冲孔灌注桩常见事故的预防及处理措施

冲孔灌注桩常见事故的预防及处理措施

杨川

杨川

广州轨道交通建设监理有限公司510000

摘要：冲孔灌注桩具有穿透能力强、承载力高、稳定性好、适应性强、施工孔深不受限制等优点，广泛地应用于沿海地区基础工程中。但由于该桩型施工工序多、技术要求高、隐蔽性极强，致使施工过程中容易产生各种质量缺陷。因此，在施工中应严格控制质量。

关键字：冲孔；灌注桩；常见事故；预防及处理

一、冲孔阶段事故产生原因及其处理措施

开始冲孔之前，施工、技术人员应根据施工方法、水文地质条件，制定必要的技术措施，注意冲孔过程中每一个环节的变化，预防发生质量事故。

（1）坍孔（在成孔过程中或成孔后坍塌）

①提升、下落冲锤，清渣和钢筋笼碰撞孔壁；

②护筒周围未用粘土填封紧密而漏水，或护筒埋设太浅；

③未及时向孔内加泥浆，或孔内泥浆面低于孔外水位，或孔内出现承压水低于静水压力，或泥浆密度不够等；

④在流砂、软液泥、破碎地层、松散沙层中冲进，进尺太快。针对以上坍孔发生的原因，可以采取以下的预防及处理措施：

①提升、降落锤头和放钢筋笼时保持垂直上下；

②护筒周围用粘土填封密实；

③冲进中及时添加新鲜泥浆，使其高于孔外水位；

④遇流砂，松散土层等适当提高泥浆密度，不要进尺过快。轻度坍孔可加大泥浆密度和提高水位；严重坍孔可用粘土膏或澎润土投入待孔壁稳定后采用低速冲进（同时常备粘土或澎润土以防万一）[38]。

（2）冲孔漏浆

在透水性强或有地下水流动的地层中，稀泥浆会向孔外漏失。主要原因如下：

①护筒埋设太浅，回填土不密实或护筒接缝不严密，会在护筒刃脚或接缝处漏浆；

②水头过高使孔壁漏浆。其相应的预防及处理措施如下：

①加稠泥浆或倒入粘土，低锤反复冲击；

②回填土，掺片石、卵石反复冲击增强护壁；

③在有护筒防护范围内的接缝处，用棉絮堵塞，封闭接缝。

（3）冲孔偏移（倾斜）（成孔后不直，出现较大垂直偏差）产生上述现象的主要原因是：

①桩架不稳，导架不垂直，冲锤磨损，部件松动；

②土层软硬不匀；

③冲孔时遇较大孤石或探头石，或基岩倾斜未处理，或在粒径悬殊的砂石卵石层中冲进，锤头所受阻力不匀等。其相应的预防及处理措施如下：

①安装时要对导架进行水平和垂直校正，检修设备，如遇软硬不匀土层应控制进尺，低锤冲击；

②倾斜过大时应填入小石子、粘土重新冲进，控制冲速，慢速上下提升，上下反复扫孔纠正；

③如有探头石，宜用冲锤密击，把石块打碎，如有基岩倾斜，可投入石块，使表面略平，用冲锤密打。

（4）砂卵石层或强风化中冲进时，泥浆循环突然中断，或排量突然减小，锤头在孔中跳动厉害。这种现象的产生原因为：

①进尺过快，管路被砂石堵死；

②冲洗液的比重过大；

③冲洗液中冲渣含量过大；

④孔底有较大的活动卵砾石。

其相应的预防及处理措施如下：

①控制冲进速度；立即提升锤头，调整冲洗液比重至符合要求；

②起闭砂石泵出水阀，以造成管路内较大的瞬间压力波动，可清除堵塞物，或用正循环冲堵，清除堵塞物；

③如无效，则应起锤予以排除，降低冲速，加大泵量及时清渣；起锤用专门工具清除大块卵砾石。

（5）锤头脱落

产生原因：连接螺栓松动或钢丝绳破损。预防及处理措施：及时将螺栓拧紧，钢丝绳破损者应及时更换。特别在冲进中风化层前，应检查螺杆和钢丝绳的情况，在施工中每隔2个小时应提起锤头检查磨损情况。

（6）糊锤

产生原因：在软塑粘土层冲孔中，因进尺过快，冲渣多，出浆口堵塞，易造成糊锤。

预防及处理措施：一般应控制进尺速度，预防糊锤。如果糊锤严重的话，应将锤头提出，清除锤头上的残渣。冲孔过程中，应减少冲程，降低泥浆稠度，在粘土层中填入部分砂、砾石以防糊锤。

（7）卡锤

主要原因：锤头磨损严重未及时补焊，冲锤直径逐渐变小，而新换冲锤或补焊后的冲锤直径过大，冲锤倾倒，遇到探头石或孔内掉入物件卡住锤头。预防及处理措施：卡锤后不宜强拉强提，以免产生坍孔事件。可用小冲锤冲击冲锤周围的石块，冲松后再提锤。在打捞过程中要继续循环泥浆，以免冲渣埋锤。

二、灌注水下混凝土阶段事故产生原因及其处理措施

灌注水下混凝土是成桩的关键性工序，灌注过程中应明确分工、密切配合，做到快速、连续施工。如果出现质量事故，应分析原因，采取合理的技术措施，及时设法补救。

（1）导管内进水

导管内进水产生的主要原因有：

①导管间接缝不严，接头处的橡胶垫破损或焊缝破裂，水从接头和焊缝处漏进；

②混凝土的储量不足，导管底离孔底间的距离太大，混凝土落下后不能埋没导管底，泥水从导管底下进入；

③提升时，速度过快，导管底超出混凝土面，泥水从管底进入。预防及处理措施为：

①原因引起的，应将孔底的混凝土吸出，更换破损导管，下新管，重新灌注；

②和③原因引起的，可用原导管插入孔底的混凝土，继续灌注。导管插入混凝土内应有足够的深度，一般不得少于50cm。灌注前，应将导管内的泥浆和水抽干净，并准备足够初灌量的混凝土，重新灌注。而且，一般孔内的泥浆和水不可能全部抽干，所以，续灌的混凝土配合比应增加水泥量，提高稠度。

（2）堵管

在灌注混凝土过程中，砼在导管内出不去，称为堵管。产生堵管的原因有如下几点：

①导管内壁可能有混凝土硬结，影响隔水塞通过。

②混凝土的粘聚性又不太好，粗骨料卡入隔水塞或在隔水塞上架桥。

③混凝土中混有大块石或其它杂物，造成堵塞。

④因各种原因引起混凝土浇筑不连续，在导管中停留时间过长。其可以通过以下措施进行预防及处理：

①应有专人负责检查导管的接头是否密封，必要时采用试拼装压水的方法检查导管是否破漏，以避免导管进水。

②使用的隔水栓直径应与导管内径相配，具有良好的隔水性能，保证顺利排出。

③加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制，坍落度宜控制为18一22cm。

④粗骨料的最大粒径不得大于导管直径和钢筋笼主筋最小净距的1/4，在混凝土浇筑过程中，混凝土应缓缓倒入漏斗的导管，避免在导管内形成高压气塞。

（3）埋管

导管埋在混凝土中不能拔出称为埋管。导管埋进混凝土过深，导管内外的混凝土已初凝，导管与混凝土间的摩擦力过大等情况都会产生埋管现象。预防措施：严格控制导管埋入混凝土的深度不超过6米；在导管上端装设附着式振捣器，每隔几分钟振捣1次，使导管周围的混凝土不会过早初凝；首批混凝土中加入缓凝剂；加快灌注速度。

（4）钢筋笼上浮

因为混凝土的上升托浮作用，钢筋笼随着砼的灌注而上升的现象称为钢筋笼上浮。钢筋笼上浮的主要原因有：

①钢筋笼放置初始位置过高，混凝土流动性过小，导管在混凝土中埋置深度过大，钢筋笼被混凝土拖顶上升。

②砼初凝和终凝时间太短，由于混凝土灌注过程中，钢筋笼埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已接近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定的握裹力，如此时导管底端未及时提到钢筋笼底部以上，混凝土从导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上升。

③清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，砼灌注过程中砂粒回沉在砼面上，形成较密实的砂层，并随孔内砼逐渐升高，当砂层上升至钢筋笼底部时便托起钢筋笼。

④当混凝土灌注至钢筋笼下，灌注速度太快，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼仅有lm左右时，由于浇筑的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼的上浮。

防治措施为：

①钢筋笼应与孔口牢固固定。

②添加外加剂，防止混凝土顶层进入钢筋笼时流动性变小。

③灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注的标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2～3米时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上。

④当发生钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消失。

（5）桩身混凝土夹渣或断桩

引起桩身砼夹泥或断桩的原因主要有如下几个方面：

①表层砼流动性差，导管埋深浅，继续灌注的砼冲破表层而上升，将混有泥浆的表层覆盖包裹，就会造成断桩或桩身夹泥。

②当混凝土卡管时，抖动导管来迫使导管内砼下降，此时如导管埋深太浅，则可能有泥浆混入，形成桩身夹泥；如导管提离砼面，就成为断桩。

③由于测深不准，把砼面上的泥浆可能含有的泥块误认为砼，错误地判断砼面高度，使导管提离砼面成为断桩。

④由于砼卡管，拔出导管才能处理.形成断桩。

⑤因为砼初灌量不够，造成初灌后埋管深度太小或导管根本就没有入砼内。

⑥由于导管距孔底太远，混凝土被稀释，造成混凝土不凝固，使桩底被不凝固的混凝土填充。

⑦在浇注砼时，拔管长度控制不准，导管提升和起拔过多，露出混凝上面。

⑧砼初凝和终凝时间太短，或灌注时间太长，使砼上部结块，造成桩身砼夹渣。

⑨导管密封性较差，水浸入混凝土水灰比增大，形成桩身中段出现混凝土不凝体。

⑩清孔时孔内泥浆悬浮的砂粒太多，砼灌注过程中砂粒回沉在砼面上，形成沉积砂层，阻碍砼的正常上升，当砼冲破沉积砂层时，部分砂粒及浮渣被包入砼内。

防治措施：

①应认真清孔，冲孔后要及时灌注混凝土，避免孔底沉渣太厚。

②灌注混凝土前准确算出全孔及首次混凝土灌注量。混凝土浇注过程中，应随时控制混凝土面的标高和导管的埋深，提升导管要准确可靠。

③严格控制混凝土的配合比和坍落度。

④在灌注混凝土过程中应连续、快速，应避免停电、停水。

⑤导管的埋管深度宜控制在2～5米之间，若孔口泥浆返出正常，灌注顺利，则可适当增大埋管深度，以提高灌注速度。

（6）桩顶砼不密实或强度达不到设计要求

桩顶砼达不到设计要求的强度，其主要原因是超灌高度不够、正常情况下不少于500mm～800mm。对于桩径>IOO0mm的桩，超灌高度不小于桩长的5%。对于大体积砼的桩，桩顶10米内的砼应适当调整配合比，增大碎石含量，减少桩顶浮浆。

（7）其它应注意的事项

①开挖基坑时，应绝对禁止挖土斗对桩的碰撞，否则会产生撞断、撞裂桩头的事故。

②在场地内运输土方，应避免因侧向挤压而使桩顶位移。

③基坑边坡支护因发生造成土体滑移，造成桩体的位移。

④凿桩头时必须在桩顶标高之上预留30cm～50cm高度用人工开凿，确保桩顶标高以下无裂隙。

三、冲孔灌注桩穿越抛石层时事故的预防及其处理措施

1.冲孔灌注桩穿越抛石层的成孔特点

在本工程的东南角，有一片原先采用机械倾倒大体积石块堆起的，面积大约80㎡，有17根桩落在此位置上，因此要求穿透抛石层达到设计要求的中风化岩层，个别的抛石直径达到3～5米，冲孔过程会产生塌孔、卡锤等现象，给冲孔灌注桩的施工造成了很大的困难。

因抛石的直径大，石体强度高，石块之间的间隙大，在冲锤作用下，石块会发生错动，因此冲孔过程中在机械力的作用下，冲孔过程会产生以下的施工困难：

（1）护筒跟进困难

在抛石层中冲孔，由于石块与钢护筒之间的作用力大，钢护筒的刃脚正常情况下很难达到预计的深度。

（2）涌泥涌沙

因为抛石层之间相互联通，在孔外水压力的强烈作用，极易产生涌泥涌沙。

（3）漏浆

由于石块之间的间隙大，冲孔灌注桩成孔施工时利用泥浆进行护壁的效果较差，经常在冲孔过程中因漏浆导致孔内水头急剧下降，经学会造成护筒挤压变形、埋锤等现象的发生。

（4）清孔困难

由于石块的特殊性，冲孔中的孔壁稳定性比较差，在清孔换浆过程中泥浆重度下降、粘度降低，也比较容易发生渗漏、塌孔事故。

2.冲孔灌注桩穿越抛石层采取的主要措施

由于人工抛石层的复杂性，必须根据不同的情况采用不同措施。

（1）抛石块直径较小时（一般小于3m），可采用粘土加少量碎散石护壁成孔，这种土的粘度较大且浸水后不易溶解成浆，在经冲锤冲击后，粘土夹杂小碎石颗粒往孔壁的块石间隙挤压，可形成不透水的保护层。

（2）抛石块直径较大时（一般大于5m），在开始穿越抛石层的时候，可采用钢护筒尽量跟进到一定深度。如果块石粒径较大时，由于这种石块间的透水性很强，若采取以上的办法也很难达到较好的护壁效果，此时可采用双护筒措施，即先采用比设计桩径大50～70cm左右的冲锤冲孔，外钢护筒随之跟进，然后用大于设计桩径10cm的内钢护筒置放于外护筒之中，形成双护筒结构。

（3）如果下卧的土层是淤泥等软弱土层，在冲孔作业时软弱土层受冲锤作用扰动，对抛石层和上部荷载的承载力减弱，极易造成抛石层的塌落，则应在成孔进尺到软弱土层约2m时往孔内灌注低强度等级的水下混凝土，待3d后再冲孔。

（4）如果块石面层不平时，可加入小粒径块石，避免冲锤损坏和冲锤的大幅度摆动而碰坏孔壁。

3.冲孔灌注桩穿越抛石层常见事故的预防处理

（1）涌泥涌沙

造好孔壁和保持孔内水位高于孔外水位是预防涌泥涌沙的主要方法，应控制好泥浆重度在适当范围之内（1.06～1.08）。发生涌泥涌沙后，可下内护筒或往孔内抛填填充物并待孔壁稳定后重新成孔。

（2）漏浆

现场应备足造浆性能好的粘性土、小粒径块石、中风化石等填充物和足够的水源，开孔时先用粘土造浆，穿越抛石层后一旦出现漏浆，迅速补浆，同时加入大量填充物，但要注意孔内水头不可太高，否则也会使孔壁渗浆。

（3）塌孔

在冲孔时要注意钢护筒的跟进，最好是将护筒底与孔底的深度差控制在3m以内，发现塌孔后应尽快向孔内抛填粘土、小颗粒块石等填充物至塌孔位置上方的1～2m，待稳定后重新成孔。

（4）卡锤、掉锤

冲锤应设有防止卡锤、掉锤的打捞环，打捞方法可采用钢绳套、偏心钩打捞等常规方法。卡锤严重时可采用爆破震动的方法处理，冲锤如果出现松动，立即将冲锤提起来。

（5）沉渣超标

采用反循环设备清孔，静置2～3小时后再清孔，在下完钢筋笼后即将浇筑混凝土之前再次进行反循环清孔，就能基本达到设计要求的清渣厚度。

四、冲孔灌注桩在复杂地段发生事故的预防及其处理措施

1.引言

由于每个工程所处的具体地理位置不同，地质条件和水文条件的复杂性，往往会出现以下三种情况：

（1）半充填土洞及溶洞的存在，极易造成塌孔，埋、卡锤及地面沉降事故；

（2）石笋及半边岩的存在，施工中极易产生偏锤偏孔，造成护壁困难，纠偏难度大；

（3）岩溶地层导致孔内漏浆漏水，液面下降，地层失稳，发生塌孔等事故；

2.复杂地段冲孔的解决方法

（1）半充填土洞及溶洞处理

对半充填土洞及溶洞进行施工补勘并注浆，即在桩基础施工前进行逐桩补勘并采用高压注浆的方法，进行半充填土洞及溶洞处理或回填片石反复冲挤或浇注C20～C25砼填满空洞待其初凝重击冲进，空洞通过注浆充填。

（2）半边岩半边碎石

对于半边岩半边碎石的情况，由于碎石层级配差，不含粘土，注浆时浆液很容易渗漏，注浆后由于浆液对碎石层的胶结，使两边的强度基本平衡。

（3）半边岩半边土

对于半边岩半边土的情况，应及时回填片石，必要时回填片石混凝土，待达到一定强度后再行冲击钻进。

（4）冲孔施工过程中的处理

在冲孔过程中应准备充足的片石、粘土、泥浆、水泥备用，如果漏浆及孔内液面下降，都要马上补充泥浆或清水，保证孔内液面高于地下水位2m以上，可防止塌孔及地面沉降事故的发生。

（5）勤检查锤头的磨损情况

冲孔过程中一旦出现锤头磨损应及时补焊锰钢块，不得使用锤底磨损过度的冲锤，如果发生卡锤，应采用定点爆破松动法进行处理，禁止强行起拔。

3.处理方式的选择

（1）半充填土洞及溶洞处理

由于这些半充填土洞及溶洞隐伏在地下，可采用钻孔内填注充填的方式进行治理。

处理方式一：

对于半充填土洞及溶洞结合应超前钻，向半充填土洞及溶洞内注浆进行处理。用搅拌机搅拌水泥浆液，水泥浆液的水灰比分别为2：1；1：1；0.5：1三个浓度等级。采用高压注浆机注浆，在孔内先下套管、注浆管直到半充填土洞及溶洞的底部，先用水灰比为2：1水泥稀浆，随着注浆的进行，浆液逐渐加浓至1：1和0.5：1，直至将半充填土洞及溶洞注满。注浆压力由低至高逐渐增大，压力控制稳定在0.5～0.6Mpa，最大压力不超过0.8Mpa。

处理方式二：

对于非半充填土洞及溶洞发育区，桩基成孔过程中偶然遇到的半充填土洞及溶洞，则在成孔过程中根据不同的情况分别采取不同的方式进行处理。

1）、漏浆：回填粘土片石堵漏，堵漏完成后，再继续冲孔。

2）、小型溶、土洞：用粘土、水泥、片石复合料充填土洞、溶洞。在孔内边填粘土、水泥、片石复合料（粘土、水泥配合比为3：1，）边冲孔，直至充填满土洞、溶洞，然后继续向下冲孔。

3）、大型溶、土洞：用水下混凝土充填溶、土洞，初凝后即可冲孔。

混凝土强度等级为C25～C30，混凝土中掺外加剂，具有良好的和易性和流动性，采用水下混凝土浇注灌注混凝土充填满土洞、溶洞，混凝土初凝后，然后继续向下冲孔。

对于高度3m以上的溶、土洞，亦可采用钢护筒，钢护筒底部低于洞底。钢护筒用直径略小于孔径的圆护筒，然后继续向下冲孔。

4）、偏锤：一旦发生偏锤，采取浇水下混凝土的方式纠偏。采用浇混凝土纠偏时应注意，一是尽量往下冲进，扩大处理行程，避免多次纠偏；二是掌握好水下混凝土的强度。

（2）岩笋处理

磁到岩笋，发现偏锤时，有二种方法可以处理：

1、一般情况，先向孔内回填C20片石混凝土，然后继续冲孔（混凝土初凝后冲孔），如果能继续往下冲孔且冲锤不偏，则此法可行。

2、如果不能继续往下冲进，则采用机械钻孔方法钻孔穿过岩笋层，钻孔穿过岩笋层后，然后再用械继续冲孔。