防止钻孔灌注桩水下浇灌混凝土时堵管及钻头脱落.pdf

7 0 江苏建筑 2 0 1 1 年增刊 ( 总第 1 4 4期 ) 防止钻孔灌注桩水下浇灌混凝土时堵管及钻头脱落 沈立靖 沈雪涛 ( 南京苏宁建设监理有限公司， 江苏南京2 1 0 0 4 2 ； 南京雨润集团， 江苏南京2 1 0 0 3 9 ) 【 摘 要】 文章分析泥浆护壁成孑 乙 灌注桩钻头脱落及在水下浇灌混凝土时堵管的原因， 并提出处理方法。 【 关键 词 堵管； 钻头脱落； 打捞 【 中图分类号 T U 4 7 3 1 4 【 文献标识码】 B 【 文章编 - 1 1 o o 5 6 2 7 0 2 0 1 1 ) S O 一 0 0 7 0 - -0 2 Un d e r wa t e r Co n c r e t e Bo r e d H i e s Tr e a t me n t W h e n W a t e r i n g t o P r e v e n t t h e P l u g g i n g a n d t o P r e v e n t t h e Dr i l l Bi t 0 f 1 f S HE N L i - j i n g S HE N X u e - t a o 。 ( 1 N a n j i n g S u n i n g P r o j e c t Ma n a g e me n t C o ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 4 2 C h i n a ； 2 N a n j i n g Y u r u n G r o u p 。 N anj i n g J i n a g s u 2 1 0 0 3 9 C h i n a ) A b s t r a c t ： T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e r e a s o n s a n d s u g g e s t s t r e a t m e n t a b o u t s l u r r y w a l l b i t o ff t h e p i l e i n t o t h e h o l e a n d p o u r c o n c r e t e u n d e r w a t e r p l u g g i n g Ke y wo r d s ：p l u g g i n g ；b i t o ff；s a l v a g e l 卵石堵管 在某高层建 筑施工 中使用 的泥浆护壁 钻孔灌 注桩 中 。 设计要求 终孔深度进入 中风化层 ，再往 下钻进 2 m及 2 m 以下 ， 孔深 达 5 0 m。另外 设计 图纸 注明 ： 孑 L 底 沉渣要 小于 3 a m。为使沉渣值小 于 3 c m。 清 除沉渣必 须采用反循 环清 孑 L 工 艺。 由于反循环清孔 的机械设备 如射 流泵功率大 ，因此清 理孔底沉 渣的效果非常好 ， 泥浆流速可达 3 m s 。由于泥浆 流 速快 ，抽 吸力 巨大 ，有时 能把 孔底不 规则 的直 径 约在 2 0 a m左右 的卵石 同时抽 吸上来 ，从而堵住 导管与反 循环 清孔 机 械 的连 接 处 ，有 时就 卡 在 离 导 管 口往 下 2 0 c m 1 0 0 c m范围 。特别是夜 晚操作时照 明不到位 ， 检查时 极易 忽视 ， 很难发现 。这样首浇灌水下混凝 土必然堵管 ， 使 混凝 土 下 不 去 。 预 防措施 ： 钻孔灌注桩浇灌混凝土 之前 ， 用测绳 或细铁 丝 系紧大 线锤 ，沿导管内下沉到孑 L 底探 明是否有异 物堵在 导管 内， 如有则及时清除 。 使首灌混凝土顺利进行 。 2 混凝 土离析堵管 某 工程第 2根钻 孑 L 灌 注桩试 桩 ， 桩径 ： 1 2 m， 孑 L 深 ： 离 地面 5 6 5 m。 该桩浇灌混凝土 6 h后突降暴雨 ， 此 时桩 孔内 混凝 土面离地 面 1 0 m深 ， 混凝 土在导管 内下不去 ， 形成 了 堵管 。 经分析 ： 突降暴雨 ， 现场砂石料含水率大幅度提高 ， 施 工配合 比没及 时调整 ， 使现场搅拌 的混 凝土坍落度变 大 ， 沿 导管 下落时 ， 混凝 土离析严 重 ， 石子先落下 ， 并 集 中在导 管 下 口周 围， 形成 了很大的灌人 阻力 。 混凝土离析是堵管 的主 要原 因。结 合施 工经验 ， 灌人 阻力按 式( 1 ) 估算 ： R = t r 4 ( D 2 - d 2 ) ( L l y w + L 2 n ) ( 1 ) 式 中 D： 桩直径 1 2 0 0 m m d ： 导管直径 2 5 0ra i n w ： 泥浆重度 y n ： 混凝土重度 l ： 桩孔 内泥浆高度 4 m L 2 ： 桩孔内混凝土高度 6 m 灌入阻力 R= I r 4 ( D d 2 ) ( L 1 y w + L 2 - n ) =x r 4 ( 1 2 - 0 2 5 ) ( 4 x 1 1 + 6 x 2 2 ) = 1 4 7 6 k N 采取措施 ： 随着灌 注桩水下 浇灌混凝土连续进行 导管 内混 凝土 面正在 逐步上升 。 灌人阻力 相应 变大 。为使水 下浇灌 混 凝土顺利通 畅 ， 要做到 ： ( 1 ) 加大料 斗体积 ， 使混 凝土容量 增加 ， 从 而使 混凝 土 沿导管落下 时 ， 产生 的冲击力要大 于灌人 阻力 R。 按动量原 理计算 自由落体 的平 均冲力公式是 ： F = m g ( 1 t X 2 g+ 1 ) ( 2 ) F是冲力 ， m是落体 质量 ， g是重 力加速 度 ， t 是作用 时 间 ， h是混凝土下落 高度 。为加大 冲力 故增加混凝 土重量 ， 将浇灌混凝土 的小料 斗改 为大料斗 ， 每大料斗 为 2 m ， ， 混凝 土容量是 2 2 k N m 3 ， 混凝 土下 落高 度 1 0 m， t = 1 S 。 收稿日 1 1 2 0 1 1 - 0 9 - 1 3 【 作者简介】 沈 立 靖 ， 男 ， 南 京 苏 宁 建 设 监 理 有 限 公 司 ， 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 1 年增刊( 总第 1 4 4期 ) 71 2 m 混凝土 冲力 F = m g ( 1 t X 2 g + 1 ) = 2 x 2 2 x 9 8 x ( 1 1 、 v 2 1 0 9 8+ 1 ) = 1 0 4 7 2 k N 灌人 阻力 R = 1 4 7 6 k N ( 2 ) 调整现场施工配合 比 因暴雨 使现场的砂 、 石料含水率 大幅度提高 ， 坍落 度增 大 ， 混凝 土在 导管 内下 落时 ， 混凝土离析严重是堵 管的主要 原 因。在混凝土搅拌时 ， 调 整施 工配合比 。 使调整后 的施工 配合 比较接近试验室配合 比， 减少混凝土离析 。 由于及时采取 了 2项措施 消除了堵 管 ， 使水 下浇灌混 凝 土顺利进行 。 3 泥浆 b 重变大 。 浇灌混凝土堵管 某工程钻孔灌注桩， 桩径 1 2 m， 终孔深4 5 6 m。 达到设 计深度 。 水下 浇灌混凝土 ， 从首灌开 始 ， 至离地约 8 m深 ， 基 本 正常。浇灌混凝土至离地面 7 m 时 突然不畅 。 观察泥浆 变稠 ， 发 生明显 变化 ， 实测 泥浆 比重 1 2 2 1 1 ( 标 准值 ) ， 使 得水下灌注混凝土阻力增 大 ， 坍落度减小 ， 减 小了混凝土流 动半径 。 使混 凝土中骨料积聚在导管下 口周 围。 在地面上混 凝土坍 落 度为 2 1 c m， 扩 散直径 为 3 0 5 c m。 而在 泥浆 比重 为 1 2时水 下浇 灌混凝 土 ， 水 中坍落 度为 1 6 5 c m。 扩 散直 径只有 2 7 c m。 解 决堵 管办法 ： ( 1 ) 降低泥浆 比重 。 在保证 泥浆灌注桩水下灌混凝土连 续进行前提 下 ， 用 1 0 0的塑料进水管下伸到 桩孔 内， 大量 注入清水 ， 并 不断移动进水管在桩孑 L 内的位置 。 使桩孑 L 内泥 浆 比重下降均匀 ， 并跟踪实测泥浆 比重 达到 1 1 为止 。 ( 2 ) 导管勤提 勤拆 。在 灌注桩水 下浇灌混凝土正常 时 ， 一 次提 升导管 和拆 卸导管 是 3 m x 2 ( 节 ) = 6 m， 但必须 确保 导管埋入混 凝土面深度 以下 2 1 1 6 m 为宜 为减少水 中浇 灌 的灌入阻力 ， 最 大限度降低导管埋入混凝土面的深度 ， 改 提升 、 拆卸 2节导 管的操作 程序为提升 、 拆卸 1 节 导管 的操 作程序 ， 明显 降低 了水 下浇灌的阻力 。 以下是 2种操作程序 的混凝 土灌入阻力计算 的比较 ： 提升 、 拆 卸两节 导管 的混 凝土 灌入 阻力 R2 = 4 ( 1 2 ： 一 0 2 5 ) ( 3 x1 1 + 4 x 2 2) = 9 8 8 k N 提升 、 拆 卸一节 导管 的混凝土 灌入 阻力 R1 = n 4 ( 1 2 z 一 0 2 5 ) ( 5 x 1 1 + 2 2 2 ) = 5 3 5 k N R2 Rl 桩 经过实施上述两项措施后 。水下浇灌混凝 土由突然 不 畅转 为正常 ， 消 除了堵 管现象 ， 保证 了工程桩质 量。 4打 捞 钻 头 钻 孔灌 注桩进人 中风化岩层 以下 的施工过程 中 有时 会 遇到钻杆始终在匀速转动 ， 但 久久不见钻孔深度进展 ， 由 于中风化层 基石坚硬 ， 钻头虽然 是高强合 金材料所做 但进 人 中风化岩层后 ， 钻头 还是极 易磨损 。 如要达 到孔深设 计要 求 ， 钻头起码要换 4次 以上 。 由于基 岩坚硬 。 使钻进缓慢 ， 使 得操作 工容易懈 怠 ， 麻痹大 意 ； 同时 ， 当钻 头脱 落时 ， 由于人 员 懈 怠 ， 难 以 及 时 发 现 。 ( 1 ) 分析判断掉在孔底钻头几种状况 ： 钻头整体存 在。 在钻孑 L 过程中 ， 钻头与钻杆连接 的螺 帽松动 、 脱落 ， 使钻 头整体脱落。 钻头的部件焊缝少量断裂， 分为数块。 钻 头的部件焊缝全部断裂 ， 散成碎片 。 ( 2 ) 钻头 打捞钩 的制作 ： 用 2 O钢 筋弯 成 吊钩头 2 3 只 ， 然后将 2 3只吊钩头双面焊成整体 ， 打捞钻头 。不宜用 单钩头的打捞钩 。 打捞钩 的制作如 图 1 所示 ： 一筮生 图 1 钻 头整体脱 落双钩齐吊打捞立面示意图 ( 3 ) 钻头 整体掉 在孔 底 ， 双 钩头 齐 吊打捞法 见 图 1 所 示 。 用钢丝绳系牢 2只打捞钩 ， 缓缓落人孔底探 明掉 在孑 L 底 的钻头 ， 如果 是整体存在 ， 待 2只打捞钩钩住 钻头时 ， 同时 启动钢丝绳 ， 以相 同的速度缓缓 上升 。 直到地面 。 ( 4 ) 裂为数块 的打捞方法 。在孔底 的钻头整体 断裂后 ， 分为数块 ： 体积相对来说 比整体钻头小 多了。 打捞钩在孔底 寻找时 ， 由于体积较小 ， 比较困难 但 体小量轻 ， 一 只打捞钩 就能 吊起来 ， 两 只打捞钩在孑 L 底 同时寻找 能加快打捞 的速 度 。 ( 5 ) 散成碎片 的打捞方法 。由于掉在孔底 的钻 头 ， 部件 焊缝连接 全部断裂 ， 散成碎 片 ， 体积更小 ， 打捞 钩孔底打捞 时 ， 寻找非常困难 。打捞钩只能捞起钻 头上大的部件 ， 无 法 全部打捞起所有散落在孔底 的碎片 。 这些无法打捞 的碎片 只能留在孔底。 因为是碎片 ， 体积较小 ， 重量轻 ， 在钻头旋转 时 ， 受钻头旋转时侧 向挤压力 的作用 这些碎片被挤压紧贴 在孔壁 ， 不影 响灌 注桩孔深 的继续钻进 也不影响孔深钻进 达到设计要求。 5 主动 防御钻孔过程 中的钻头脱落方法 ( 1 ) 钻杆之 间和钻杆与钻头之 间的连接 ， 如果是丝扣 连 接 ， 连接必须 牢固。如果是 法兰盘螺 栓连接 ， 为防止螺 帽松 动和脱 落 ， 宜用双螺 帽加 固。 ( 2 ) 操作人员要认真仔细 ， 特别 是孑 L 深进 入中风化岩层 以下 ， 由于基岩坚 硬 ， 钻进极缓 ， 1 h仅钻 进 2 c m 3 e m， 要 勤查 、 勤看、 勤做书面钻深记录。 在钻杆上注明标记 ， 使钻孔 过程中 ， 随时就能分析判断孔底钻进是否正常 。如有异 常 钻孑 L 深度不见进展 ， 立 即停机检查 ， 以减少损失 ， 节省时 间。 ( 3 ) 常提钻杆 。在昼夜多 日钻孔过程 中， 钻杆之间和钻 杆与钻头之间的连接 ，无 论是 丝扣 连接还是 法兰盘螺栓连 接 ， 是极易发生松 动的 ， 要经 常及 时的拧 紧。 以防止钻头或 钻杆掉在 孑 L 底 ， 检查和拧紧丝 扣或螺 帽 。 必须 要常提钻杆 。 提钻杆 ，检查拧紧每节钻杆之间的螺栓连接或丝扣连接是 否 牢 固 。 ( 下转第 7 9页 ) 蠢 一 一 蛙1 嘲 誊J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 1 年增刊 ( 总第 1 4 4期 ) 7 9 1 3 2 0 k N甚至低 于桩侧 摩阻力 笔者分析就是上述原因所 致 ， 因为桩 土在 一定范围 内未产生相对运动 。 ( 4 ) 对开 口桩尖 ， 一部分土体进入 预应 力混凝土管桩 内 部形成 “ 土塞” ， 这相对实心预制桩而言 。 挤土效应较小些。 ( 5 ) 在软土地基 中打桩时 ， 避免相 同方 向上土体位移 的 叠加 要在 已打桩相对方 向上打桩 ， 同时采取跳打办法 。 ( 6 ) 浮桩处理措施 除复压 ( 打 ) 以外 ， 根 据土层及桩身情 况 。 可 以采 取桩底 ( 侧 ) 注浆 、 补桩 ( 不 一定是 同型桩 ) ， 也可 以采取 复合地 基处理办法。 ( 7 ) 对桩复压值建议 复压值选择 与单 桩竖向承载力特 征值存 在一定 的关系 ， 这与地质 构造 、 桩身材料 、 桩 长及持 力层有关 有关文献根据桩端持力层不 同土类 提 出复压值 在 2 O 3 5范围 ， 也 有人 提出复压值控制在 1 5 2 O范围。 笔 者认为 单桩极限承载力与单桩承载力特征值应满足规范 规定 的 2 倍 关系 复压值应 控制在 2 0 2 4范 围内 ， 长桩取 低值 ， 短桩取高值 ， 标贯击数低取低值 ， 标贯击数高取高值 。 复压值太大易 出现爆桩现象 也无必要。 参 考 文 献 【 1 】 朱奎 桩基质 量事故 分析与 对策 M 北 京 ： 中 国建 筑工 业 出版 社 2 0 0 9 2 】 刘万兴 ， 张璞 桩挤土效应 的极值 原理 分析方法 J 水 电 自动化 与 大 坝监 测 ， 2 0 0 0 ( 4 ) 【 3 陈锦麟 挤 土类桩 的挤土 效应及其 防治方 法【 J 西部探 矿 工程 ， 2 0 0 7 ( 8 ) 4 杨威 ， 邢保 国 静压桩挤 土效 应及 防治措施研 究【 J 工程 地球物理 学报 ， 2 0 o 7 ( 6 ) j 坐 ， 9 I 、 9 坐 I j 坐 j j 业业坐毒k 夸l e， 9 I I 鲁jk - - 9 I k - I - I j j I - k ( 上接 第 7 1 页 ) 6 主动防御钻头脱 落的经济 分析 ( 按一次提钻杆 和下钻杆 计算 ) ( 1 ) 主动预 防钻头脱 落的时间分析 ： 钻孔进入 中风化岩 层后 ， 由于基 岩坚硬 ， 钻进极缓慢 ， 钻头磨损又特别严重 。 此 时 。 孔深距地 面 5 0 m多深 ， 按 ： 主 钻 杆 4 I n 每节钻杆 3 r ll 钻头 1 5 i n 计算钻杆之间和钻杆与钻头之 间接头是 ： 【 ( 5 O - 4 1 5 ) 3 + 1 = 1 6个 按钻杆每接头拧 紧检查 的时 间平均 为 6 ra i n 提钻杆 时间+ 下钻杆时 间= 1 6个 6 m i r d 个x 2 = 1 9 2 rai n = 3 2 h ( O 4台班) ( 2 ) 主动预防钻头脱落方法 的经济分析 ： 人工费 ： 按 3 5元 工 日， 每 台班跟班作业为 6人 人工费= 3 5元 工 日x 6 x ( 3 2 1 8 ) 台班= 8 4元 钻机台班按统一定额 2 3 5 5 7 4元 台班x ( 3 2 1 8 ) 台班= 2 2 9 6元 主 动 防御钻 头脱 落 的 总费 用= 人工 费+ 钻 机 台班 费= 8 4 + 2 2 9 6 = 3 1 3 6元 7 钻 头掉在 孔下、 散落成片打捞过程 的经济分析 ( 1 ) 打捞钻 头过程的时间分析 ： 若孔深距地 面 5 0 m， 按 ： 主动钻杆 4 IT I 长 每节钻杆 3 m长 钻 头 1 5长 计算钻杆之 间的钻杆 与钻 头之间接 头量 ： ( 5 O - 4 1 5 ) 3 + 1 = 1 6个 按钻杆每接头拧 紧检查 的时间平均 为 6 m i n 提钻杆 时间+ 下钻杆时 间= 1 6个 6 m i n 个x 2 = 1 9 2 m i n = 3 2 h ( O 4台班) 制作 2只打捞钩 的时 间= 钢筋制作 时间+ 双 面焊 时间= 4 h 打捞掉在孔底的钻头已散 落成片的时间= 8 h 打捞过程耗用 的总时间= 提钻 杆时间+ 下钻 杆时 间+ 制 作两 只打捞 钩的时 间+ 打捞钻 头时 间= 3 2 + 4 + 8 = 1 5 2 h ( 1 9 台 班 ) ( 2 ) 打捞钻头过程的经济分析 人工费 ： 按 3 5 元 5 12 每 台班跟班作业 为 6人 人工费= 3 5元， 工 6人工x ( 1 5 2 8 ) 台班= 3 9 9元 钻机台班费按统 一定 额 2 3 5 5 7 4元 台班X ( 1 5 2 8 )台班= 1 0 9 0 6元制作打捞钩两 只 的材 料费= 钢筋费 用+ 焊 条费用 + 电焊 机 台班 费= 7 5 + 7 8 4 + 4 7 5 =1 3 0 3 4元 钢筋费用按统一定额 1 6 6 1 2只打捞 钩重为 2 5 钢筋费用= 3 0 0 0元 t x ( 2 5 1 0 0 0 ) t = 7 5元 焊条费用按统一定额 1 6 6 8 ， 耗用焊条 1 k g 焊条费用 7 8 4元 k g x l k g = 7 8 4元 电焊机台班费按统一定额 5 - 2 6 5 9 5元 台班X ( 4 8 ) 台班= 4 7 5元 钻头损失费用按统一定额 2 3 5 钻头 4 5 0 o元， 只 打捞钻头过程 总费用= 人工 费+ 钻机 台班 费+ 制作两 只 打 捞 钩 的费 用 + 钻 头 损 失 费= 3 9 9 + 1 0 9 0 6 + 1 3 0 3 4 + 4 5 0 0 = 6 l 1 9 9 4元 8 主动防止钻 头脱 落与打捞 钻头两者 的经济比较 ( 1 ) 耗用 时间的比较 主动预 防钻头脱落耗用 的总时 间= 3 2 h 打捞钻头过程耗用的总时间= 1 5 2 h ( 2 ) 经济费用的比较 主动预防钻有脱落的总费用- 3 1 3 6元 打捞钻头过程的总费用= 6 1 1 9 9 4元 通过两者之间耗用 的时间和费用的 比较 ，应首先选 用 主 动防御钻头脱 落的方法 ， 可 以省 时、 省力 省费用 ， 对工程 进度和质量均有利 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m