钻孔灌注桩常见工程事故及预防措施
摘要介绍了钻孔灌桩常见的工程事故,包括:地质勘探资料和设计文件存在的问题、孔口与钻孔存在的问题、桩端持力层判别错误、孔底沉渣过厚或开灌前孔内泥浆含砂量大等,并提出相应的预防措施,以供。
关键词钻孔灌注桩;工程事故;预防措施
钻孔灌注桩具有低噪音、小震动、无挤土、对周围环境及邻近建筑物影响小、能穿越各种复杂地层和形成较大的单桩承载力、适应各种地质条件和不同规模建筑物等优点,在桥梁、房屋、水工建筑物等工程中得到广泛应用,已成为一种重要的桩型。随着社会的需要,钻孔灌注桩的桩长和桩径不断加大,单桩承载力也越来越高,同时也使单柱的设计成为可能。对于长桩、大桩,其施工难度大,易发生质量事故。而单柱设计对桩的质量要求高,发生质量事故后,加固处理难度大,且费用较高。因此,有必要对钻孔灌注桩的常见质量事故加以分析,找出质量事故发生的原因,研究相应对策,尽可能防止质量事故发生。
1地质勘探资料和设计文件存在的问题
地质勘探主要存在勘探孔间距太大、孔深太浅、土工试验数量不足、土工取样和土工试验不规范、桩周摩阻力和桩端阻力不准等问题。设计文件主要存在对地质勘探资料没有认真消化、桩型选择不当、峻工地面标高不清等问题。因此,在桩基础开始施工前,应针对这些问题对地质勘探资料和设计文件进行认真审查。另外,对桩基础持力层厚度变化较大的场地,应适当加密地质勘探孔,必要时进行补充勘探,防止桩端落在较薄的持力层上而发生桩端冲切破坏。场地有较厚的回填层和软土层时,设计者应认真校核桩基是否存在负摩擦现象。
2孔口与钻孔存在的问题
2.1孔口高程的误差
孔口高程的误差主要有两方面,一是由于地质勘探完成后场地再次回填,孔口高程时由于疏忽而引起的误差。二是由于施工场地在施工过程中废渣的堆积,地面不断升高,孔口高程发生变化而造成的误差。其对策是认真校核原始水准点和各孔口的绝对高程,每根桩开孔前复测1次桩位孔口高程[1]。
2.2钻孔深度的误差
有些工程在场地回填平整前就勘探地面高程较低,当工程地质勘探采用相对高程时,施工应把高程换算一致,避免出现钻孔深度的误差。另外,孔深测量应采用丈量钻杆的方法,取钻头的2/3长度处作为孔底终孔界面,不宜采用测绳测定孔深。钻孔的终孔标准应以桩端进入持力层的深度为准,不宜以固定孔深的方式终孔。因此,钻孔到达桩端持力层后应及时取样鉴定,确定钻孔是否进入桩端持力层。
2.3孔径误差
孔径误差主要是由于工人疏忽用错其他规格的钻头,或因钻头陈旧,磨损后直径偏小所致。一般对于桩径800～1 200 mm的桩,钻头直径比设计桩径小30～50 mm是合理的。每根桩开孔时,合同双方的技术人员应验证钻头规格,以减小孔径误差。
2.4钻孔垂直度不符合规范要求
造成钻孔垂直度不符合规范要求的原因:一是场地平整度和密实度差,钻机安装不平整或钻进过程中发生不均匀沉降,导致钻孔偏斜。二是钻杆弯曲、钻杆接头间隙太大,造成钻孔偏斜;三是钻头翼板磨损不一,钻头受力不均,造成钻头偏离方向;四是钻进遇软硬土层交界面或倾斜岩面时,钻压过高使钻头受力不均,造成钻头偏离方向。
控制钻孔垂直度的主要技术措施为:一是压实、平整施工场地;二是安装钻机时应严格检查钻进的平整度和主动钻杆的垂直度,钻进过程中应定时检查主动钻杆的垂直度,发现偏差应立即调整;三是定期检查钻头、钻杆、钻杆接头,发现问题及时维修或更换;四是在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进时,应低速低钻压钻进。发现钻孔偏斜,应及时回填黏土,冲平后再低速低钻压钻进;五是在复杂地层钻进,必要时在钻杆上加设扶整器[2]。
2.5钻孔塌孔与缩径
钻(冲)孔灌注桩的塌孔与缩径从表面上看是2个相反面,实际上产生的原因却基本相同。主要是地层复杂、钻进进尺过快、护壁泥浆性能差、成孔后放置时间过长没有灌注砼等原因所造成。其对策为钻(冲)孔灌注桩穿过较厚的砂层、砾石层时,成孔速度应控制在2 m/h以内,泥浆性能主要控制其密度为1.3~1.4 g/cm3、粘度为20~30 s、含砂率≤6%,若孔内造浆不能满足以上要求时,可采用加黏土粉、烧碱、木质素的方法,改善泥浆的性能,通过对泥浆的除砂处理,可控制泥浆的密度和含砂率。没有特殊原因,钢筋笼安装后应立即灌注砼。
3桩端持力层判别错误
持力层判别是钻孔桩成败的关键,现场施工必须给予足够的重视。对于非岩石类持力层,判断比较容易,可根据地质资料的深度,结合现场取样进行综合判定。对于桩端持力层为强风化岩或中风化岩的桩,判定岩层界面难度较大,可采用以地质资料的深度为基础,结合钻机的'受力、主动钻杆的抖动情况和孔口捞样进行综合判定,必要时进行原位取芯验证。
4孔底沉渣过厚或开灌前孔内泥浆含砂量过大
孔底沉渣过厚的原因除清孔泥浆质量差、清孔无法达到设计要求外,还有测量方法不当等。要准确测量孔底沉渣厚度,首先需准确测量桩的终孔深度,应采用丈量钻杆长度的方法测定,取孔内钻杆长度+钻头长度,钻头长度取至钻尖的2/3处。在含粗砂、砾砂和卵石的地层钻孔,有条件时应优先采用泵吸反循环清孔。当采用正循环清孔时,前阶段应采用高粘度浓浆清孔,并加大泥浆泵的流量,使砂石粒能顺利地浮出孔口。孔底沉渣厚度符合设计要求后,应把孔内泥浆密度降至1.1~1.2 g/cm3。清孔整个过程应专人负责孔口捞渣和测量孔底沉渣厚度,及时对孔内泥浆含砂率和孔底沉渣厚度的变化进行分析。若出现清孔前期孔口泥浆含砂量过低,捞不到粗砂粒,或后期把孔内泥浆密度降低后,孔底沉渣厚度增大较多,则说明前期清孔时泥浆的粘度和稠度偏小,砂粒悬浮在孔内泥浆里,没有真正达到清孔的目的,施工时应特别注意这种情况。
5水下砼灌注和桩身砼质量问题
砼配制质量关系到砼灌注过程是否顺利和桩身砼质量两大方面,要配制出高质量的砼,首先要设计好配合比和做好现场试配工作,采用高标号水泥时,应注意砼的初凝和终凝时间与单桩灌注时间的关系,必要时添加砼缓凝剂。施工现场应严格控制好配合比(特别是水灰比)和搅拌时间。掌握好砼的和易性及砼的坍落度,防止砼在灌注过程发生离析和堵管。
5.1初灌时埋管深度达不到规范值
我国JGJ 94-94规范规定,灌注导管底端至孔底的距离应为300～500 mm,初灌时导管埋深应≥800 mm。在计算砼的初灌量时,个别施工单位只计算了1.3 m桩长所需的砼量,漏算导管内积存的砼量,使初灌量不足造成埋管深度达不到规范值。同时,施工单位准备的导管长度规格太少,安装导管时配管困难,有时导管至孔底的距离偏大,而导管安装人员没有及时把实际距离通知砼灌注班,形成初灌量不足,导致埋管深度达不到规范值。初灌砼量V应根据设计桩径、导管管径、导管安装长度、孔内泥浆密度进行计算,且V≥V0+V1。V0为1.3 m桩长的砼量,V0=1.2×1.3πD2/4(单位:m3);1.2为桩的理论充盈系数;D为设计桩径(m)。V1为初灌时导管内积存的砼量,V1=(hπd2/4)(ρ+0.55πd)/2.4(单位:m3);h为导管安装长度(m);d为导管直径(m);ρ为孔内泥浆密度(t/m3);0.55为导管内壁的摩阻力系数;2.4为砼的密度(t/m3)。