1、沖鉆孔灌注樁施工事故防護措施 在沖(鉆)孔灌注樁施工過程中,由于主觀、客觀等多方面的原因,往往會發生如坍孔、斷樁等常見事故,有時甚至是不可避免的。作為工程技術人員,如何盡可能地預防、削減事故的發生以及一旦發生事故后,怎樣快速、精確地分析、推斷事故形成的原因,然后在專心分析地質報告和現場施工條件后,采取相應的既安全經濟、又快速的處理方法是非常重要的。筆者總結了大量工地處理沖(鉆)孔灌注樁施工常見事故的實際經驗,并參考有關文獻及規范,歸納出如下幾點,供同行們參考。 1坍孔 1.1孔口四周產生坍孔 主要表現是:護筒(鉆桿)傾斜、護筒下沉明顯;鉆頭吊繩偏離孔位中心;孔內水位突然下降并冒密集的小氣泡等。

2、坍孔的主要原因是:護筒埋置深度不夠或護筒四周回填的粘土分層夯實不夠;孔口四周地面受水浸濕泡軟(如泥漿沉淀池距孔口過近);孔內水頭壓力不足;向孔內補水時水流對孔壁有沖刷;開始沖孔進尺過快;吊繩放松過長致使鉆頭撞擊護筒或孔壁;泥漿稠度不夠等。 處理措施:如護筒下沉過多或傾斜,應準時扶正護筒,或者將護筒四周回填土清除,擺正護筒,用粘土分層回填夯實。嚴重時應挖出護筒,重新按要求埋置后再沖孔;在護筒底腳以下24m范圍內屬河床表層,通常比較松散,所以開始沖孔時應采用粘土加礫石的稠泥漿小沖程,防止鉆頭撞擊護筒;補 水管應置于護筒中部,防止沖刷孔壁;保持孔內有足夠的水頭壓力(孔內水位比孔外地下水位高出2m以上

3、);在砂夾卵石及砂層中開孔時,按1:1投入粘土和小片石,遇有軟土層時,按2:1或3:1投入粘土和小片石,采用小沖程、高頻率反復沖砸到護筒腳下11.5m處停下,回填到護筒底腳以上1.0m,再連續沖擊,使孔壁堅實,不坍不漏。一旦判明發生了坍孔,如狀況不嚴重時,可按1:1投入粘土和小礫石,回填至坍孔位置以上(或護筒底腳以上)1.0m,并加大泥漿比重連續沖擊;如狀況嚴重時,應將鉆孔全部用砂夾粘土或小礫石夾粘土(1:1)回填,經35天密實后,再重新沖(鉆)孔。 1.2孔內深部發生坍孔 主要表現是:孔內水位突然下降并冒密集的氣泡;沖擊機或卷揚機負荷明顯增加甚至鉆頭運轉不起來;長時間沖擊進尺很小等(用測繩測

4、得的孔深與理論計算值差距較大)。 深部坍孔的主要原因是:孔內水位高度不夠,沒有足夠的水頭壓力(往往由掏渣后未準時補水或泥漿所致);泥漿稠度不夠;沖孔通過取土層有潛流或流速較大。產生對流,加之補水不準時;鉆頭或掏渣筒吊繩放松過長致使其撞擊孔壁;此外,在松軟砂層中進尺太快(采用大沖程)等。 防止措施:沖孔過程中應始終留意保持孔內泥漿有一定的稠度;松散粉砂或流砂中沖進時應多加粘土與礫石,或者風化片石等,將松軟土層擠緊,同時加大泥漿稠度;保證孔內有足夠的水頭壓力(水頭高于孔外2m左右);掌握進尺;放松卷揚機或沖擊機不宜過多。一旦判明發生了坍孔,當孔內坍塌不嚴重時,可回填至坍塌位置以上12m,并加大泥漿

5、比重連續沖進。較嚴重的坍孔,應將鉆孔全部用砂夾粘土或小礫石、小片石夾粘土回填,經一星期左右沉淀密實后,校正護筒位置無誤后再重新沖孔。 2埋鉆、卡鉆、掉鉆 主要表現是:鉆頭提不上來或掉入孔中。 產生原因是: 埋鉆:通常是由于較大的坍孔或鉆頭沖入脆弱土層中太深所致;沖擊進入粘土層時,因土層本身可以造漿,應采取小沖程、快速、勤掏泥的方法漸漸降低泥漿稠度,否則會因泥漿過稠而造成埋鉆。 卡鉆:一般是由于沖擊進入風化巖層或巖層中,采用較大的沖程沖擊,當鉆頭吊繩放的太松,致使鉆頭下落后傾斜,頂住孔壁或沖擊進入夾層的巖層中,造成卡鉆;孔內有探頭石未鑿除或有大塊孤石坍落、孔口有雜物下墜等。 掉鉆:發生埋鉆或卡鉆

6、時強行上提鉆頭,或者是由于缺乏檢查,吊環、吊繩斷裂;(吊繩自然磨損檢查時未發覺,特殊是扒桿頂端及連接處磨損或擰斷);沖擊錐的轉動套斷裂;吊繩放松過少而形成“打空錘”時使吊繩因受荷過大而斷裂;鉆桿與鉆頭松脫等。 防治措施: 無論發生埋鉆或卡鉆,都不得強行上提鉆頭,以免造成吊繩斷裂或坍孔。如埋鉆不太深,可用套繩、打撈鉤具勾住鉆頭,并與吊繩共同受力將其提上來;如埋的較深,打撈鉤具往往難以勾住,即使勾住時也可能提不上來。則應采用空氣吸泥機或空氣壓縮機吹開埋鉆的泥砂,再提出鉆頭。 判明是卡鉆時,可先用打撈鉤具勾住鉆頭,同時給吊繩施加橫向力晃動鉆頭,待鉆頭松動后再將其提出;如仍不能提出,則改用小鉆頭沖擊障

7、礙物,將其打碎或壓進孔壁。也可直接沖擊原鉆頭,使其松動后吊起。 一旦發生掉鉆,應準時打撈。間隔時間愈長,鉆頭會埋得愈深,與四周泥砂銹蝕也愈死。當使用打撈工具無濟于事時,比較有效的方法是采用空氣吸泥機或空氣壓縮機吹開埋鉆泥砂,然后再行打撈。 3縮孔、彎孔、斜孔 主要表現是:吊繩偏離護筒中心;鉆頭上提困難(機器載荷明顯增加);清孔后放入鋼筋籠時下不去或傾斜等。 產生原因是:護筒以下有較厚的淤泥質亞粘土、亞沙土夾層,而孔口地面又堆有較大的荷載(如震驚較大的施工機具、建筑材料等)往往會造成縮孔;開始沖擊時地層較松軟,假如采用沖程較大、吊繩放得較松,往往會造成斜孔;鉆錐在沖擊時轉動套不夠敏捷、或因泥漿太

8、稠而影響鉆錐鉆轉動,會形成縮孔和梅花孔;孔內有探頭石或障礙物,使鉆頭受力不均,也會造成彎、斜孔;鉆入呈傾斜狀態的硬土層、風化巖層;鉆孔通過溶洞、孤石等;鉆架下的地基產生不勻稱沉降,使鉆架傾斜,也會導致產生彎、斜孔。 防治措施: 在沖孔過程中,如出現上述產生縮、彎、斜孔的跡象,可用自制檢孔器吊入孔內檢測。檢孔器應根據樁內設計鋼筋籠的直徑焊制。為使檢孔器較輕巧,可先只焊4根主筋,且每隔2米焊一根加勁箍筋環,長度采用5m左右(約為46倍鋼筋籠的直徑),當檢孔器不能下沉到已鉆的深度或檢孔器倒向一側孔壁時,則可判明發生了縮孔、彎孔或斜孔。如探明已發生了縮、彎、斜孔,應采用小片石、碎石回填至發生 偏斜處以

9、上1m左右,重新修孔、沖孔。(采用小沖程、高頻率修孔)不嚴重時,可以調整鉆機或扒桿位置連續沖孔。嚴重時,應全部用小片石、碎石回填該孔位,重鉆修孔,必要時應反復修幾次。待孔全部沖完后,檢孔器再按設計鋼筋籠的主筋及箍筋數量補齊,作為樁中鋼筋籠使用之。 4樁中出現夾泥層、斷樁 我們都知道,在樁孔中灌注水下混凝土,通常都是采用儲料漏斗和導管完成的。形成樁中夾泥層乃至斷樁的狀況一般有如下一些時機: 4.1由于計算失誤而使第一斗混凝土灌下(工地上稱為“撒鷹”)后,未能封住導管下口,或混凝土面高于導管下口面不多(小于1m),在水壓力作用下使導管內返水,不得不二次“撒鷹”時,使兩次灌注的混凝土之間出現夾泥層;

10、 4.2在灌注水下混凝土的過程中,導管焊縫或其接頭漏水;導管提升過多(孔內產生了小規模的坍孔而未發覺、計算失誤等)使其下口拔離孔中的混凝土表面,都會造成導管返水而形成夾泥層; 4.3當一個樁孔由于停電、機器故障等原因未能保證混凝土的連續澆注時,兩次澆注間隔時間較長,孔中混凝土表面已初凝,從而使樁身在該處產生夾泥層甚至斷樁。對于上述事故,假如施工人員能夠嚴格根據操作規程施工,不馬虎大意,實際上是完全可以避免的。如一旦發生了這類事故,處理措施有: 4.4若是上述第一種原因,應立刻拔出導管,將孔底的混凝土拌合物用吸泥機或抓斗清除,然后重新下管灌注;若是第二種原因,應視詳細狀況拔換原管,或用原管插入混

11、凝土中連續灌注。但灌注前應將導管內的水和沉淀泥吸出。如這二種原因處理不準時,使孔內混凝土已凝固,這就形成了斷樁。 對于斷樁事故的處理,首先應專心分析、研究,查明事故形成的原因及斷樁部位的標高,然后在充分分析地質報告和現場施工條件后,選擇一種施工上安全牢靠、費用上經濟合理、技術上簡潔可行的處理方法進行處理。目前,斷樁事故處理的幾種常用的方法有:重新成孔法、沉入鋼護筒法、下沉井法、人工挖孔法等。 4.4.1重新成孔法:利用沖擊鉆,待已澆注混凝土有一定強度后,先回填片石及膨潤土,再將已澆注的混凝土全部沖掉;在沖進過程中,用掏渣筒掏渣,并用磁鐵將沖斷的鋼筋打撈出來。沖進深度比斷樁部位超過2030cm,

12、然后按規范要求進行清孔,重新安放鋼筋籠后,澆注水下混凝土。(為了提高沖擊效率,可以在已灌注的混凝土中鉆眼,采用定向爆破法將混凝土炸碎,然后再進行沖擊,可大大提高沖擊效率。不過,此法施工難度亦較大) 重新成孔法的特點是: 優點:不需要復雜的施工機械,(只用常規施工機械如沖擊鉆、掏渣筒等)施工工藝簡潔,安全,施工質量易于保證。 缺點:由于樁孔中已放入了鋼筋籠,加之水下混凝土結硬后強度很高,往往使沖擊效果很差。同時,由于鋼筋籠的影響,甚至還會引起卡鉆、掉鉆、坍孔等并發事故。特殊是當斷樁部位較高時,沖掉一個斷樁往往費工、費時,不但增加工程費用,甚至還會延長工期,造成工程損失。 適用范圍:斷樁部位發生在

13、深部,澆注數量較小;或樁底部分無鋼筋籠時;樁位處地質條件較好。(如硬粘性土、砂礫、角礫、強風化巖層等) 4.4.2沉入鋼護筒法:依據斷樁部位發生深度,采用厚10mm鋼板卷制一個直徑與樁成孔直徑相同,長度比斷樁部位(即已澆混凝土表面)標凹凸0.5m1m(地下水非常發育處應采用下限值,可防止反水)的鋼護筒,用振動錘將鋼護筒沉至已澆混凝土表面以下0.5m1m處,清除孔內土體和泥漿后,排干孔內積水(如反水則進行封底處理),鑿除頂面浮漿及松散混凝土,并將鋼筋清洗潔凈,刷除表面銹飾后,連續澆注混凝土接樁。 沉入鋼護筒法的特點是: 優點:此法為處理斷樁事故最常規的方法之一,施工工藝成熟,安全牢靠,施工質量完

14、全可以保證;且不受地質和水文條件的限制;鋼筋籠不會受到破壞,可連續利用。 缺點:所需施工機具復雜,如大型卷扳機、大噸位吊機、振動沉樁錘等。這對于一般結構簡潔的橋梁施工工地來說,很難具備這些機具,從遠處調運或租用,經濟上和工期上均不一定是最佳選擇。因此采用此法是有一定難度的。 適用范圍:斷樁部位(即鋼護筒長度)一般不超過20m,不受地質和水文條件的限制。 4.4.3下沉井法:將斷樁孔位再回填至地面,并進行必要的處理后(如平整孔口地面、夯實、鋪20cm30cm沙礫墊層)先預制好第一節沉井(沉井中心即樁位中心),一般一節長度為2m3m,沉井內徑比樁成孔直徑大10cm,且上口內徑比下口內徑小10cm(

15、便于接筑下一節沉井時支撐模板),井壁厚度8cm15cm,待第一節沉井強度達到70%以上時,即可挖土下沉。下沉到距地面0.5m時,停止挖土,再接筑下一節沉井,直至斷樁部位。待沉井下沉穩定后,如涌水則進行封底處理。然后清除斷樁部位的泥土,鑿除浮漿層及松散混凝土,再按接樁工藝進行預埋錨固鋼筋。灌注混凝土時,因距地面較深,為確保灌注混凝土質量和安全,應采用水下混凝土灌注方法:即先在孔內灌注1.5m左右混凝土(無水灌注),并使導管埋入混凝土0.51.0m,振搗密實后再灌清水,然后按水下混凝土進行澆注。 下沉井法的特點是: 優點:不需要復雜的施工機械,施工工藝簡潔易行,安全,施工質量易于保證,鋼筋籠不會受

16、到破壞,可連續利用。并經工程實例比較,該法比重新成孔法經濟,比人工挖孔法安全。 缺點:沉井節間連接、沉井與已澆注混凝土之間接縫處理技術要求高;要求施工人員有一定的沉井施工經驗;工期較長。 適用范圍:要求斷樁部位位于較好的地質層,如強風化巖層,碎、礫、卵石層等,以利于沉井與該層面的連接;地下無涌水或涌水量較小。 4.4.4人工挖孔法:先將斷樁孔位回填至地面(為有利于快速沉淀及挖孔,應回填中、粗砂礫土、碎、卵石土等),經24小時沉淀密實后,再進行人工挖孔。挖回填土一米,割除鋼筋籠一米,做一米護壁(地質條件較好時,用噴射混凝土護壁法,該法施工速度快,工藝簡潔;地質條件不好時,用鋼模板澆注混凝土梯套法,該法施工工藝也簡潔易行,但施工速度較慢,必需使所澆注混凝土梯套強度達到70%以上時,才能挖孔并澆注下節梯套混凝土)。依次直至斷樁部位處,鑿除浮漿層及松散混凝土,并將已澆注混凝土中的鋼筋籠鑿出2m,然后下鋼筋籠與原有鋼筋籠焊接(留意同一斷面上接頭數量不超過鋼筋根數的20%);然后用導管澆注清水混凝土?；蛘哞彸{層及松散混凝土后,在孔位中部再鉆一個較小直徑的孔,插入一個與小孔直徑相適應的