外，可適當增加一點水泥量及含砂量，以保證其和易性和流動性，使以后澆入的混凝土容易頂升；若首批混凝土的初凝時間早于灌注全部混凝土所需時間，則首批混凝土中還得摻人緩凝劑。經常檢測混凝土的坍落度，應控制在18-22cm的范圍內。

（2）灌注水下混凝土前應認真測量孔深和導管長度，準確計算料斗、導管容量以及首批混凝土量，同時要嚴格控制導管懸空，并根據孔徑大小、孔深、導管粗細、料斗大小、沉淀多少和孔底而采用相應值。澆筑過程中，最重要的就是控制導管的埋深，規范要求在2-6m范圍內。埋深過小會使管外混凝土面上的泥漿卷入混凝土形成夾泥；過大則使混凝土不易流出頂升，還可造成樁外周的混凝土出現骨料離析和空洞，減小樁的有效直徑；亦可造成近導管處混凝土面高，遠導管處混凝土面低，從而混凝土先頂升再水平擴散，出現死角區，使泥漿和混凝土混合物填實在死角區，造成鋼筋的握裹力不足。在每次下料后，都應準確測定混凝土面的上升高度，計算導管埋深，從而確定導管拆卸的節數，作好拆卸記錄，防止導管拔出混凝土面而造成斷樁。在混凝土澆至鋼筋籠位置時，應放慢混凝土澆筑速度，使導管有較大的埋深，待混凝土表面進入鋼筋骨架一定深度后，再提升導管口控制在最小埋深，使導管口高于鋼筋籠底骨架一定距離繼續灌注，防止鋼筋籠被頂托上升。

（3）灌注過程中應準確實測混凝土面的上升高度，隨時與實灌混凝土量的理論上升高度驗證，計算時應結合地質資料考慮必要的充盈量及擴孔、縮徑等因素。為防止鋼筋籠上浮，當灌注的混凝土頂面距鋼筋籠底部lm左右時，應降低混凝土的灌注速度。當混凝土拌和物上升到鋼筋籠底口4m以上時，提升導管，使其底口高于鋼筋籠底部2m時，可恢復正常灌注速度。當灌注將至設計位置時，由于導管外泥漿稠度增大，混凝土頂升困難，可用水沖法稀釋泥漿，提高灌注落差，并適當加大埋深，因為此時泥砂、部分拌和物及被首批混凝土翻上來的沉淀物等雜物均落在混凝土的上面，測深無法反映混凝土頂面高度，容易造成誤測，致使過早停澆。

（4）砼澆筑施工中砼拌合必須均勻，適當添加減水劑和緩凝劑，以延長初凝時間，為施工中意外情況的發生提供足夠的時間（如停電等）。灌注砼必須連續作業，不允許出現任何原因的中斷灌注，以免出現斷樁現象。在砼的灌注中，派專人測量孔深并記錄，準確掌握砼的上升高度，嚴格控制導管埋入砼在2m以下，防止埋管過淺出現脫空現象。為保樁頂砼質量，應在理論灌柱標高的基礎上超灌50cm高度樁頭，待砼達到70%強度后，人工鑿除超灌部分樁頭，確保樁頭質量良好。至此，樁基礎施工完畢。

5.5樁基質量檢測與驗收。

（1）對已完工的鉆孔灌注樁進行質量檢測與驗收，也是對其進行事后質量控制。質量檢測可檢驗鉆孔灌注樁成樁后承載力能否達到設計要求。這里僅指樁身結構完整性（即樁體質量）及樁承載力檢測。樁身結構完整及樁的承載能力檢測有鉆芯法、動測法、聲波透射法及射線法，以及靜荷載試驗法。靜載荷法比較直觀，得出的數據容易讓人信服，但缺點是堆載的重量常常達到數百噸、操作不便、費工費時；動測法可通過波速檢測出樁身的完整性及樁的長度，測出長度的誤差一般在±300 mm；取芯法缺點是取芯深度也有限；目前只有聲波透射法，其機理明確，設備簡單，使用方便，檢測準確可靠，能測出樁身完整性、均勻性而被廣泛應用。僅采用靜荷載法不能保證施工后沉降達到設計要求；目前動測法還不能直接測出承載力值。因此，把靜載荷法和動測法結合起來較為合理。

（2）鉆孔灌注樁樁基分項（分部）工程驗收包括隱蔽工程驗收和檢驗批（單元工程）、分項工程驗收。隱蔽工程驗收在被驗收工序施工完畢后下道工序施工前進行；檢驗批、分項工程驗收在基坑開挖至設計標高后組織驗收。這兩項驗收均應在施工單位自檢合格的基礎上進行。施工單位確認自檢合格后提出工程驗收申請，驗收由監理工程師或建設單位項目負責人組織勘察、設計單位及施工單位的項目負責人、技術質量負責人，共同按設計要求、驗收規范及其他有關規定進行。

（3）鉆孔灌注樁施工中，嚴格按照規范要求施工，切實加強質量管理意識，要保證鉆孔灌注樁的施工質量，必須強調現場人員要有高度責任心，對鉆孔灌注樁施工的每個細節、每道工序都要做到嚴格控制，以防為主，從嚴控制，對樁基各個施工環節要充分重視并精心施工，只有這樣鉆孔灌注樁的質量控制才能得到保證，避免各種事故的發生。

參考文獻

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