樁基礎(chǔ)常見(jiàn)事故原因分析及處理方法

張貴明

隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展,鉆孔灌注樁已廣泛用于工程實(shí)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(zhì)復(fù)雜,其地質(zhì)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(xì)砂層、姜石層。

1 施工中常見(jiàn)的事故及原因分析

鉆孔灌注樁樁基礎(chǔ)在施工中因受諸多因素的影響,諸如水文、地質(zhì)、鉆孔機(jī)械設(shè)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(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生一些施工事故,這些都是不可避免的,同時(shí)也是不可預(yù)測(cè)的?，F(xiàn)介紹鄭州鐵道隴海家園樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中曾出現(xiàn)的事故,并對(duì)事故產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

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

1.1 鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)的事故

在鄭州鐵道隴海家園鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)的事故主要有:坍孔、鉆孔偏移、流砂、不進(jìn)尺、鉆孔漏漿、掉鉆落物、糊鉆、擴(kuò)孔和縮徑、鉆桿折斷。下面將對(duì)以上鉆孔施工出現(xiàn)的施工事故進(jìn)行原因分析。

1.1.1 坍孔

在用任何一種鉆孔方法對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工都可能會(huì)發(fā)生坍孔事故,坍孔的表征是孔內(nèi)水頭突然下降,孔口冒出細(xì)密的水泡,出渣量顯著增加而不見(jiàn)進(jìn)尺,鉆機(jī)負(fù)荷顯著增加。坍孔產(chǎn)生的原因有以下幾點(diǎn):

1)鉆孔時(shí),由于護(hù)壁泥漿比重達(dá)不到規(guī)范要求或其他泥漿性能指標(biāo)不符合要求,使孔壁不能形成堅(jiān)實(shí)泥皮,對(duì)孔身不能起到護(hù)壁的作用,這使在砂卵層較厚且不很密實(shí)的情況更易產(chǎn)生坍孔,但對(duì)巖層不會(huì)產(chǎn)生坍孔事故。2)在采用沖擊鉆成孔的施工工藝,用掏渣法進(jìn)行排渣時(shí),由于在掏渣時(shí)沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)充水或合格的泥漿致使孔內(nèi)泥漿比重變小或孔內(nèi)水頭降低,造成孔內(nèi)水頭高度不夠,孔內(nèi)出現(xiàn)承壓水降低了靜壓水而造成坍塌或孔口坍陷。3)孔口周?chē)逊e荷載過(guò)大,孔口土層受壓超過(guò)了孔口周?chē)翆拥某袎耗芰Χ鴮?dǎo)致坍孔。4)在開(kāi)孔時(shí),護(hù)筒埋置太淺,護(hù)筒底口與下端接觸處因接觸不密實(shí)未用粘土填封緊密而導(dǎo)致此處漏水、坍塌或孔口附近地面受水長(zhǎng)期浸濕泡軟而發(fā)生坍塌。5)在不密實(shí)的砂卵層中,沒(méi)有控制鉆機(jī)進(jìn)尺,使鉆機(jī)進(jìn)尺過(guò)快,孔身泥漿護(hù)壁不能形成堅(jiān)實(shí)的泥皮,起不到護(hù)壁作用而造成坍孔。6)由于護(hù)筒埋置較低,地下水位高于護(hù)筒上口或因漲水時(shí)使外水頭高于孔內(nèi)水頭,使孔壁滲漿或在護(hù)筒底形成反穿孔。7)在吊放鋼筋骨架時(shí)因不能保證垂直上下而使其碰撞孔壁,同樣也可能會(huì)造成坍孔。

1.1.2 鉆孔偏斜

1)鉆孔過(guò)程中,在遇到較大的孤石或探頭石時(shí),鉆錘都會(huì)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(jìn)或者在粒徑大小懸殊的砂卵石層中鉆進(jìn),因鉆頭受阻力不均勻,而使鉆頭鉆進(jìn)方向偏向受阻力小的地層,造成孔身偏斜。3)鉆機(jī)就位時(shí),鉆機(jī)底座未安置水平或承載鉆機(jī)的地層產(chǎn)生均勻沉降,導(dǎo)致鉆桿或鉆繩與水平面形成一傾角,使鉆頭鉆進(jìn)方向偏斜。4)在用循環(huán)鉆成孔時(shí),由于鉆桿接頭不正或鉆桿不在同一豎直面上,亦或主動(dòng)鉆桿發(fā)生彎曲,鉆桿旋轉(zhuǎn)時(shí)鉆桿中心軸線形成一個(gè)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(zhì)情況決定的。同樣在鉆孔過(guò)程中,由于對(duì)孔內(nèi)外水頭的處理不慎,都會(huì)造成流砂現(xiàn)象。

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

1.1.4 不進(jìn)尺

鉆進(jìn)過(guò)程中,應(yīng)排除由于坍孔或未給鉆頭施加壓力等情況而造成不進(jìn)尺的現(xiàn)象,按經(jīng)驗(yàn)分析,同時(shí)考慮地質(zhì)情況,主要有以下幾點(diǎn)原因:1)在鉆入粘土層時(shí),鉆頭粘滿土塊(糊鉆頭),使鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中不能接觸到土層而不能進(jìn)尺。2)在正常鉆進(jìn)時(shí),未能及時(shí)排渣或排渣不暢,使鉆頭周?chē)褲M渣土,同時(shí)使鉆頭不能與新鮮地層相接觸而不能進(jìn)尺。3)鉆頭合金刀片安裝角度不當(dāng),刀具切土過(guò)淺,刀具合金含量低,孔內(nèi)掉有鐵件,泥漿比重過(guò)大,鉆頭配錘過(guò)輕等都會(huì)造成鉆進(jìn)不進(jìn)尺。

1.1.5 鉆孔漏漿

在鉆孔過(guò)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(qiáng)或有地下水流動(dòng)的土層,稀泥漿會(huì)向孔外漏失。2)護(hù)筒埋置過(guò)淺,回填土不密實(shí)或護(hù)筒接縫不嚴(yán)密,在護(hù)筒刃腳或接縫處漏漿。3)孔內(nèi)水頭過(guò)高,靜水壓力過(guò)大,而使泥漿沿孔壁向外漏失。

1.1.6 掉鉆落物

在進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中,采用任何施工工藝,均可能會(huì)發(fā)生掉鉆落物事故,引發(fā)掉鉆落物的原因主要有:

1)卡鉆時(shí),強(qiáng)提強(qiáng)扭,操作不當(dāng)使鉆桿疲勞裂斷。2)鉆桿接頭不良或滑絲,馬達(dá)接線錯(cuò)誤,使用時(shí)不得反轉(zhuǎn)的鉆機(jī)反轉(zhuǎn)而使鉆桿脫落。3)鉆機(jī)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(xiàn)于正反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中,其引起的主要原因與不進(jìn)尺的引發(fā)原因相似。主要是:在軟塑粘土層回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí),進(jìn)尺快,鉆渣量大,出漿口堵塞而造成糊鉆。

1.1.8 擴(kuò)孔與縮徑

擴(kuò)孔在任何鉆孔方法施工中都會(huì)發(fā)生。主要原因是由于孔壁坍塌所引起的?？s徑引起的原因主要有兩種:

1)鉆孔時(shí),鉆錐補(bǔ)焊不及時(shí),嚴(yán)重磨耗的鉆錐鉆出的孔徑比設(shè)計(jì)的孔徑要小而形成縮孔。2)在鉆進(jìn)時(shí),由于遇到土層中有軟塑土(橡皮土)遇水膨脹后會(huì)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(fā)生在人力,機(jī)動(dòng)推鉆和正反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí),其主要引發(fā)的原因有:

1)選用的鉆機(jī)型號(hào)不對(duì),用地質(zhì)或水文地質(zhì)鉆探小孔徑鉆孔的鉆桿來(lái)作橋梁大孔徑鉆孔樁用,因其強(qiáng)度、剛度太小而折斷。2)在鉆進(jìn)過(guò)程中,由于選用轉(zhuǎn)速不當(dāng),使鉆桿扭轉(zhuǎn)或彎曲折斷。3)鉆桿使用過(guò)久,連接處有損傷或接頭磨損過(guò)甚。4)地層堅(jiān)硬,進(jìn)尺太快,超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)鉆進(jìn)而發(fā)生事故。

1.2 混凝土灌注過(guò)程中出現(xiàn)的事故

鉆孔樁混凝土基礎(chǔ)是一個(gè)連續(xù)的作業(yè)過(guò)程,鉆孔完成后,下一步工序?qū)⑹沁M(jìn)行混凝土灌注,在混凝土灌注過(guò)程中,鄭州鐵道隴海家園出現(xiàn)的施工事故主要有:卡管。

在灌注過(guò)程中,混凝土在導(dǎo)管中不能下落,稱(chēng)之為卡(堵)管。引發(fā)卡(堵)管的主要原因有:1)初灌時(shí),隔水栓卡管,或由于混凝土本身的原因,如坍落度過(guò)小,混凝土和易性差,混凝土夾有大卵石,拌和不均勻或在運(yùn)輸過(guò)程中因混凝土坍落度過(guò)大而產(chǎn)生離析,粗骨料集中而導(dǎo)致卡管。2)導(dǎo)管接縫處漏水,雨天運(yùn)送混凝土未加遮蓋,使混凝土中的水泥漿被沖走,粗骨料過(guò)于集中而導(dǎo)致卡(堵)管。3)在灌注過(guò)程中,由于機(jī)械發(fā)生故障或由于其他原因使混凝土在導(dǎo)管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或因?yàn)榘才挪划?dāng),混凝土灌注持續(xù)時(shí)間過(guò)久,初灌的已初凝,增大了導(dǎo)管內(nèi)混凝土下落的阻力,致使混凝土堵塞在導(dǎo)管內(nèi)造成卡管。4)在灌注過(guò)程中由于對(duì)混凝土質(zhì)量控制不當(dāng),坍落度時(shí)大時(shí)小,和易性時(shí)好時(shí)壞,混凝土對(duì)導(dǎo)管的阻力不同,以致于卡管。

2 施工中常見(jiàn)事故的處理方法

在樁基施工中,只有對(duì)發(fā)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(shù)措施,才能使工程質(zhì)量不留隱患,工程進(jìn)度不受太大的影響,同時(shí)也可避免在經(jīng)濟(jì)上造成更大的損失,如處理不當(dāng),將更會(huì)對(duì)工程形象方面造成難以挽回的損失,所以,我們必須認(rèn)真對(duì)待,認(rèn)真處理。

2.1 坍孔

1)鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生孔口坍塌時(shí),可立即拆除護(hù)筒回填鉆孔,重新埋設(shè)護(hù)筒再鉆。若護(hù)筒底發(fā)生坍孔時(shí),可用袋子裝粘土(粘土裝為袋子的 1/3)沿護(hù)筒外回填,直到?jīng)]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(hù)筒頂平,靜置4 h～5 h后再鉆。2)發(fā)生孔內(nèi)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(fā)生的坍孔情況較重則應(yīng)全部回填,直到回填物沉積密實(shí)后再進(jìn)行鉆進(jìn)。

2.2 鉆孔偏斜

1)采用循環(huán)鉆進(jìn),若坍塌不嚴(yán)重時(shí)可將鉆頭吊住在偏斜處上下反復(fù)掃孔使鉆孔正直。比較嚴(yán)重時(shí),采取回填砂粘土到偏斜處,待沉積密實(shí)后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

2)在鉆孔偏斜特別嚴(yán)重時(shí),可在開(kāi)始偏斜處設(shè)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(jìn)過(guò)程中,若遇到流砂,可根據(jù)具體情況適當(dāng)減小孔內(nèi)外的水位壓力,增大孔內(nèi)泥漿的密度和粘土,使孔壁形成厚實(shí)的泥皮。

2.4 不進(jìn)尺(糊鉆)

遇到此種施工現(xiàn)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(nèi)沉渣未及時(shí)排出,應(yīng)加大循環(huán)力度,提升鉆頭,將大部分沉渣排出后即可,或因?yàn)殂@頭合金刀片安裝角度不對(duì)時(shí),則應(yīng)提出鉆頭,對(duì)鉆頭上的合金刀片進(jìn)行調(diào)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(guò)透水性強(qiáng)或有流動(dòng)地下水的土層時(shí)發(fā)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(hù)筒埋置所引起的則可視情況處理,重新夯實(shí)護(hù)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(nèi)套一符合直徑要求的護(hù)筒進(jìn)行處理;若是因?yàn)榭變?nèi)外水頭差太大引起,則可采取措施減小內(nèi)外水頭位差,以處理鉆孔漏漿。

2.6 掉鉆落物

掉鉆落物后,應(yīng)及時(shí)查明情況,若鉆錐被沉淀物或坍孔土石埋住,應(yīng)首先清孔,使打撈工具能接觸到鉆錐,才能實(shí)施打撈工作。若是落入一般物件,可選用適當(dāng)?shù)拇驌乒ぞ哌M(jìn)行打撈,如用打撈環(huán)、打撈鉤。

2.7 擴(kuò)孔與縮徑

擴(kuò)孔:若是擴(kuò)孔后,孔壁不繼續(xù)坍塌,不影響鉆進(jìn),則可不進(jìn)行處理。若擴(kuò)孔后繼續(xù)坍塌,影響正常鉆進(jìn),則應(yīng)按照坍孔事故進(jìn)行處理?？s徑:若出現(xiàn)縮徑情況,則可采用吊住鉆頭保持不進(jìn)尺上下反復(fù)掃孔的方法,以擴(kuò)大孔徑,直到達(dá)設(shè)計(jì)要求為止。

2.8 鉆桿折斷

若發(fā)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(xù)鉆進(jìn)。

2.9 卡(堵)管

在灌注混凝土過(guò)程中,出現(xiàn)卡(堵)管事故,如有小型附著式振動(dòng)器,則裝上振動(dòng)器振松導(dǎo)管內(nèi)混凝土,使混凝土下落。若無(wú)現(xiàn)成的設(shè)備則可采取鉆機(jī)配合,用主動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行高頻率的串動(dòng),靠混凝土的自重和導(dǎo)管上下串動(dòng)的沖擊力,迫使導(dǎo)管內(nèi)混凝土下落。如果是因?yàn)槭着炷烈殉跄?可試用加大灌注混凝土的每斗方量,增大對(duì)導(dǎo)管內(nèi)混凝土的壓力,沖破已初凝混凝土面,使其恢復(fù)正常灌注。出現(xiàn)卡(堵)管,若卡管位置較深時(shí),不宜采用長(zhǎng)搗桿沖搗。因?yàn)殚L(zhǎng)搗桿沖搗,其原理同用插入式振動(dòng)器進(jìn)行振動(dòng),沖搗后粗骨料肯定會(huì)有一部分沉入導(dǎo)管下部而水泥漿在上面仍起不到?jīng)_散導(dǎo)管內(nèi)混凝土的作用?？ü芪恢迷谂軐?dǎo)管上口的距離不是很大時(shí),則可選用此種方法進(jìn)行處理。

總之,混凝土灌注樁樁基礎(chǔ)在施工中,由于有著各種不確定、不可預(yù)測(cè)的因素,造成各種施工事故。在對(duì)這些事故處理時(shí),我們不能千篇一律,生搬硬套。要因時(shí)制宜、因地制宜,針對(duì)實(shí)際發(fā)生的情況,查明確切引發(fā)的原因,再結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)所具備的施工條件,選用和采取合理和符合實(shí)際的處理方法,以確保對(duì)各施工事故做出正確的處理。

[1] 吳 坤,紀(jì)寧玲.關(guān)于樁基設(shè)計(jì)的一些看法[J].山西建筑, 2010,36(2):126-127.