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钻孔桩施工中相关问题的处理措施
钻孔桩施工中相关问题的处理措施
[摘要] 钻孔桩是最普遍的基础形式，本文通过对桥梁工程施工中出现的钻孔桩事故的分析，介绍了一些钻孔桩事故和质量缺陷的处理方法。 [关键词] 钻孔桩；施工对策；缺陷处理； 1 概述钻孔桩基础施工简便、操作易掌握、设备投入一般不是很大。因而，无论在铁路、公路、水利水电等大型建设，还是在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛应用。钻孔桩是在泥浆护壁条件下，利用机械钻进形成桩孔，采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。钻孔、灌注混凝土都是在水下进行，工程质量只能通过科学的过程控制和完工后的仪器检测来确认。因而，对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。如何有效地避免钻孔过程中出现钻头掉落和灌注水下混凝土过程中发生断桩等现象，杜绝混凝土夹碴、不均匀的质量弊病，发生施工质量问题后如何恰如其分地处理以保证整个工程的质量是工程界一直在研究而又未能彻底解决的问题。 2 钻孔过程中出现的相关问题的处理 2.1 偏斜孔 钻机安装时，支撑不好、桩孔地质构造不均匀等因素引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜，导致出现偏孔。 2.1.1因钻机倾斜造成的应先移开钻机，检查钻孔壁情况，如果钻孔壁比较稳定，则应加固施工范围内的地基或加大钻机的支撑面积，而后，重新安装钻机恢复施工；钻孔壁随时有坍塌可能的，应将钻孔回填至原地面，待地层静置稳定后重新开始钻孔。 2.1.2地质构造不均匀引起的，先分析清楚岩层的走向，尔后采用适当的回填材料（回填材料一般为片石加黏土、纯碱、锯末等组成的混合物）将钻孔回填至计算确定的高程处，静置一段时间后恢复施工。孔中心偏差小于20cm的，静置1～2h后可以继续钻孔。孔中心偏差大于20cm的，应根据情况静置2h甚至更长的时间待地层沉积稳定后恢复钻孔施工。穿过倾斜岩层过程中，应采用自重较大的复合式牙轮钻、冲击钻，以慢速钻孔。 2.2 护筒脱落由于护筒背后回填质量不好受地面流的浸泡等因素引起的护筒失去稳定、脱落。出现护筒脱落应立即停止钻孔，将钻机移开，采取相应措施处理。由于地面流水引起的可先排除流水，在原地面上填一层黏土使地面干燥、不渗漏，而后，重新安装护筒（作好护筒背后填筑）恢复钻孔施工。 2.3 卡钻钻孔经过岩层分界面时相邻岩层强度差别较大、操作中未及时根据地质情况调整钻头的行程等原因引起“卡钻”现象。针对发生“卡钻”的原因采取相应的方法处理： 2.3.1 由于“探头石”引起的卡钻现象，可以适当往下放钻头，而后，强力快速往上提，使“探头石”受瞬间冲击缩回，从而顺利提起钻头。 2.3.2 因钻头穿过岩层突变处导致的卡钻，优先采用水下爆破的方法进行处理。在整体岩层中此方法容易奏效，砂土地层中不宜采取此方法处理。 2.3.3由于机械故障导致钻头在浓泥浆中滞留时间过长造成的钻头无法提升现象，应采取插入高压水管置换泥浆的方法进行处理。 2.4 缩孔缩孔是在饱和性粘土、淤泥质黏土，特别是IL＞1.0处于流塑性状态的土层中出现的特有现象，其原因是此类地层含水高、塑性大，钻头经过后钻孔壁回缩，从而导致钻孔的直径小于设计的桩直径。针对发生缩孔的原因，采取块、卵石土回填，而后用重量较大的冲击钻冲击，挤紧钻孔孔壁的办法处理；或者采用在导正器外侧焊接一定数量的合金叶片进行旋转清理的办法。 2.5 掉钻由于机械故障、钢丝绳断裂、孔壁坍塌等因素造成钻头落入孔底的现象通常称“掉钻”。发生“掉钻”后，应及时采取恰当的方法实施打捞。 2.5.1钻孔壁稳定的情况，直接用钻机起吊“打捞器”入孔进行打捞。。打捞前，先用“探针”探明钻头在孔中的位置为制定打捞方案提供依据。打捞设备和打捞操作方法必须保证在抓住钻头后尽量一次成功，避免起吊至空中再度落入孔中的现象发生。 2.5.2钻孔壁出现局部坍塌将钻头埋没且大部分钻孔壁处于稳定时，应先加大孔内泥浆的浓度，将旋转钻头放入安全的深度范围搅动泥浆以加强钻孔壁，而后，采取“气举法”清除钻头上方的沉积土和淤泥，确认钻头已露出后再实施钻头的打捞工作。钻孔壁随时有继续坍塌可能时，先在孔内安装长钢护筒、搅拌桩围护、帷幕法等方法加固钻孔壁，而后打捞钻头。 3 水下混凝土灌注中出现问题的对策 3.1 封底失败由于首批混凝土数量过小、孔底的沉碴厚度大等原因导致首批混凝土灌注入孔后，未实现水下混凝土封底的现象称为封底失败。封底失败后，应立即暂停灌注，及时对孔内已灌注的混凝土进行清理。 3.1.1地层稳定性较好的，应采取导管内安装高压风管进行二次清孔的方法将已灌注的混凝土清理干净，重新请示监理检查，符合规范要求后可以重新开始水下混凝土灌注。 3.1.2地层稳定性差或高压清孔的方法不能奏效则应及时拆除导管、拔除钢筋笼，将钻机安装到位，将未灌注混凝土部分钻孔回填，待地层沉积稳定后用冲击钻清除已灌注的混凝土，达到孔底设计标高后，请示监理单位检查合格后进行水下混凝土灌注。 3.2 卡管因混凝土和易性差、混凝土中含有大块度骨料或受潮凝固的水泥块、灌注混凝土冲击力不足等原因导致水下混凝土灌注过程中无法继续进行的现象统称为“卡管”。 3.2.1由于混凝土质量造成的导管堵塞，可以少量（根据堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋深确定）提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注混凝土数量而后快速提升再迅速下放，以冲击疏通导管的方法进行处理。 3.2.2 由于混凝土冲击力不足造成的，应及时加长上部导管的长度，而后，以一次性较大量混凝土冲击灌注达到疏通导管的目的。 3.2.3 采取“二次砍球法”进行处理。具体操作方法：将导管插入已灌注混凝土中0.5～0.8m，而后按照水下封底的操作方法实施二次封底。以上几种方法处理不能奏效应立即停止，认为已断桩。 3.3 断桩由于灌注中提升导管失误、混凝土供应中断（下雨、停电、机械故障等）或导管漏水等原因导致导管中已灌注的混凝土与导管的混凝土隔断，无法继续灌注的现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低到最小。并采取以下办法处理： 3.3.1断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一以下时，一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。 3.3.2断桩截面位置处于设计桩全长的三分之二以上且距离孔口深度不大于10m时，先进行钻孔壁加固，而后进行钻孔桩的接长比较经济。 3.3.3断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一与三分之二之间的，应对各种处理方法进行对比，选择经济、可行的处理方法。墩（台）桩布置有条件变更，桩布置改变造成的损失较小的，应积极与设计单位联系争取变更设计；桩布置无法改变但可以增加桩的，最好由设计单位提供增加桩方案，实施增加基桩；不具备以上两类情况的一般应及时采取冲击钻处理后原位恢复。 3.3.4桩长大于50m的桩出现的断桩情况，应对处理方案详细论证后着手，切勿盲目操作以免带来较大的损失。 3.4 钢筋笼上浮由于钢筋笼的加固不可靠或灌注过程中操作因素带来的钻孔桩钢筋笼移位现象统称钢筋笼上浮。 发现钢筋笼上浮，应立即暂停灌注，采取以下措施进行处理。 3.4.1对于钢筋笼上浮在1倍直径以下的可以在采取有效防止上浮的措施后继续灌注。悬吊钢筋焊缝脱落的，应及时补焊；悬吊钢筋弯曲的情况应增加钢管支撑。 3.4.2钢筋笼上浮比较严重的必须拔出钢筋笼，比照断桩进行处理。 4 灌注成桩后发现的质量缺陷的处理 4.1 桩全长小于设计要求这种缺陷可分为两类：处理桩头后，混凝土顶面高程小于设计要求、钻孔底部沉积的虚碴在清孔时未清理干净导致桩全长小于设计、嵌入基岩深度小于设计。针对具体情况分别采取相应措施处理。 4.1.1桩顶高程小于设计要求的原因是混凝土灌注终孔时控制失误。基坑开挖后进行钻孔桩的接长。接长施工前，先清理干净混凝土以上的浮碴和松散混凝土等，将顶面人工凿修平整。尔后，在护筒防护下开挖接长部分的桩孔。接长部分桩孔直径应大于设计钻孔桩直径40cm，深度从平整后混凝土面向下不小于接长部分桩孔直径的一倍。开挖后，将原灌注的混凝土表面清理干净，灌注混凝土至设计位置。接长部分混凝土的强度应比原设计提高一个等级，新旧混凝土的接合面必须作好混凝土的接茬处理。 4.1.2因钻孔桩底部沉积物未清理干净造成的桩全长小于设计现象处理的难度较大。一般可以在征得设计单位同意的前提下，采取钻孔桩底部压浆或者高压注浆处理。 4.2 桩体混凝土不连续由于灌注过程中，发生的孔壁局部坍塌的杂物等侵入混凝土、混凝土和易性差等因素在桩体形成夹层导致钻孔桩混凝土不连续。对于此类问题，应积极与设计单位协调采取合理措施处理。 4.2.1对于钻孔桩底部混凝土夹碴的情况，采取桩底部压浆或者高压注浆方法处理。 4.2.2 桩体的少量夹层或不连续，用小型冲击钻钻一系列小直径的孔进行置换清理泥浆和杂物（钻孔直径60～75mm，桩中心一个孔，其余3～4个孔分布在以桩中心为圆心，直径为450mm左右的圆周上）。清理后，进行高压注浆处理。 4.2.3 对于夹层较严重的，在钻孔桩中心处钻一个直径75mm孔探明缺陷范围。而后，以钻孔桩中心为圆心，采用冲击钻钻直径80～100cm的孔，而后人工入孔清理，清理结束后，灌注高强混凝土。综上所述，钻孔桩事故处理的方法很多，难度也较大，无论采取什么先进的办法处理都将对工程的进度、质量及施工企业的信誉带来不可忽视的影响。因此，在钻孔桩施工中必须作到每个工序严格按照规范操作，水下混凝土灌注统一指挥、紧张而有序，对可能出现的问题制定切实有效的防范措施，尽最大努力杜绝事故的发生。 5 钻孔桩发展展望随着施工工艺的更新，相继出现了钻孔后灌浆桩、钻孔扩底桩等新工艺、新技术，为钻孔桩基础的应用拓展了更广阔的空间。

山区岩溶发育地区挖孔灌注桩施工
一、工程概况
贵州省清镇到镇宁高速公路属于沪瑞国道主干线的重要组成部分，位于清镇红枫湖风景区内的东苗冲一号高架桥作为清黄公路最长的一座桥梁是清镇公路的关键性控制工程项目这一,该桥全长791.58米，桥梁上部构造左右半桥分别采用26×30m、23×30 m预应力砼T梁连续刚构，采用先简支后连续施工方法形成连续梁桥。桥墩台基础均采用直径为Ø180㎝挖孔灌注桩。由于该桥位于贵州典型的岩溶发育地区，地质情况复杂，所以挖孔施工工艺具有一定的特殊性。
二、地质情况
本桥跨越大扁山的东苗冲坡地，地表高差起伏大。桥址区属岩溶峰丛谷地貌，桥位地表为较薄的第四系残坡土层，下伏基岩为上二叠统碎屑岩及下二叠统碳酸盐岩。受高二田断层及区域构造影响，该地区岩石裂隙发育，地下水畅通，导致岩溶发育形成较大溶洞。对桥梁桩基施工有较大影响。
三、孔桩开挖
由于本桥孔桩均较深，所以土方开挖采用一般的挖掘工具进行开挖并用卷扬机配合出土。土质区段的开挖采用边开挖边护壁的形式进行，护壁为了有效阻断地下水采用倒齿形护壁如下图示：

对于石质地段开挖采用钻爆法进行，一般一次开挖深度不超过50㎝，石质地段开挖打眼一般采用手提式风动凿岩机进行打眼作业。具体炮孔布置在孔中心位置打一深度为80㎝的孔眼，在半径为30㎝的圆环均匀布置7个深度为70㎝的炮眼并装入每孔0.4Kg硝铵炸药；在半径为70㎝的圆环上均匀布置9个孔为70㎝深的炮眼并每孔装入0.3㎏硝铵炸药。起爆均采用电雷管起爆，在外径为30㎝的一环均安装1段毫秒迟发电雷管，在外径为70㎝的一环炮眼使用6段毫秒迟发电雷管。炮孔布置如下图所示：

采用这一爆破开挖方式一般可一次进尺50㎝左右且对孔壁的损坏程度较小。对于爆破后少量达不到孔径的地点可采用风镐进行凿除。
四、特殊地质情况处理
1、裂隙区段的开挖及处理
对于裂隙区段由于桥位处地下水较丰富，裂隙内多存有软塑状或流塑状粘土。该类型地质开挖时先按石质地段进行爆破，在爆破完成后开始出渣前应事先准备一定数量的普通砖及早强砂浆。在出渣时每出约20㎝左右就应先掏掉裂隙内深约22㎝的粘土再迅速用砖及早强砂浆将裂隙封闭，裂隙封闭后即用早强砂浆将裂隙补平，补平后即可开始下一轮次的掏渣工作。如此往返直到该次爆破出的石渣出完为止，对于裂隙区段的开挖一但完成爆破工作就必须连续作业处理完该次爆破松动区段，否则可能出现孔内大量涌入淤泥导致大大增加出渣量的情况。
2、溶洞处理
由于桥位区岩溶发育，所以有相当多的孔桩进入地下溶洞而且部分孔桩还多次穿过多层溶洞。由于地下水发育且裂隙较多，地面土大量流入溶洞内形成软塑状及流塑状的粘土。对于这种情况一般应先较准确的判别待开挖区域是裂隙还是溶洞，判别方法主要是根据设计提供的地质资料结合打爆破眼及爆破时情况进行判别。打眼时如果多个眼孔均打入空腔，可用长钢筋插入孔内进行探孔，以探明溶洞的深度及洞内是否有填充物及一般任手感可大至判别填充物的状态。还有一种情况是炮孔起爆但孔底岩石并没有炸开，出现这种情况一般恰巧下部抵抗线小于上部抵抗线导致岩石下部被炸碎。出现这种情况后可加长钻钎重新打眼，一般加长50㎝左右即可探明下层地质情况。根据初步判定的情况对照设计提供的地质报告就可较准确的判断出溶洞的深度及洞内填充物的状态。以便进一步采取措施进行施工，如果溶洞较深且洞内填充物为流塑状态，可改用冲击成孔的方法成孔。如果溶洞较浅或洞内填充物为软塑或干燥状态，就继续采用挖孔桩方法进行成孔。对硬塑或干燥状态的填充物可按一般土质孔桩的开挖方法进行开挖。对于空腔溶洞,如果溶洞较窄小可对洞壁进行处理后继续下挖。如果溶洞的体积较大则需制作钢护筒连接上下层孔桩，千万不能采用砖砌护壁或预制素砼护壁代替钢护筒。因为孔桩砼浇筑时会产生较大的侧压力，使护壁产生较大的拉应力，而砖石及砼等材料的抗拉强度较低，很容易发生开裂，从而引发质量及安全事故。
对于有软塑填充物的溶，可采取先交叉打入竹片的办法进行开挖，如下图所示：


在开挖到软塑土层时，应立即对上层进行护壁处理，然后沿护壁四周交叉打入第一层竹木片，竹木片的长度一般为40～50㎝，打入密度可根据实际情况确定。竹木片打入后立即进行开挖，一般开挖30㎝左右应立即打入第二层竹木片，竹木片打好后立即进行护壁施工，对软塑区段护壁一般采用30㎝为一次护壁高度。根据我们在东苗冲特大桥孔桩内施工的经验这种办法处理软塑状粘土一般均能顺利穿过不良地层。
3、深孔排水
由于该桥址处地下水较丰富，孔桩护壁采取了阻水措施，但仍不能完全保证孔内无水作业。这就需要采取排水措施，由于本桥孔桩较深（最深的165号孔孔深为46米）用普能的20～30米扬程的水泵无法排除孔内渗水，而采用扬程较大的水泵由于水泵本身自重较大开挖过程中移动十分不便。对于这个情况，我们采用分级储水，分级排水的办法进行排水。每隔一定的高度（一般为15米左右）设置一用薄钢板制成的深约60㎝半圆形水桶支承于护壁时预埋的钢筋上，这样就可用较小的水泵进行排水。
4、孔桩开挖中的安全措施
由于桥孔桩具有孔深、地面坡度大、有地下渗水且有软弱夹层的情况，所以安全管理工作在本桥施工中显得特别突出。孔桩第一次护壁时应高出孔口50㎝，以免小石子等掉入孔内伤人。对于深孔作业一般开挖深度超过15米后或爆破过后即开始用风机或空压机向孔内送风。每班次工作人员上下孔的时候都应对孔壁进行检查，及时发现安全隐患并及时采取处理措施，每排孔桩均设立一名专职安全员进行旁站安全管理。通过以上管理措施，本桥孔桩开挖施工过程中无一例安全事故发生。
五、检孔
在孔桩开挖深度及嵌岩深度均达到设计要求时，即可进行清孔作业。清孔时先用风镐将孔底松散岩石凿除，并将孔底大致凿平整。用自制探孔器由孔口放入孔内检查孔桩的垂直度及截面尺寸是否符合设计及规范要求。由于本地区属于岩发达地区，所以应遂孔进行钎探。钎探一般每孔沿距孔边30㎝左右的圆环上均匀布置3个钻探孔，用风枪打钻深3～5米探查孔底岩层板厚及完整性，最终决定是否终孔。
六、下钢筋笼
本桥地形特点是地面高差起伏大，同一排孔桩或相邻墩号间地面高并可达20米。再加上本桥位于红枫湖风景区内，对原地形地貌要做到尽量保持原状。所以本桥孔桩钢筋笼没有采用通常所用的吊车整体起吊入孔的方式下孔。而采用小型机具配合人工方式下孔。具体做法是在孔桩通过监理工程师验收后及时用5㎝木板将孔口全部覆盖，再在孔上方用Ø48×2.5的钢管搭设井架，井架立柱管的用量应根据钢筋笼的重量确定。再井架上设一横梁作为钢筋笼的承重梁，承重梁上挂一个5吨倒链。左孔位处放样并扎制钢筋笼，一般扎制3米高左右放一次钢筋笼入孔，在放完一次后应立即用2根钢管穿入钢筋笼内以防止钢筋笼下滑，如此返复下放即可完成整个孔桩钢筋笼的下孔作业。通过实践采用这种方法下钢筋笼，一般深度在30米左右的孔桩一昼夜即可完成。在这种较特殊的地形条件下采用这种方法下钢筋笼既经济且较少破坏生态，在我们贵州多山且生态脆的实际条件下应该是非常适用的。
七、灌注砼
砼的灌注采用现场拌和用输送泵送入孔内的方法进行灌注作业。在砼灌注前应在拌和机及输送泵及泵管内存好砼，最后一次清除孔内积水。一次性连续灌注深度超过3米的砼即可封闭由于嵌岩段未作护壁发生的渗水，第一次封闭后立即采用振动棒进行振捣。第一次封闭工作完成后即可按常规灌注方法分层灌注分层振捣。孔桩灌注完成后的标高应较设计标高高出20～30㎝，以预留凿除浮浆层高度。
八、结束语
本桥在特殊的地质条件下，通过上述施工方法进行施工，使该桥总计115根孔桩优良率达到100％。对地形原生态的保护达到最大化，并且取得了较好的经济效益。

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