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鉆孔灌注樁常見工程事故及預(yù)防措施
摘要介紹了鉆孔灌樁常見的工程事故,包括:地質(zhì)勘探資料和設(shè)計文件存在的問題、孔口與鉆孔存在的問題、樁端持力層判別錯誤、孔底沉渣過厚或開灌前孔內(nèi)泥漿含砂量大等,并提出相應(yīng)的預(yù)防措施,以供。
關(guān)鍵詞鉆孔灌注樁;工程事故;預(yù)防措施
鉆孔灌注樁具有低噪音、小震動、無擠土、對周圍環(huán)境及鄰近建筑物影響小、能穿越各種復(fù)雜地層和形成較大的單樁承載力、適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模建筑物等優(yōu)點,在橋梁、房屋、水工建筑物等工程中得到廣泛應(yīng)用,已成為一種重要的樁型。隨著社會的需要,鉆孔灌注樁的樁長和樁徑不斷加大,單樁承載力也越來越高,同時也使單柱的設(shè)計成為可能。對于長樁、大樁,其施工難度大,易發(fā)生質(zhì)量事故。而單柱設(shè)計對樁的質(zhì)量要求高,發(fā)生質(zhì)量事故后,加固處理難度大,且費用較高。因此,有必要對鉆孔灌注樁的常見質(zhì)量事故加以分析,找出質(zhì)量事故發(fā)生的原因,研究相應(yīng)對策,盡可能防止質(zhì)量事故發(fā)生。
1地質(zhì)勘探資料和設(shè)計文件存在的問題
地質(zhì)勘探主要存在勘探孔間距太大、孔深太淺、土工試驗數(shù)量不足、土工取樣和土工試驗不規(guī)范、樁周摩阻力和樁端阻力不準等問題。設(shè)計文件主要存在對地質(zhì)勘探資料沒有認真消化、樁型選擇不當、峻工地面標高不清等問題。因此,在樁基礎(chǔ)開始施工前,應(yīng)針對這些問題對地質(zhì)勘探資料和設(shè)計文件進行認真審查。另外,對樁基礎(chǔ)持力層厚度變化較大的場地,應(yīng)適當加密地質(zhì)勘探孔,必要時進行補充勘探,防止樁端落在較薄的持力層上而發(fā)生樁端沖切破壞。場地有較厚的回填層和軟土層時,設(shè)計者應(yīng)認真校核樁基是否存在負摩擦現(xiàn)象。
2孔口與鉆孔存在的問題
2.1孔口高程的誤差
孔口高程的誤差主要有兩方面,一是由于地質(zhì)勘探完成后場地再次回填,孔口高程時由于疏忽而引起的誤差。二是由于施工場地在施工過程中廢渣的堆積,地面不斷升高,孔口高程發(fā)生變化而造成的誤差。其對策是認真校核原始水準點和各孔口的絕對高程,每根樁開孔前復(fù)測1次樁位孔口高程[1]。
2.2鉆孔深度的誤差
有些工程在場地回填平整前就勘探地面高程較低,當工程地質(zhì)勘探采用相對高程時,施工應(yīng)把高程換算一致,避免出現(xiàn)鉆孔深度的誤差。另外,孔深測量應(yīng)采用丈量鉆桿的方法,取鉆頭的2/3長度處作為孔底終孔界面,不宜采用測繩測定孔深。鉆孔的終孔標準應(yīng)以樁端進入持力層的深度為準,不宜以固定孔深的方式終孔。因此,鉆孔到達樁端持力層后應(yīng)及時取樣鑒定,確定鉆孔是否進入樁端持力層。
2.3孔徑誤差
孔徑誤差主要是由于工人疏忽用錯其他規(guī)格的鉆頭,或因鉆頭陳舊,磨損后直徑偏小所致。一般對于樁徑800～1 200 mm的樁,鉆頭直徑比設(shè)計樁徑小30～50 mm是合理的。每根樁開孔時,合同雙方的技術(shù)人員應(yīng)驗證鉆頭規(guī)格,以減小孔徑誤差。
2.4鉆孔垂直度不符合規(guī)范要求
造成鉆孔垂直度不符合規(guī)范要求的原因:一是場地平整度和密實度差,鉆機安裝不平整或鉆進過程中發(fā)生不均勻沉降,導(dǎo)致鉆孔偏斜。二是鉆桿彎曲、鉆桿接頭間隙太大,造成鉆孔偏斜;三是鉆頭翼板磨損不一,鉆頭受力不均,造成鉆頭偏離方向;四是鉆進遇軟硬土層交界面或傾斜巖面時,鉆壓過高使鉆頭受力不均,造成鉆頭偏離方向。
控制鉆孔垂直度的主要技術(shù)措施為:一是壓實、平整施工場地;二是安裝鉆機時應(yīng)嚴格檢查鉆進的平整度和主動鉆桿的垂直度,鉆進過程中應(yīng)定時檢查主動鉆桿的垂直度,發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)立即調(diào)整;三是定期檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭,發(fā)現(xiàn)問題及時維修或更換;四是在軟硬土層交界面或傾斜巖面處鉆進時,應(yīng)低速低鉆壓鉆進。發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜,應(yīng)及時回填黏土,沖平后再低速低鉆壓鉆進;五是在復(fù)雜地層鉆進,必要時在鉆桿上加設(shè)扶整器[2]。
2.5鉆孔塌孔與縮徑
鉆(沖)孔灌注樁的塌孔與縮徑從表面上看是2個相反面,實際上產(chǎn)生的原因卻基本相同。主要是地層復(fù)雜、鉆進進尺過快、護壁泥漿性能差、成孔后放置時間過長沒有灌注砼等原因所造成。其對策為鉆(沖)孔灌注樁穿過較厚的砂層、礫石層時,成孔速度應(yīng)控制在2 m/h以內(nèi),泥漿性能主要控制其密度為1.3~1.4 g/cm3、粘度為20~30 s、含砂率≤6%,若孔內(nèi)造漿不能滿足以上要求時,可采用加黏土粉、燒堿、木質(zhì)素的方法,改善泥漿的性能,通過對泥漿的除砂處理,可控制泥漿的密度和含砂率。沒有特殊原因,鋼筋籠安裝后應(yīng)立即灌注砼。
3樁端持力層判別錯誤
持力層判別是鉆孔樁成敗的關(guān)鍵,現(xiàn)場施工必須給予足夠的重視。對于非巖石類持力層,判斷比較容易,可根據(jù)地質(zhì)資料的深度,結(jié)合現(xiàn)場取樣進行綜合判定。對于樁端持力層為強風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖的樁,判定巖層界面難度較大,可采用以地質(zhì)資料的深度為基礎(chǔ),結(jié)合鉆機的受力、主動鉆桿的抖動情況和孔口撈樣進行綜合判定,必要時進行原位取芯驗證。
4孔底沉渣過厚或開灌前孔內(nèi)泥漿含砂量過大
孔底沉渣過厚的原因除清孔泥漿質(zhì)量差、清孔無法達到設(shè)計要求外,還有測量方法不當?shù)取Ｒ獪蚀_測量孔底沉渣厚度,首先需準確測量樁的終孔深度,應(yīng)采用丈量鉆桿長度的方法測定,取孔內(nèi)鉆桿長度+鉆頭長度,鉆頭長度取至鉆尖的2/3處。在含粗砂、礫砂和卵石的地層鉆孔,有條件時應(yīng)優(yōu)先采用泵吸反循環(huán)清孔。當采用正循環(huán)清孔時,前階段應(yīng)采用高粘度濃漿清孔,并加大泥漿泵的流量,使砂石粒能順利地浮出孔口�？椎壮猎穸确显O(shè)計要求后,應(yīng)把孔內(nèi)泥漿密度降至1.1~1.2 g/cm3。清孔整個過程應(yīng)專人負責孔口撈渣和測量孔底沉渣厚度,及時對孔內(nèi)泥漿含砂率和孔底沉渣厚度的變化進行分析。若出現(xiàn)清孔前期孔口泥漿含砂量過低,撈不到粗砂粒,或后期把孔內(nèi)泥漿密度降低后,孔底沉渣厚度增大較多,則說明前期清孔時泥漿的粘度和稠度偏小,砂粒懸浮在孔內(nèi)泥漿里,沒有真正達到清孔的目的,施工時應(yīng)特別注意這種情況。
5水下砼灌注和樁身砼質(zhì)量問題
砼配制質(zhì)量關(guān)系到砼灌注過程是否順利和樁身砼質(zhì)量兩大方面,要配制出高質(zhì)量的砼,首先要設(shè)計好配合比和做好現(xiàn)場試配工作,采用高標號水泥時,應(yīng)注意砼的初凝和終凝時間與單樁灌注時間的關(guān)系,必要時添加砼緩凝劑。施工現(xiàn)場應(yīng)嚴格控制好配合比(特別是水灰比)和攪拌時間。掌握好砼的和易性及砼的坍落度,防止砼在灌注過程發(fā)生離析和堵管。
5.1初灌時埋管深度達不到規(guī)范值
我國JGJ 94-94規(guī)范規(guī)定,灌注導(dǎo)管底端至孔底的距離應(yīng)為300～500 mm,初灌時導(dǎo)管埋深應(yīng)≥800 mm。在計算砼的初灌量時,個別施工單位只計算了1.3 m樁長所需的砼量,漏算導(dǎo)管內(nèi)積存的砼量,使初灌量不足造成埋管深度達不到規(guī)范值。同時,施工單位準備的導(dǎo)管長度規(guī)格太少,安裝導(dǎo)管時配管困難,有時導(dǎo)管至孔底的距離偏大,而導(dǎo)管安裝人員沒有及時把實際距離通知砼灌注班,形成初灌量不足,導(dǎo)致埋管深度達不到規(guī)范值。初灌砼量V應(yīng)根據(jù)設(shè)計樁徑、導(dǎo)管管徑、導(dǎo)管安裝長度、孔內(nèi)泥漿密度進行計算,且V≥V0+V1。V0為1.3 m樁長的砼量,V0=1.2×1.3πD2/4(單位:m3);1.2為樁的理論充盈系數(shù);D為設(shè)計樁徑(m)。V1為初灌時導(dǎo)管內(nèi)積存的砼量,V1=(hπd2/4)(ρ+0.55πd)/2.4(單位:m3);h為導(dǎo)管安裝長度(m);d為導(dǎo)管直徑(m);ρ為孔內(nèi)泥漿密度(t/m3);0.55為導(dǎo)管內(nèi)壁的摩阻力系數(shù);2.4為砼的密度(t/m3)。
5.2灌注砼時堵管
灌注砼時發(fā)生堵管主要由灌注導(dǎo)管破漏、灌注導(dǎo)管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注砼的準備時間太長、隔水栓不規(guī)范、砼配制質(zhì)量差、灌注過程中灌注導(dǎo)管埋深過大等原因引起。灌注導(dǎo)管在安裝前應(yīng)有專人負責檢查,可采用肉眼觀察和敲打聽聲相結(jié)合的方法進行檢查,檢查項目主要有灌注導(dǎo)管是否存在小孔洞和裂縫、灌注導(dǎo)管的接頭是否密封、灌注導(dǎo)管的厚度是否合格。必要時采用試拼裝壓水的方法檢查導(dǎo)管是否破漏。灌注導(dǎo)管底部至孔底的距離應(yīng)為300～500 mm,在灌漿設(shè)備的初灌量足夠的條件下,應(yīng)盡可能取大值。隔水栓應(yīng)認真細致制作,其直徑和圓度應(yīng)符合使用要求,其長度應(yīng)≤200 mm。完成第2次清孔后,應(yīng)立即開始灌注砼,若因故推遲灌注砼,應(yīng)重新進行清孔。否則,可能造成孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒下沉而使孔底沉渣過厚,并導(dǎo)致隔水栓無法排出導(dǎo)管外而發(fā)生堵管事故。
5.3灌注砼過程鋼筋籠上浮
若發(fā)生鋼筋籠上浮,應(yīng)立即查明原因,采取相應(yīng)措施,防止事故重復(fù)出現(xiàn)。引起灌注砼過程鋼筋籠上浮的主要原因:一是砼初凝和終凝時間太短,使孔內(nèi)砼過早結(jié)塊,當砼面上升至鋼筋籠底時,砼結(jié)塊托起鋼筋籠。二是清孔時孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過程中砂�；爻猎陧琶嫔�,形成較密實的砂層,并隨孔內(nèi)砼逐漸升高,當砂層上升至鋼筋籠底部時便托起鋼筋籠。三是砼灌注至鋼筋籠底部時,灌注速度太快,造成鋼筋籠上浮。
5.4樁身砼強度低或砼離析
發(fā)生樁身砼強度低或砼離析的主要原因是施工現(xiàn)場砼配合比控制不嚴、攪拌時間不夠和水泥質(zhì)量差。因此,嚴格把好進庫水泥的質(zhì)量關(guān),控制好施工現(xiàn)場砼配合比,掌握好攪拌時間和砼的和易性,是防止樁身砼離析和強度偏低的有效措施。
5.5樁身砼夾渣或斷樁
引起樁身砼夾泥或斷樁的主要原因:一是初灌砼量不夠,造成初灌后埋管深度太小或?qū)Ч芨揪蜎]有入砼內(nèi)。二是砼灌注過程拔管長度控制不準,導(dǎo)管拔出砼面。三是砼初凝和終凝時間太短,或灌注時間太長,使砼上部結(jié)塊,造成樁身砼夾渣。四是清孔時孔內(nèi)泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過程中砂�；爻猎陧琶嫔�,形成沉積砂層,阻礙砼的正常上升,當砼沖破沉積砂層時,部分砂粒及浮渣被包入砼內(nèi)。嚴重時可能造成堵管事故,導(dǎo)致砼灌注中斷[3]。導(dǎo)管的埋管深度宜控制在2～6 m,若灌注順利,孔口泥漿返出正常,則可適當增大埋管深度,以提高灌注速度,縮短單樁的砼灌注時間。砼灌注過程中拔管應(yīng)有專人負責指揮,并分別采用理論灌入量孔內(nèi)砼面和重錘實測孔內(nèi)砼面,取兩者的低值來控制拔管長度,確保導(dǎo)管的埋管深度≥2 m。單樁砼灌注時間宜控制在砼初凝時間的1.5倍以內(nèi)。
5.6樁頂砼不密實或強度達不到設(shè)計要求
樁頂砼不密實或強度達不到設(shè)計要求,其主要原因是超灌高度不夠、砼浮漿太多、孔內(nèi)砼面測定不準。對于樁徑≤1 000 mm的樁,超灌高度不小于樁長的4%。對于樁徑>1 000 mm的樁,超灌高度不小于樁長的5%。對于大體積砼的樁,樁頂10 m內(nèi)的砼應(yīng)適當調(diào)整配合比,增大碎石含量,減少樁頂浮漿。在灌注最后階段,孔內(nèi)砼面測定應(yīng)采用硬桿筒式取樣法測定。
6砼灌注過程因故中斷的處理辦法
砼灌注過程中斷的原因較多,在采取搶救措施后仍無法恢復(fù)正常灌注的情況下,可采用如下方法進行處理:一是若剛開灌不久,孔內(nèi)砼較少,可拔起導(dǎo)管和吊起鋼筋籠,重新鉆孔至原孔底,安裝鋼筋籠和清孔后再開始灌注砼。二是迅速拔出導(dǎo)管,清理導(dǎo)管內(nèi)積存砼和檢查導(dǎo)管后,重新安裝導(dǎo)管和隔水栓,然后按初灌的方法灌注砼,待隔水栓完全排出導(dǎo)管后,立即將導(dǎo)管插入原砼內(nèi),此后便可按正常的灌注方法繼續(xù)灌注砼。此法的處理過程必須在砼的初凝時間內(nèi)完成。三是砼灌注過程因故中斷后拔除鋼筋籠,待已灌砼強度達到C15后,先用同級鉆頭重新鉆孔,并鉆除原灌砼的浮漿,再用φ500鉆頭在樁中心鉆進300～500 mm深,這樣就完成了接口的處理工作,然后便可按新樁的灌注程序灌注砼[4]。
7結(jié)語
引起鉆孔灌注樁質(zhì)量事故的原因較多,各個環(huán)節(jié)都可能會出現(xiàn)重大質(zhì)量事故。因此,在樁基工程開工前應(yīng)做好各項準備工作,認真審查地質(zhì)勘探資料和設(shè)計文件,實行會審和技術(shù)交底制度,做好現(xiàn)場試樁工作。施工過程抓好泥漿和砼質(zhì)量,詳細做好各項施工記錄,牢牢把好鉆孔、清孔和砼灌注等關(guān)鍵工序的質(zhì)量關(guān),是防止質(zhì)量事故發(fā)生的行之有效的措施
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[1] 王欣泉,高振鐸.怎樣防治鉆孔灌注樁的質(zhì)量事故[J].黑龍江科技信息,2010(2):227,110.
[2] 李明華,劉智華.鉆孔灌注樁的施工和質(zhì)量控制[J].硅谷,2008(12):68,78.
[3] 楊棟.鉆孔灌注樁斷樁形成的原因及處理措施[J].江淮水利科技,2008(2):36-37.
[4] 劉作林,張鍵,李春滿.鉆孔灌注樁施工中常見問題及預(yù)防措施[J].遼寧科技,2005(8):55-57.
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