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鉆孔灌注樁常見工程事故及預防措施
摘要介紹了鉆孔灌樁常見的工程事故,包括:地質勘探資料和設計文件存在的問題、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泥漿含砂量大等,并提出相應的預防措施,以供。
關鍵詞鉆孔灌注樁;工程事故;預防措施
鉆孔灌注樁具有低噪音、小震動、無擠土、對周圍環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、適應各種地質條件和不同規模建筑物等優點,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,同時也使單柱的設計成為可能。對于長樁、大樁,其施工難度大,易發生質量事故。而單柱設計對樁的質量要求高,發生質量事故后,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量事故加以分析,找出質量事故發生的原因,研究相應對策,盡可能防止質量事故發生。
1地質勘探資料和設計文件存在的問題
地質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題。設計文件主要存在對地質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,在樁基礎開始施工前,應針對這些問題對地質勘探資料和設計文件進行認真審查。另外,對樁基礎持力層厚度變化較大的場地,應適當加密地質勘探孔,必要時進行補充勘探,防止樁端落在較薄的持力層上而發生樁端沖切破壞。場地有較厚的回填層和軟土層時,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,當工程地質勘探采用相對高程時,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。每根樁開孔時,合同雙方的技術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:一是場地平整度和密實度差,鉆機安裝不平整或鉆進過程中發生不均勻沉降,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措施為:一是壓實、平整施工場地;二是安裝鉆機時應嚴格檢查鉆進的平整度和主動鉆桿的垂直度,鉆進過程中應定時檢查主動鉆桿的垂直度,發現偏差應立即調整;三是定期檢查鉆頭、鉆桿、鉆桿接頭,發現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,應低速低鉆壓鉆進。發現鉆孔偏斜,應及時回填黏土,沖平后再低速低鉆壓鉆進;五是在復雜地層鉆進,必要時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個相反面,實際上產生的原因卻基本相同。主要是地層復雜、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,成孔速度應控制在2 m/h以內,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%,若孔內造漿不能滿足以上要求時,可采用加黏土粉、燒堿、木質素的方法,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鍵,現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,可根據地質資料的深度,結合現場取樣進行綜合判定。對于樁端持力層為強風化巖或中風化巖的樁,判定巖層界面難度較大,可采用以地質資料的深度為基礎,結合鉆機的受力、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泥漿含砂量過大
孔底沉渣過厚的原因除清孔泥漿質量差、清孔無法達到設計要求外,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,應采用丈量鉆桿長度的方法測定,取孔內鉆桿長度+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,有條件時應優先采用泵吸反循環清孔。當采用正循環清孔時,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。清孔整個過程應專人負責孔口撈渣和測量孔底沉渣厚度,及時對孔內泥漿含砂率和孔底沉渣厚度的變化進行分析。若出現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,砂粒懸浮在孔內泥漿里,沒有真正達到清孔的目的,施工時應特別注意這種情況。
5水下砼灌注和樁身砼質量問題
砼配制質量關系到砼灌注過程是否順利和樁身砼質量兩大方面,要配制出高質量的砼,首先要設計好配合比和做好現場試配工作,采用高標號水泥時,應注意砼的初凝和終凝時間與單樁灌注時間的關系,必要時添加砼緩凝劑。施工現場應嚴格控制好配合比(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生離析和堵管。
5.1初灌時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,初灌時導管埋深應≥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,施工單位準備的導管長度規格太少,安裝導管時配管困難,有時導管至孔底的距離偏大,而導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、導管安裝長度、孔內泥漿密度進行計算,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;D為設計樁徑(m)。V1為初灌時導管內積存的砼量,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灌注砼時堵管
灌注砼時發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間太長、隔水栓不規范、砼配制質量差、灌注過程中灌注導管埋深過大等原因引起。灌注導管在安裝前應有專人負責檢查,可采用肉眼觀察和敲打聽聲相結合的方法進行檢查,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,其長度應≤200 mm。完成第2次清孔后,應立即開始灌注砼,若因故推遲灌注砼,應重新進行清孔。否則,可能造成孔內泥漿懸浮的砂粒下沉而使孔底沉渣過厚,并導致隔水栓無法排出導管外而發生堵管事故。
5.3灌注砼過程鋼筋籠上浮
若發生鋼筋籠上浮,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,使孔內砼過早結塊,當砼面上升至鋼筋籠底時,砼結塊托起鋼筋籠。二是清孔時孔內泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過程中砂粒回沉在砼面上,形成較密實的砂層,并隨孔內砼逐漸升高,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
發生樁身砼強度低或砼離析的主要原因是施工現場砼配合比控制不嚴、攪拌時間不夠和水泥質量差。因此,嚴格把好進庫水泥的質量關,控制好施工現場砼配合比,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導管根本就沒有入砼內。二是砼灌注過程拔管長度控制不準,導管拔出砼面。三是砼初凝和終凝時間太短,或灌注時間太長,使砼上部結塊,造成樁身砼夾渣。四是清孔時孔內泥漿懸浮的砂粒太多,砼灌注過程中砂粒回沉在砼面上,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。嚴重時可能造成堵管事故,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間。砼灌注過程中拔管應有專人負責指揮,并分別采用理論灌入量孔內砼面和重錘實測孔內砼面,取兩者的低值來控制拔管長度,確保導管的埋管深度≥2 m。單樁砼灌注時間宜控制在砼初凝時間的1.5倍以內。
5.6樁頂砼不密實或強度達不到設計要求
樁頂砼不密實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。此法的處理過程必須在砼的初凝時間內完成。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結語
引起鉆孔灌注樁質量事故的原因較多,各個環節都可能會出現重大質量事故。因此,在樁基工程開工前應做好各項準備工作,認真審查地質勘探資料和設計文件,實行會審和技術交底制度,做好現場試樁工作。施工過程抓好泥漿和砼質量,詳細做好各項施工記錄,牢牢把好鉆孔、清孔和砼灌注等關鍵工序的質量關,是防止質量事故發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防措施[J].遼寧科技,2005(8):55-57.
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