淺析沖擊鉆鉆孔施工中的事故原因及防治措施

郭幸福

【摘 要】在橋梁樁基礎施工中，由于地質等方面原因會出現(xiàn)坍孔、縮孔、斜孔、漏漿、卡鉆、埋鉆等各種施工難題，本文從鉆孔灌注樁的施工工藝、事故原因、防治措施等方面進行論述，希望對類似問題處理有借鑒價值。

【關鍵詞】沖擊鉆；鉆孔；坍孔；卡鉆；清渣

1 引言

沖擊鉆鉆孔灌注樁是目前高速公路、鐵路橋梁基礎普遍采用的基礎形式，它具有施工設備簡單、操作方便、安全等諸多優(yōu)點，且具有單樁荷載大、孔徑大、持力層較深的特點，但其屬隱蔽工程，受地質、有無水、埋置深淺及樁的承載形式、截面面積等因素影響，施工時會出現(xiàn)各種故障，如何預防一些可以避免的工程事故，以及出現(xiàn)事故后又該如何處理，諸如此類的問題一直是廣大工程施工者亟需解決的問題，本文結合鶴大高速公路工程中鉆孔灌注樁施工，分析沖擊鉆鉆孔灌注樁施工中出現(xiàn)事故的原因及防治措施。

2 鉆孔常見事故原因及防治措施

2.1 坍孔

在鉆孔過程中，如果發(fā)現(xiàn)鉆孔內水位突然下降，孔口冒細密的水泡，就表示有孔壁坍陷跡象。此時，出渣量顯著增加卻不見鉆頭進尺，隨之鉆孔負荷顯著增加，泥漿泵壓力突然上升，極易造成憋泵。所以一旦坍孔，鉆孔便無法正常進行，由此易造成掉鉆、埋鉆事故。

2.1.1 造成坍孔原因

（1）土質松散，泥漿相對密度不夠，泥漿護壁不好，使孔壁未形成堅實的泥皮狀態(tài)。

（2）松軟地質層鉆進過快或回轉速度過快，空鉆時間過長，或沖程太大。

（3）出渣后未及時補充泥漿，或由于地質原因孔內出現(xiàn)透水層，使孔內泥漿流失造成孔內水頭高度不夠，或孔內水位低于地下常水位。

（4）護筒埋置過淺，周圍未用粘土緊密填封，下端護筒孔口漏水、或孔口長期浸泡松軟。

（5）有重型機械在周圍作業(yè)，震動強度過大，或鉆機接觸護筒，震動使孔口坍塌。

（6）清孔后泥漿的相對密度、粘度等指標降低，清孔時間過長或停頓時間過長，或將泥漿循環(huán)管口直對孔壁。

（7）吊放鋼筋籠時碰撞孔壁。

（8）成孔后待灌時間或砼灌注時間過長。

2.1.2 防治措施

（1）重視護筒埋設環(huán)節(jié)，在松散易坍的土層中，護筒的埋置深度適當加大，周圍必須用粘土緊密填封，確保護筒埋置穩(wěn)固、嚴密。

（2）選用優(yōu)質泥漿，隨時注意控制泥漿比重，在松散粉砂土或流砂中鉆孔時，應選用較大比重、粘度的泥漿。選用優(yōu)質粘土制作泥漿，要求粘土中不得含有沙石等雜質，對泥漿的相對密度、粘度、膠體率進行嚴格控制，使其各項指標均達到合格，必要時投入適量片石，低沖程錘擊，使片石粘土混合物擠入孔壁，從而起到較好的護壁作用。鉆孔上段6～7米時，可不必向孔內輸入清水，讓鉆渣自然形成濃稠的低質泥漿護壁，特別是護住護筒底腳處的孔壁（這一位置最易坍塌）。

（3）控制孔內水位，始終保持孔內水位高于地下水位，地域性水位變化過大時，采取增高水頭、提高護筒等方式保證水頭的穩(wěn)定。

（4）控制鋼筋籠的吊放，搬運、吊裝鋼筋籠時，防止變形，吊放時對準孔位，使鋼筋籠緩慢、順直、勻速下落，謹防碰觸孔壁，鋼筋籠焊接應加快速度，盡可能縮短沉放時間。

（5）清孔時應指定專人負責補水，既要保證鉆孔內必要的水頭高度，又要保證供漿管不正對孔壁，沖刷孔壁。

（6）控制砼待灌時間，灌注砼時，提高導管的拆裝效率，盡可能縮短砼的灌注時間。

（7）發(fā)生孔口坍塌時，可立即拆除護筒并回填鉆孔，重新埋設護筒，將護筒周圍土夯實填密實重新鉆孔，坍孔部位不深時，可用深埋護筒法。

（8）發(fā)生孔內坍塌時，判明坍塌位置，回填片石和粘土（或砂礫和粘土）混合物到坍孔處以上1～2m，小沖程錘擊，擠壓護壁，如坍孔嚴重時應全部回填，待回填物沉積密實后再進行鉆進。

（9）因地質原因造成塌孔的，如遇溶洞、暗河、流沙層等，則會同業(yè)主、設計、監(jiān)理、地質檢測等部門研討處理方案，由上級部門出臺相關措施辦法，方可進行施工。

2.2 鉆孔偏斜

成孔后出現(xiàn)較大垂直偏差或彎曲，斜樁斜度超出規(guī)范范圍或樁位偏離設計樁位等稱為鉆孔偏斜，鉆孔偏斜會使灌注樁施工時鋼筋籠難以吊入，或造成樁的承載力不滿足設計要求。

2.2.1 偏斜原因

（1）鉆機安裝就位穩(wěn)定性差，鉆機底座未安置水平或是產生不均勻沉降。

（2）鉆孔中遇有較大孤石或探頭石。

（3）作業(yè)時，鉆桿彎曲，接頭不正。

（4）軟硬地層交界處，巖面材質硬度相差懸殊，巖面松軟側鉆進，或巖層呈斜狀分布或遇卵石層，鉆頭受力不均造成偏斜。

2.2.2 防治措施

（1）因鉆機傾斜方面造成的，安裝鉆機時要使轉盤、底座水平，使滑輪軸、護筒中心、樁位三者在一條垂直線上，并經常檢查校正。已造成偏斜的應先移開鉆機，檢查鉆孔壁情況，如果鉆孔壁比較穩(wěn)定，則應加固施工范圍內的地基或加大鉆機的支撐面積，而后，重新安裝鉆機恢復施工。

（2）因地質構造引起的，如遇到不均勻地層、斜狀巖層或碰到孤石時，先分析清楚巖層的走向，而后采用適當的回填材料（回填材料一般為片石加粘土等組成的混合物）將鉆孔回填至計算確定的高程處，靜置一段時間后恢復施工，并應采用自重大的鉆機，施工時應控制進尺，低速鉆進。

（3）偏斜較小時，確定偏斜位置，在偏斜處吊住鉆頭上下反復掃孔，以便削去硬土，使孔正直；偏斜嚴重時，應回填粘土、片石等組合材料到偏斜處0.5m以上，待沉積密實后再繼續(xù)鉆進，也可以在開始偏斜處設置少量炸藥（少于1kg）爆破，然后用砂礫石和片石等回填到該位置以上1m左右，待沉積密實后重新沖鉆。

2.3 擴孔

擴孔現(xiàn)象在鉆孔樁施工中比較常見，一般表現(xiàn)在樁體局部孔徑過大，經常說的“大肚子”。

原因以出現(xiàn)暗河、流沙、溶洞等地質原因造成最為突出，在地下水呈運動狀態(tài)、土質松軟的地質結構層易出現(xiàn)擴孔，如操作不當鉆錘擺動過大也易出現(xiàn)擴孔，擴孔嚴重則為塌孔。

若孔內局部的擴孔，鉆孔仍可達到設計要求的深度，則不必進行處理，只是在灌注過程中加大砼的數量，控制砼灌注過程中的孔深檢測則已。若擴孔嚴重至孔內坍塌，影響鉆進時，則按塌孔事故原則處理。

2.4 掉鉆、埋鉆、卡鉆

鉆頭脫開鋼絲繩掉入孔內視為掉鉆，掉鉆后坍孔將鉆頭埋住視為埋鉆，鉆頭卡在孔內無法上下運作視為卡鉆。

2.4.1 掉鉆、埋鉆、卡鉆原因

（1）操作不當，強提、強扭，使鋼絲繩超負荷斷裂。

（2）鋼絲繩繩卡錨固不牢固或是過度陳舊、磨損斷絲嚴重未及時更換。

（3）機械設備故障、電力故障引發(fā)。

（4）沖擊鉆孔時鉆頭旋轉不勻，產生梅花形孔，或孔內有探頭石等均能發(fā)生卡鉆。長護筒傾斜下端被鉆頭撞擊變形鉆頭傾倒也能發(fā)生卡鉆。

（5）鉆孔經過巖層分界面時相鄰巖層強度差別較大、操作中未及時根據地質情況調整鉆頭的行程等原因引起卡鉆現(xiàn)象。

（6）由于地質塌孔、墜落物等方面原因，落下的材料等造成卡鉆、埋鉆。

2.4.2 防治措施

（1）經常檢查機械、電力等，經常檢查鋼絲繩及聯(lián)結裝置的磨損情況，及時更換磨損件，防止掉鉆。

（2）熟悉樁位地質情況，用低沖程時，隔一段時間要更換高一些的沖程，使沖錐有足夠的轉動時間，避免形成梅花孔而卡鉆。

（3）為了便于掉鉆后打撈，需在鉆錘上預先焊接打撈環(huán)，再在打撈環(huán)上纏繞鋼絲繩等。

（4）對于掉鉆，宜迅速用打撈叉、鉤、繩套等工具打撈。

（5）對于埋鉆，較輕的是糊鉆，此時應對泥漿稠度，鉆渣，進出口，排渣設備進行檢查、計算，并控制適當的進尺。若已嚴重糊鉆，應減小沖程，降低泥漿稠度，并在粘土層上回填部分砂、礫石。

（6）鉆孔壁出現(xiàn)局部坍塌且大部分鉆孔壁處于穩(wěn)定時造成埋鉆，直接用鉆機起吊“打撈器”入孔進行打撈。打撈前，先用“探針”探明鉆頭在孔中的位置為制定打撈方案提供依據。應先加大孔內泥漿的濃度，將旋轉鉆頭放入安全的深度范圍攪動泥漿以加強鉆孔壁，而后，采取“氣舉法”清除鉆頭上方的沉積土和淤泥，確認鉆頭已露出后再實施鉆頭的打撈工作。打撈設備必須保證在抓住鉆頭后盡量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的現(xiàn)象發(fā)生。

（7）卡鉆時，不宜強提，只宜輕提鉆頭。如輕提不動時，可用小沖擊鉆沖擊，或用沖、吸的方法將鉆頭周圍的鉆渣松動后再提出。

（8）由于“探頭石”引起的卡鉆，可以適當往下放鉆頭，而后，強力快速往上提，使“探頭石”受瞬間沖擊縮回，從而順利提起鉆頭。

2.5 護筒漏漿

護筒外壁向外側冒水或泥漿成為護筒漏漿，護筒刃腳或鉆孔壁向孔外漏泥漿的現(xiàn)象稱鉆孔漏漿。一旦漏漿，護筒內水頭降低，孔內壓力并得不到保障，易引發(fā)坍孔，也會造成護筒傾斜、位移及周圍地面下沉。

2.5.1 形成原因

（1）護筒埋設太淺，周圍填土不密實，或護筒的接縫不嚴密，或護筒水位差太大，在護筒刃腳或其接縫處產生漏漿。

（2）鉆頭起落時，碰撞護筒，造成漏漿。

（3）鉆孔中遇有透水性強的流沙層、砂礫層或地下水流動的地層如暗河、溶洞等，鉆進時會有稀泥漿向孔壁外漏失。

（4）護筒內水位過高，水柱壓力過大，造成漏漿。

2.5.2 防治措施

（1）埋設護筒時，護筒四周土選擇含水量適當的粘土，要分層夯實。護筒采用鋼制護筒，其主要作用是固定樁位，控制孔口有一定的水頭，保護孔口防止塌陷，不穿孔。在旱地上埋設護筒一般采用挖埋法，埋置深度以進入好土不小于1m，并在護筒周圍對稱地、均勻地回填最佳含水量的粘土要分層回填夯實，以達到最佳密實度。在水中埋設護筒可采用振動加壓下沉法。護筒底一定要下沉至硬土1米以上，否則易坍塌、穿孔。

（2）起落鉆頭，要注意對中，避免碰撞護筒

（3）護筒刃腳漏漿，可用粘土在周圍填實、加固；如護筒接縫漏漿，可用潛水工下水進行作業(yè)堵塞。

（4）適當降低護筒內的水頭。施工中，嚴格控制好護筒內水位，一般情況下，以保護高于筒外施工水位1.5m為宜。水頭過高易從護筒底腳處產生空孔現(xiàn)象，水頭過低又會減弱孔內的水壓，降低外滲護壁作用，甚至產生“反滲”現(xiàn)象。

（5）如護筒嚴重下沉、位移，則應返工重埋護筒。

（6）因地質原因引起漏漿的，如孔壁漏漿不嚴重（如地層裂隙），可倒入粘土或填入片石、碎卵石土或增加水泥、鋸末等混合材料，以增強護壁。如孔壁漏漿嚴重，如遇流沙層、砂礫層暗河、溶洞等，則需向業(yè)主、監(jiān)理、設計等有關部門反應相關情況，由上級部門制定防治方案，進行“堵漏”。

2.6 樁底沉渣量過多

清孔的目的是抽、換孔內泥漿，降低孔內水的泥漿相對密度。樁底沉渣量過多，不僅使樁頂承載力降低，且易引起樁身砼產生夾層，甚至發(fā)生斷樁。

2.6.1 造成原因

（1）清孔不干凈或未進行二次清孔。

（2）泥漿比重過小或泥漿注入量不足，難以將沉渣浮起。

（3）鋼筋骨架吊放過程中未對準孔位，碰撞孔壁將護壁泥皮掛落孔底，鋼筋骨架對接時間過長，使泥漿沉積或塌孔。

（4）清孔后待灌時間過長，使泥漿沉積。

（5）機械等外界因素造成泥漿未形成循環(huán)，使泥漿沉積過厚甚至塌孔。

2.6.2 防治措施

（1）對機械設備等進行定期檢修，防止因故障影造成沉渣過多。

（3）成孔后，鉆頭提高孔底10cm-20cm，保持慢速空轉，維持循環(huán)清孔時間不少于30分鐘。

（4）采用性能較好的泥漿，控制泥漿的比重和粘度，不要用清水直接置換，根據設計要求、鉆孔方法、機具設備條件和土層情況選定適應方法，應達到降低泥漿相對密度、清除沉渣或盡量減少其厚度的目的。

（5）鋼筋骨架吊放時，孔位中心與鋼筋骨架中心對正，防止碰觸孔壁，加快鋼筋焊接速度，盡可能減少鋼筋焊接的時間，從而減少沉渣。

（6）清孔后，應從孔口、孔中部和孔底部分提取泥漿。測定要求的各項指標，要求這三部分指標的平均值，應符合質量標準的要求，取樣盒吊到孔底，灌注水下砼前取出樣盒檢查沉淀在盒內的渣土，其厚應不大于設計規(guī)定。

（7）開始灌注砼時，導管底部至孔底距離控制在30cm-40cm，應有足夠的砼儲備量，使導管一次埋入砼內1m以上，以利用砼的巨大沖擊力“吹漸”孔底沉渣，達到清除孔底沉渣的目的。

3 結束語

以上分析鉆孔灌注樁鉆孔施工事故原因及防治措施，其可實施性在實際施工中均得以驗證，進而正確、有效的指導了鉆孔灌注樁的施工，成樁質量得到明顯提高，對鉆孔樁施工具有一定的參考價值。希望施工或監(jiān)理人員增強責任心，沒有問題加強預防，出現(xiàn)問題冷靜處理，為百年工程打下堅實的基礎！

參考文獻：

1.中華人民共和國行業(yè)標準.JTG F80/1-2004 公路工程質量檢驗評定標準 第一冊 土建工程。

2.中華人民共和國行業(yè)標準.JTJ 041-2000 公路橋涵施工技術規(guī)范。