钻孔灌注桩质量事故处理(高工3).doc

钻孔灌注桩常见质量事故处理措施
尹洪明
【提 要】在大型桥梁基础采用钻孔灌注桩施工中，不可避免地要发生一些事故。本文就常见的孔内漏浆、掉钻、卡钻、埋管、桩身夹泥等问题提出了一套行之有效的处理方法。
【关键词】钻孔桩 事故 处理
1 前言
随着我国桥梁建设的发展，特别是大型桥梁的建设，钻孔灌注桩技术在理论和工艺上也获得了长足的进展，大直径、深孔桩的应用也越来越普遍，钻孔（灌注）事故的处理极大地影响了我们的施工生产。现就我们在本工程钻孔（灌注）事故处理的经验在此做一点总结，以供参考和指正。
2 工程概况（基桩施工特点）
本工程为一高速公路上的特大型桥梁，该桥设计为分离式双幅桥，单幅主桥为五跨预应力砼连续梁桥，其基础为高桩承台式结构，每个承台共7根Φ1.8m钻孔灌注摩擦桩，见图1。所有主墩基础均位于某江主槽深水区，水深15m左右，该处受潮汐影响较大，潮汐为半日潮，最大潮差6.39m，最小潮差1.14m，平均潮差4.44m，主墩桩长近100m，整个工程钻孔深度达3万余延米。各主墩地质资料相似，上部覆盖层为砂混淤泥，易冲刷，中部为比较饱和的软塑状粘土，易糊钻，下部为饱和、密实的砾卵石，砾卵石最大粒径100mm以上，且含漂石，易卡管。由于设计未考虑备用桩位，成孔质量要求高。
3 钻孔方案简介
该工程钻孔施工采用搭设钢管桩施工平台，下沉钢护筒后，吊安钻机就位后进行钻孔施工的工艺方式进行，要求钢护筒底口穿过淤泥层，进入粘土层1.0m~2.0m以上，以保证孔内水头防止坍孔。
主墩基础桩成孔采用反循环工艺，所选用的钻机见下表：
序号
钻机
底盘自重
扭矩
钻头型式
出渣方式
产地
1
GF-250
13T
5.2t.m
刮刀钻/锲齿滚刀
泵吸
河北
2
GPS-20HA
13.5T
6.0t.m
刮刀钻/锲齿滚刀
泵吸
上海
3
GPS-25A
41T（总重）
8.0t.m
刮刀钻/锲齿滚刀
气举
上海
4
GW-250
19T
8.0t.m
刮刀钻/锲齿滚刀

泵吸
江西
5
GF-300
30T
12.0t.m
刮刀钻/锲齿滚刀
泵吸
河北
对于超深孔钻孔施工主要是保证以下几点：一是严格控制好孔内泥浆性能各项指标和孔内水头，做好孔内护壁；二是在不同的地层时（如进入卵石层），根据需要更换钻头型号，以利于提高钻孔效率。
4 钻孔（灌注）事故的处理对策
4.1孔内漏浆
由于地质勘探资料一般都是以一个孔的勘探情况来反映整个主墩，资料的准确性不太高，造成钢护筒进入粘土层厚度不够，加上孔内水头没有因潮汐变化而变化，淤泥层受涨落潮差压力影响，使护筒底部发生塌孔，造成孔内与孔外出现通道，孔内随潮涨落发生漏浆和涌浆问题。
孔内漏浆事故发生后，我们先采取了在原护筒内再沉入一埋头护筒（沉入深度超过外护筒4m），并在内外护筒环状空间压注了水泥浆，以企封隔漏涌通道。但在海潮作用下，又在内护筒底部出现新的漏、涌通道。
由于几孔漏浆事故处理见成效，我们采用了灌浆处理方案进行处理。
4.1.1工程原理：灌浆处理方法原理是对软弱淤泥层灌注固化剂（以水泥为主剂），使桩孔周围淤泥在固化剂作用下固结硬化，改变原来的塑性状，从而阻断原漏、涌通道和防止新通道出现，达到孔壁稳定，桩孔能顺利完工。
4.1.2 工程布设：在钢护筒周围，按φ2.8m和φ4.0m两环圈，以0.6m间距，布设灌浆孔，共布36孔，孔深至护筒底部以上1.0m左右，见图2。
4.1.3灌浆施工：灌浆是用地质钻机钻孔后直接灌注，主要是成孔率高，每个孔都能成孔灌注，防止先成孔再压浆时，浆液从一孔渗入另一处而造成孔位堵塞。浆液在高压泵推动下，通过灌浆管，从喷嘴射入土层，与土体混合并固化，达到一定的固结度后，浆液以水泥浆为主剂，掺入一定量速凝剂，设定的水灰比为0.6，灌浆压力控制在1.0MPa左右。
经过对几个漏浆孔用此法处理，防止了渗漏，效果较好，保证了工程的顺利施工。
4.2 掉落钻头
在钻孔过程中，由于地层较疏松，砾卵石大且多，造成严重蹩钻，常有钻杆扭断的事故发生。在本工程施工中就发生了倒数第三根钻杆断离的事故。落钻后用打捞物打捞所掉钻具，在打捞过程中由于钻头被砾卵石及松散物卡死，导致向上打捞提升时，钻头芯管断离（落入孔内的三根钻杆打捞上来了），造成仅剩一个钻头落入井底的事故。后来采用其他多种打捞方法均未见效，此时孔（标高）-73米，离设计孔底标高-87米差10多米。
由于钻头仍滞留孔底，且孔底标高距设计桩底（终孔）标高较多，经与设计协商，我们采用了扩大孔径后在落钻处终孔，并在钢筋笼上埋压浆管，浇注砼成桩后的1~2天内，以较高压力注入纯水泥浆，通过压浆管向桩底和桩侧土体中压水泥浆的办法来处理该孔，主要是让水泥浆填充于卵砾石隙中或劈裂形成的网状、脉状人工裂缝中，使地基土体的抗剪强度大幅度提高，从而提高基桩的承载力。
4.2.1后注浆法的作用，主要有：
a. 桩底沉渣和桩侧泥皮的压密固化作用；
b. 桩底桩侧砂卵石层渗入胶结作用；
c. 劈裂灌浆形成脉网状结石体系的加筋作用；
d. 扩底扩径作用；
e. 预加桩底向上应力作用。
4.2.2实施
a. 扩孔：利用工程钻机将孔由Φ1.8m扩孔至Φ2.0m钻进至落钻处，在钻进中严格控制泥浆的各项指标，将沉渣完全清理干净；
b. 压浆管布设：钢筋笼加工完成后，采用1寸无缝管，在钢筋笼内侧均匀布置5根，其中2根作为桩底注浆管，此二管对称布置，并比笼长10cm。其余3根注浆主管相应减少12m，见图3。各管管底封闭，并在距离底端1.0~1.5m范围内，每隔20~30m钻一Φ5mm左右的小眼，并在2根长管管端（距底5cm左右）对称钻2个Φ5mm的小眼，分别朝向内外侧，以便冲洗桩底沉渣。
所有压浆主管从孔底以上每隔3.0m布置一道环状压浆软管（Φ14mm），环状软管与主管连接牢固，软管采用带加筋的透明塑料管，每隔20cm用手电钻钻一Φ5mm左右的小眼，为防止压浆孔被堵塞，每个出浆孔用电工黑胶布包扎1~2周，软管用扎丝固定于钢筋笼之上，并使出浆口朝外，同时使软管超出钢筋笼2.5cm左右，既使其砼保护层较薄，又不会因伸出太多刮孔壁而磨破出浆管的包皮。
为防止包皮在下入孔内时被管外水压力将包皮压破，边下钢筋笼边向注浆孔内注水，使管内外水压力平衡。
c. 开环：在砼灌注后，其抗压强度达到10MPa左右时，向注浆管内压入清水，在水压力作用下，冲开出浆眼包皮，并劈开保护层砼，为冲洗桩底沉渣和孔壁泥皮“开路”，使管路畅通。
开环压力为4MPa左右，选用泥浆泵额定压力为8~10MPa，开环压力较高，孔外管线采用无缝钢管和带钢丝帘布的高压胶管（耐压10MPa）。
开环时先开通桩底2根长管，2管开环后即冲洗桩底沉渣，再开其它三根管，并依次进行清洗。
d. 注浆：开环后即进行注浆，浆液采用纯水泥浆，水灰比为0.6，为防止水泥浆沉淀析水和堵管，水泥浆中加入水泥重量的3%左右膨润土和2%的水玻璃，浆液进泵前过筛，除去大于5mm左右的颗粒。注浆顺序由下而上，先注桩底，再注桩侧。注浆流量控制在100L/min内，注浆压力桩底控制在3.0MPa左右，桩侧控制在1.5MPa左右，防止破坏淤泥质软土层结构。桩底注浆时，当另一管返出浓浆时，应及时关闭，继续压浆，当达到压力时，打开第二注浆管，关闭第一注浆管，达到压力后闭管。
该孔处理共压注525#水泥用量为18T。
e. 基桩检测
该孔经上述方法处理后，进行了大应变测试（锤重为桩基承载力的1%），测试后该桩承载力为设计承载力的2.2倍，满足设计要求。
4.3 埋管及桩身夹泥断桩
在本工程某桩水下砼浇注过程中，封底成功并连续浇注砼达15m，导管埋深8m，准备拆3m导管，拆管后继续浇注，发现砼不能下落，后用吊车提升导管，使管内砼下落，随后发生导管内进水，并与护筒内水位齐平，后拔起导管检查，发现导管距护筒上口18m处有2个约5cm长，1cm宽的裂口，这就是导管漏水的原因所在。
随后将这节漏水导管拆下，重新下导管，并准备好空气吸泥机等设备，考虑将孔底已浇注的砼清除干净，将新导管插入孔底砼面下2.5m，历时近四小时后，开始清孔，用吊车将导管提升约70cm，就提不动，反复数次并左右摆动均未能拔起，同时用手拉葫芦配反力架帮助吊车拔管，经多次未果，造成了孔内埋管事故发生。
接着启用备用导管，由于孔深太大，近80m，成孔又有一定倾斜，备用导管根本下不到位，必须对原导管进行处理，在这种情况下人工水下切割不能达到这种深度，必须采用陆上机械切割。设备选用了上海探矿机械厂生产的SGP—300型水文工程钻机，水泵采用湖南衡阳生产的320型三缸单作用柱塞高压泥浆泵，割刀采用自行研制的“下压外张，上提收缩”型两翼割刀（导管Φ外=273mm、δ=10mm，割刀收拢Φ=240mm，全部张开Φ=285mm），对该导管进行了割管处理工作，割管位置为导管进入砼面20cm左右处，主要是考虑到割管太深而起拔不动导管，割管太浅又给清孔工作带来困难，历时十多天对该导管进行了成功割除。
同样由于孔深太大，且孔内有钢筋笼和钢导管，利用旋转钻机或冲击钻破碎清除孔内已浇筑的方案不能实施，为避免时间太长，造成坍孔影响邻近孔位，决定采用预埋压浆管，清孔后浇筑剩余砼，等后浇砼达到强度后，洗孔压浆补强的方案进行处理。
4.3.1压浆管埋设
压浆管采用3根Φ68×3.5mm无缝钢管，6m一节，螺纹连接，在接头处设钢筋加强圈成整体，三管呈等边三角形布置，沿孔内原钢筋笼下放至孔内现有砼面上。压浆管底口利用软塞顶紧，并用胶带将底口缠紧固定软木塞，在压浆管下放过程中管内加注清水克服压力差及浮力。
4.3.2清孔采用导管内下风管，利用20m3空气吸泥机清除孔底沉渣，清孔完毕后，迅速拆除风管，尽量减少孔底沉渣。
4.3.3浇筑桩身砼，后浇桩身砼标号从原C30提高至C35，加大水泥用量，掺加缓凝剂提高砼的提高砼的和易性，浇筑过程中严格控制导管埋深，做好防范措施，保证砼的顺利浇筑。
4.3.4清孔压浆
后浇筑砼达到设计强度后，用三根压浆管中一根作进浆孔，其余二根作出浆管，用高压水泵压入清水，压力控制为0.6MPa左右，将夹泥和松散的砼碎渣从其它孔中冲洗出来，直至冒出清水为止。
压浆机采用2DN—15/40型注浆泵，额定压力为4MPa，先用水灰比为0.8的水泥浆压通，使出浆孔原清水从孔中压出，再用水灰比为0.45的浓浆压入，为使水泥浆充分扩散，压一阵稍停一下，待浓浆从出浆孔冒出后关闭出浆孔，稳压20~30min，压浆工作完毕。该孔压浆水泥用量近5T，压力控制在1.5MPa左右。
4.3.5桩基检测
水泥浆达到强度后，对该桩进行了大应变检测，其实测承载力为设计承载力的2.3倍，满足设计和使用要求。
5 结束语
本工程基础施工中出现的这几种质量事故比较有代表性，国内外不少桥梁都出现过此类钻孔事故，如湖南某桥的落钻事故和广东某桥的落钻事故，打捞长达一年之久，广东另一桥钻孔漏浆发生后，孔内坍塌机毁事故等。这些事故给桥梁结构物带来了不同程度的危害，处理事故耗费大量人力、物力和财力，并且耽误了时间，因此不容忽视。事故发生的原因是多方面的，为尽量避免事故发生和便于处理，需有关各方的共同努力。
5.1对于本桥而言，孔内漏、涌浆，通过地质勘探入手，多增加地质孔位勘探，对地质层有更详细的了解，选用好合理的护筒入土深度后，是完全可以避免的。
5.2现在桥梁设计跨度越来越大，桩基钻孔的深度越来越深，能否从完善设计入手，认真验算，合理布置，尽量推广应用大直径桩，减少桩长，降低成孔难度；还有设计上尽可能在复杂地层考虑备用桩位，使钻孔事故发生能够及时进行处理，为工程施工顺利进行节省了时间。
5.3工程施工安排上，合理安排、精心施工，防止抢、赶工期情况发生，未制定合理的施工工艺，不严格按规范和有关操作规程而盲目施工，是钻孔灌注桩施工中质量事故发生的主要原因。
总之，钻孔（灌注）事故发生后，要及时利用合理的施工工艺进行处理，本工程对于几起钻孔（灌注）事故的处理是及时的，工艺是合理的，结果是成功的。