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鉆孔灌注樁常見(jiàn)工程事故及預防措施
摘要介紹了鉆孔灌樁常見(jiàn)的工程事故,包括:地質(zhì)勘探資料和設計文件存在的問(wèn)題、孔口與鉆孔存在的問(wèn)題、樁端持力層判別錯誤、孔底沉渣過(guò)厚或開(kāi)灌前孔內泥漿含砂量大等,并提出相應的預防措施,以供。
關(guān)鍵詞鉆孔灌注樁;工程事故;預防措施
鉆孔灌注樁具有低噪音、小震動(dòng)、無(wú)擠土、對周?chē)h(huán)境及鄰近建筑物影響小、能穿越各種復雜地層和形成較大的單樁承載力、適應各種地質(zhì)條件和不同規模建筑物等優(yōu)點(diǎn),在橋梁、房屋、水工建筑物等工程中得到廣泛應用,已成為一種重要的樁型。隨著(zhù)社會(huì )的需要,鉆孔灌注樁的樁長(cháng)和樁徑不斷加大,單樁承載力也越來(lái)越高,同時(shí)也使單柱的設計成為可能。對于長(cháng)樁、大樁,其施工難度大,易發(fā)生質(zhì)量事故。而單柱設計對樁的質(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(jiàn)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)勘探資料和設計文件存在的問(wèn)題
地質(zhì)勘探主要存在勘探孔間距太大、孔深太淺、土工試驗數量不足、土工取樣和土工試驗不規范、樁周摩阻力和樁端阻力不準等問(wèn)題。設計文件主要存在對地質(zhì)勘探資料沒(méi)有認真消化、樁型選擇不當、峻工地面標高不清等問(wèn)題。因此,在樁基礎開(kāi)始施工前,應針對這些問(wèn)題對地質(zhì)勘探資料和設計文件進(jìn)行認真審查。另外,對樁基礎持力層厚度變化較大的場(chǎng)地,應適當加密地質(zhì)勘探孔,必要時(shí)進(jìn)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(chǎng)地有較厚的回填層和軟土層時(shí),設計者應認真校核樁基是否存在負摩擦現象。
2孔口與鉆孔存在的問(wèn)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(chǎng)地再次回填,孔口高程時(shí)由于疏忽而引起的誤差。二是由于施工場(chǎng)地在施工過(guò)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(diǎn)和各孔口的絕對高程,每根樁開(kāi)孔前復測1次樁位孔口高程[1]。
2.2鉆孔深度的誤差
有些工程在場(chǎng)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(shí),施工應把高程換算一致,避免出現鉆孔深度的誤差。另外,孔深測量應采用丈量鉆桿的方法,取鉆頭的2/3長(cháng)度處作為孔底終孔界面,不宜采用測繩測定孔深。鉆孔的終孔標準應以樁端進(jìn)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及時(shí)取樣鑒定,確定鉆孔是否進(jìn)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,鉆頭直徑比設計樁徑小30～50 mm是合理的。每根樁開(kāi)孔時(shí),合同雙方的技術(shù)人員應驗證鉆頭規格,以減小孔徑誤差。
2.4鉆孔垂直度不符合規范要求
造成鉆孔垂直度不符合規范要求的原因:一是場(chǎng)地平整度和密實(shí)度差,鉆機安裝不平整或鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生不均勻沉降,導致鉆孔偏斜。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(jìn)遇軟硬土層交界面或傾斜巖面時(shí),鉆壓過(guò)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(shí)、平整施工場(chǎng)地;二是安裝鉆機時(shí)應嚴格檢查鉆進(jìn)的平整度和主動(dòng)鉆桿的垂直度,鉆進(jìn)過(guò)程中應定時(shí)檢查主動(dòng)鉆桿的垂直度,發(fā)現偏差應立即調整;三是定期檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭,發(fā)現問(wèn)題及時(shí)維修或更換;四是在軟硬土層交界面或傾斜巖面處鉆進(jìn)時(shí),應低速低鉆壓鉆進(jìn)。發(fā)現鉆孔偏斜,應及時(shí)回填黏土,沖平后再低速低鉆壓鉆進(jìn);五是在復雜地層鉆進(jìn),必要時(shí)在鉆桿上加設扶整器[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(gè)相反面,實(shí)際上產(chǎn)生的原因卻基本相同。主要是地層復雜、鉆進(jìn)進(jìn)尺過(guò)快、護壁泥漿性能差、成孔后放置時(shí)間過(guò)長(cháng)沒(méi)有灌注砼等原因所造成。其對策為鉆(沖)孔灌注樁穿過(guò)較厚的砂層、礫石層時(shí),成孔速度應控制在2 m/h以?xún)?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%,若孔內造漿不能滿(mǎn)足以上要求時(shí),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(guò)對泥漿的除砂處理,可控制泥漿的密度和含砂率。沒(méi)有特殊原因,鋼筋籠安裝后應立即灌注砼。
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,現場(chǎng)施工必須給予足夠的重視。對于非巖石類(lèi)持力層,判斷比較容易,可根據地質(zhì)資料的深度,結合現場(chǎng)取樣進(jìn)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,結合鉆機的受力、主動(dòng)鉆桿的抖動(dòng)情況和孔口撈樣進(jìn)行綜合判定,必要時(shí)進(jìn)行原位取芯驗證。
4孔底沉渣過(guò)厚或開(kāi)灌前孔內泥漿含砂量過(guò)大
孔底沉渣過(guò)厚的原因除清孔泥漿質(zhì)量差、清孔無(wú)法達到設計要求外,還有測量方法不當等。要準確測量孔底沉渣厚度,首先需準確測量樁的終孔深度,應采用丈量鉆桿長(cháng)度的方法測定,取孔內鉆桿長(cháng)度+鉆頭長(cháng)度,鉆頭長(cháng)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(shí)應優(yōu)先采用泵吸反循環(huán)清孔。當采用正循環(huán)清孔時(shí),前階段應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計要求后,應把孔內泥漿密度降至1.1~1.2 g/cm3。清孔整個(gè)過(guò)程應專(zhuān)人負責孔口撈渣和測量孔底沉渣厚度,及時(shí)對孔內泥漿含砂率和孔底沉渣厚度的變化進(jìn)行分析。若出現清孔前期孔口泥漿含砂量過(guò)低,撈不到粗砂粒,或后期把孔內泥漿密度降低后,孔底沉渣厚度增大較多,則說(shuō)明前期清孔時(shí)泥漿的粘度和稠度偏小,砂粒懸浮在孔內泥漿里,沒(méi)有真正達到清孔的目的,施工時(shí)應特別注意這種情況。
5水下砼灌注和樁身砼質(zhì)量問(wèn)題
砼配制質(zhì)量關(guān)系到砼灌注過(guò)程是否順利和樁身砼質(zhì)量?jì)纱蠓矫?要配制出高質(zhì)量的砼,首先要設計好配合比和做好現場(chǎng)試配工作,采用高標號水泥時(shí),應注意砼的初凝和終凝時(shí)間與單樁灌注時(shí)間的關(guān)系,必要時(shí)添加砼緩凝劑。施工現場(chǎng)應嚴格控制好配合比(特別是水灰比)和攪拌時(shí)間。掌握好砼的和易性及砼的坍落度,防止砼在灌注過(guò)程發(fā)生離析和堵管。
5.1初灌時(shí)埋管深度達不到規范值
我國JGJ 94-94規范規定,灌注導管底端至孔底的距離應為300～500 mm,初灌時(shí)導管埋深應≥800 mm。在計算砼的初灌量時(shí),個(gè)別施工單位只計算了1.3 m樁長(cháng)所需的砼量,漏算導管內積存的砼量,使初灌量不足造成埋管深度達不到規范值。同時(shí),施工單位準備的導管長(cháng)度規格太少,安裝導管時(shí)配管困難,有時(shí)導管至孔底的距離偏大,而導管安裝人員沒(méi)有及時(shí)把實(shí)際距離通知砼灌注班,形成初灌量不足,導致埋管深度達不到規范值。初灌砼量V應根據設計樁徑、導管管徑、導管安裝長(cháng)度、孔內泥漿密度進(jìn)行計算,且V≥V0+V1。V0為1.3 m樁長(cháng)的砼量,V0=1.2×1.3πD2/4(單位:m3);1.2為樁的理論充盈系數;D為設計樁徑(m)。V1為初灌時(shí)導管內積存的砼量,V1=(hπd2/4)(ρ+0.55πd)/2.4(單位:m3);h為導管安裝長(cháng)度(m);d為導管直徑(m);ρ為孔內泥漿密度(t/m3);0.55為導管內壁的摩阻力系數;2.4為砼的密度(t/m3)。
5.2灌注砼時(shí)堵管
灌注砼時(shí)發(fā)生堵管主要由灌注導管破漏、灌注導管底距孔底深度太小、完成二次清孔后灌注砼的準備時(shí)間太長(cháng)、隔水栓不規范、砼配制質(zhì)量差、灌注過(guò)程中灌注導管埋深過(guò)大等原因引起。灌注導管在安裝前應有專(zhuān)人負責檢查,可采用肉眼觀(guān)察和敲打聽(tīng)聲相結合的方法進(jìn)行檢查,檢查項目主要有灌注導管是否存在小孔洞和裂縫、灌注導管的接頭是否密封、灌注導管的厚度是否合格。必要時(shí)采用試拼裝壓水的方法檢查導管是否破漏。灌注導管底部至孔底的距離應為300～500 mm,在灌漿設備的初灌量足夠的條件下,應盡可能取大值。隔水栓應認真細致制作,其直徑和圓度應符合使用要求,其長(cháng)度應≤200 mm。完成第2次清孔后,應立即開(kāi)始灌注砼,若因故推遲灌注砼,應重新進(jìn)行清孔。否則,可能造成孔內泥漿懸浮的砂粒下沉而使孔底沉渣過(guò)厚,并導致隔水栓無(wú)法排出導管外而發(fā)生堵管事故。
5.3灌注砼過(guò)程鋼筋籠上浮
若發(fā)生鋼筋籠上浮,應立即查明原因,采取相應措施,防止事故重復出現。引起灌注砼過(guò)程鋼筋籠上浮的主要原因:一是砼初凝和終凝時(shí)間太短,使孔內砼過(guò)早結塊,當砼面上升至鋼筋籠底時(shí),砼結塊托起鋼筋籠。二是清孔時(shí)孔內泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過(guò)程中砂�；爻猎陧琶嫔�,形成較密實(shí)的砂層,并隨孔內砼逐漸升高,當砂層上升至鋼筋籠底部時(shí)便托起鋼筋籠。三是砼灌注至鋼筋籠底部時(shí),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場(chǎng)砼配合比控制不嚴、攪拌時(shí)間不夠和水泥質(zhì)量差。因此,嚴格把好進(jìn)庫水泥的質(zhì)量關(guān),控制好施工現場(chǎng)砼配合比,掌握好攪拌時(shí)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導管根本就沒(méi)有入砼內。二是砼灌注過(guò)程拔管長(cháng)度控制不準,導管拔出砼面。三是砼初凝和終凝時(shí)間太短,或灌注時(shí)間太長(cháng),使砼上部結塊,造成樁身砼夾渣。四是清孔時(shí)孔內泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過(guò)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(shí),部分砂粒及浮渣被包入砼內。嚴重時(shí)可能造成堵管事故,導致砼灌注中斷[3]。導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(shí)間。砼灌注過(guò)程中拔管應有專(zhuān)人負責指揮,并分別采用理論灌入量孔內砼面和重錘實(shí)測孔內砼面,取兩者的低值來(lái)控制拔管長(cháng)度,確保導管的埋管深度≥2 m。單樁砼灌注時(shí)間宜控制在砼初凝時(shí)間的1.5倍以?xún)取?
5.6樁頂砼不密實(shí)或強度達不到設計要求
樁頂砼不密實(shí)或強度達不到設計要求,其主要原因是超灌高度不夠、砼浮漿太多、孔內砼面測定不準。對于樁徑≤1 000 mm的樁,超灌高度不小于樁長(cháng)的4%。對于樁徑>1 000 mm的樁,超灌高度不小于樁長(cháng)的5%。對于大體積砼的樁,樁頂10 m內的砼應適當調整配合比,增大碎石含量,減少樁頂浮漿。在灌注最后階段,孔內砼面測定應采用硬桿筒式取樣法測定。
6砼灌注過(guò)程因故中斷的處理辦法
砼灌注過(guò)程中斷的原因較多,在采取搶救措施后仍無(wú)法恢復正常灌注的情況下,可采用如下方法進(jìn)行處理:一是若剛開(kāi)灌不久,孔內砼較少,可拔起導管和吊起鋼筋籠,重新鉆孔至原孔底,安裝鋼筋籠和清孔后再開(kāi)始灌注砼。二是迅速拔出導管,清理導管內積存砼和檢查導管后,重新安裝導管和隔水栓,然后按初灌的方法灌注砼,待隔水栓完全排出導管后,立即將導管插入原砼內,此后便可按正常的灌注方法繼續灌注砼。此法的處理過(guò)程必須在砼的初凝時(shí)間內完成。三是砼灌注過(guò)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(jìn)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結語(yǔ)
引起鉆孔灌注樁質(zhì)量事故的原因較多,各個(gè)環(huán)節都可能會(huì )出現重大質(zhì)量事故。因此,在樁基工程開(kāi)工前應做好各項準備工作,認真審查地質(zhì)勘探資料和設計文件,實(shí)行會(huì )審和技術(shù)交底制度,做好現場(chǎng)試樁工作。施工過(guò)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
8
[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(mǎn).鉆孔灌注樁施工中常見(jiàn)問(wèn)題及預防措施[J].遼寧科技,2005(8):55-57.
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