大直径钻孔灌注桩施工常见事故处理与预防研究

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引言

钻孔灌注桩因其单桩承载力高、施工工艺成熟、对周围土体扰动小、适用地层广泛等优点，在跨海桥梁、高层建筑和工业厂房等建（构）筑物基础中得到广泛地应用[1]。与此同时，随着超高层建筑、海上风电以及公铁两用桥等的建设发展，对桩的承载力要求越来越高，导致大于或等于2.5m的大直径桩不断出现。而大直径钻孔灌注桩在钻进成孔过程中会因施工工艺、地质条件、操作不当、机械故障等原因，发生斜孔、塌孔、埋钻、卡钻、串孔等常见质量事故[2]，如处理不当，不但会耽误工期、造成巨大的经济损失，而且给工程造成严重质量缺陷。

1 斜孔事故

1.1 工程背景

某桥梁主墩桩的设计直径2.8m，桩长为85m，共计18根。桩基下卧地层分别为：杂填土、粉质粘土、粉土、粉砂、中砂、砂砾、全风化砂质泥岩、强风化砂质泥岩、中风化砂质泥岩，基桩入岩深度达31.5m。钻孔桩施工采用ZJD4000气举反循环钻进，其中8#孔成孔后使用超声波检孔仪检查发现从入岩面开始发生斜孔40cm，垂直度超标。

1.2 事故处理

主要原因是①地层软硬交界面，导致钻头向软地层倾斜钻进。②配重配置不够导致孔底压力不足，使得钻头打偏。③操作人员责任意识不强，在钻头入岩时没有注意到进尺速度和钻机扭矩变化，也没有对渣样进行及时地分析，进而未调整钻进参数。处理步骤：①适当加大钻头直径，把钻机移动位置后进行扫孔,然后进行检测。②扫孔后检测不合格，灌注混凝土至孔斜位置以上50cm，然后重新成孔并检测。③后续施工钻头增加配重15t。预防措施主要有①钻机进场前对场地进行加固或硬化处理，确保作业区域基础稳固；②护筒垂直度满足设计和施工要求；③钻机就位开钻前做好“三点一线”的检查，过程中定期每班校正；④钻具入孔前，再次进行检查，对存在质量缺陷或变形的钻杆禁止使用，并对钻头焊缝部位100%检查；⑤遇岩面斜理发育或裂隙发育地层、软硬互层等地层，要轻压慢钻，待钻头体完全进入下覆地层后，再进入正常钻进。

2 埋钻事故

2.1 工程背景

某桥主墩桩的设计桩径2.5m，平均桩长约为68.35m，为嵌岩桩，共计28根。地层自上而下依次为淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土、粉砂、粗砂、粉质粘土、砂岩、灰岩和花岗岩。桩基施工采用ZJD3500气举反循环钻进成孔，其中5#桩孔在动力头弯管更换维修完成准备循环时，发现不能正常上水循环，提拉钻杆无反应且不能旋转，把测绳放入孔内测得孔底沉渣覆盖钻头配重之上约2.5m，判断发生埋钻事故。

2.2 事故处理

主要原因是①泥浆性能较差，含砂率高。②作业人员操作不当，在停机维修时将钻头留置在孔底。③钻具结构配置不当，设计孔径2.5m，配重块直径达到2.4m，配重块边缘与孔壁间间距太窄，间隙填充沉渣后就不能上提钻头。处理步骤：①下导管进行气举反循环清孔，清除配重顶端沉渣，同时开启除砂器除砂，降低泥浆含砂率。②将配重顶面沉渣清除后，使用钢制风管沿孔壁插入配重块与孔壁空隙，通过风管送风，将配重块与孔壁间的钻渣吹开，并用导管清渣，直至风管下到钻头底部。③按步骤②依次将钻头周边清理干净。④再从钻杆内部进行反循环清碴，将钻杆内沉碴清理干净，并使钻杆内外贯通。⑤沉碴清理完毕后，启动钻机，边旋转与提动钻杆，将被埋钻头提出孔外。预防措施主要有①针对不同的地层、选用合理的钻进参数、改进钻头的内顶角，调整泥浆指标；②定期对泥浆性能指标进行检查，严格控制含砂率、粘度和比重，控制护筒内水头比外部高不少于1.5m；③严防糊钻，及时观查出渣、出水情况，发现不正常，及时提出钻锥检查；④控制配重直径，其至少应比设计孔径小15cm；⑤遇到坍方或其他原因造成埋钻时，应使用空气吸泥机吸走埋钻的泥沙，提出钻头，或者采用护筒跟进的方式护壁、清渣提出钻头。

3 卡锤事故

3.1 工程背景

某大桥南岸主墩桩设计直径2.5m，桩长均为65.5-85.4m，共计60根。桩基下卧基岩为花岗岩，入岩深度达9m，且岩石倾斜角度较大。地层自上而下为素填土、淤泥、粉质粘土、粉砂、粗砂、粉质粘土、粗砂、砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。桩基成孔采用JK-16冲击钻正循环钻进，锤头为五瓣锤，其中116-19#桩孔钻进至孔深68.8m后，开始提锤检查，但在距离孔底1.1m处发生卡锤。

3.2 事故处理

主要原因是①锤顶的转向环不灵敏，不能均匀地冲击桩孔，造成孔型不圆。②岩石倾斜角度较大，冲程、冲击频率不恰当，发生了斜孔。③泥浆含砂率大，没有及时除渣，导致底部含砂过多,提钻过程中孔壁对钻头产生较大的摩擦力。处理步骤：①首先进行清孔调浆，采用钻机尝试向上提拉锤头。②不成功后，使用导管对锤头周围的钻渣进行扰动后再提拉。③仍不成功，采用小锤头锤击振动使原钻头周围土体松动（也可增加辅助提升设备或采用孔底爆破方式），然后提出锤头。预防措施主要有①熟悉地质勘察资料，不同地层采用不同的钻进参数，特别是冲程的选择。②锤头维修后不能增加锤头直径，下放提升时缓慢进行。③孔口进行严格围护，防止异物掉入孔内。④防止塌孔。

4 串孔事故

4.1 工程背景

某大桥CB04段共计442根嵌岩桩。下卧地层主要为：软土+粘性土+砂层+强风化花岗岩+中风化花岗岩。施工采用ZJD4000气举反循环成孔，其中5#桩已完成钻孔工作，处于停机待检状态；相邻3#桩钢筋笼安放到位并开始混凝土灌注，当灌注混凝土面至平台18m处，孔内水位急剧下降至平台38m处。而此时5#桩孔内水位瞬间满出，使用测绳测量孔深，孔底距平台仅48.56m，确定3#、5#桩孔发生串孔。

4.2 事故处理

处理方案：①3#孔采用间歇灌注完成。②待3#孔混凝土强度达到设计强度的75%后，采用冲击钻对5#桩重新成孔。预防措施主要有①采取跳打施工，相邻施工桩孔距离应大于3.5倍桩直径。②控制好混凝土的灌注速度。③防止塌孔。

5 塌孔事故

5.1 工程背景

某大桥CB03标32-3号桩于6月14日钻进至-87.3米时动力头气封损坏，修理后重新钻进时发现上水不正常且钻机蹩钻厉害无法钻进，提钻到护筒内用测绳测孔深，发现只有-68米，塌孔事故。

5.2 事故处理

分析如下：①泥浆性能差，施工中比重下降到1.0，粘度16.7s；②泥浆漏失严重，施工人员未及时补浆，导致水头下降达2m；③现场操作人员经验不足。处理方案：①造浆和补浆后，采用导管进行清孔换浆；②清孔中出现漏浆现象，采用锯末、水泥、CMC纤维素等堵漏材料堆漏；③等孔内稳定后，重新钻进。预防措施主要有①护筒长度满足要求且进入稳定地层不少于1m。②监控泥浆指标和泥浆液面高度。

6 结论

本文根据具体工程案例详述了大直径桩施工中常见事故的处理和预防措施，希望对事故预防和处理有所帮助，并期结合其它措施的有效落实，更好的杜绝或减少事故的发生。