浅析冲击钻钻孔施工中的事故原因及防治措施

郭幸福

【摘 要】在桥梁桩基础施工中，由于地质等方面原因会出现坍孔、缩孔、斜孔、漏浆、卡钻、埋钻等各种施工难题，本文从钻孔灌注桩的施工工艺、事故原因、防治措施等方面进行论述，希望对类似问题处理有借鉴价值。

【关键词】冲击钻；钻孔；坍孔；卡钻；清渣

1 引言

冲击钻钻孔灌注桩是目前高速公路、铁路桥梁基础普遍采用的基础形式，它具有施工设备简单、操作方便、安全等诸多优点，且具有单桩荷载大、孔径大、持力层较深的特点，但其属隐蔽工程，受地质、有无水、埋置深浅及桩的承载形式、截面面积等因素影响，施工时会出现各种故障，如何预防一些可以避免的工程事故，以及出现事故后又该如何处理，诸如此类的问题一直是广大工程施工者亟需解决的问题，本文结合鹤大高速公路工程中钻孔灌注桩施工，分析冲击钻钻孔灌注桩施工中出现事故的原因及防治措施。

2 钻孔常见事故原因及防治措施

2.1 坍孔

在钻孔过程中，如果发现钻孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，就表示有孔壁坍陷迹象。此时，出渣量显著增加却不见钻头进尺，随之钻孔负荷显著增加，泥浆泵压力突然上升，极易造成憋泵。所以一旦坍孔，钻孔便无法正常进行，由此易造成掉钻、埋钻事故。

2.1.1 造成坍孔原因

（1）土质松散，泥浆相对密度不够，泥浆护壁不好，使孔壁未形成坚实的泥皮状态。

（2）松软地质层钻进过快或回转速度过快，空钻时间过长，或冲程太大。

（3）出渣后未及时补充泥浆，或由于地质原因孔内出现透水层，使孔内泥浆流失造成孔内水头高度不够，或孔内水位低于地下常水位。

（4）护筒埋置过浅，周围未用粘土紧密填封，下端护筒孔口漏水、或孔口长期浸泡松软。

（5）有重型机械在周围作业，震动强度过大，或钻机接触护筒，震动使孔口坍塌。

（6）清孔后泥浆的相对密度、粘度等指标降低，清孔时间过长或停顿时间过长，或将泥浆循环管口直对孔壁。

（7）吊放钢筋笼时碰撞孔壁。

（8）成孔后待灌时间或砼灌注时间过长。

2.1.2 防治措施

（1）重视护筒埋设环节，在松散易坍的土层中，护筒的埋置深度适当加大，周围必须用粘土紧密填封，确保护筒埋置稳固、严密。

（2）选用优质泥浆，随时注意控制泥浆比重，在松散粉砂土或流砂中钻孔时，应选用较大比重、粘度的泥浆。选用优质粘土制作泥浆，要求粘土中不得含有沙石等杂质，对泥浆的相对密度、粘度、胶体率进行严格控制，使其各项指标均达到合格，必要时投入适量片石，低冲程锤击，使片石粘土混合物挤入孔壁，从而起到较好的护壁作用。钻孔上段6～7米时，可不必向孔内输入清水，让钻渣自然形成浓稠的低质泥浆护壁，特别是护住护筒底脚处的孔壁（这一位置最易坍塌）。

（3）控制孔内水位，始终保持孔内水位高于地下水位，地域性水位变化过大时，采取增高水头、提高护筒等方式保证水头的稳定。

（4）控制钢筋笼的吊放，搬运、吊装钢筋笼时，防止变形，吊放时对准孔位，使钢筋笼缓慢、顺直、匀速下落，谨防碰触孔壁，钢筋笼焊接应加快速度，尽可能缩短沉放时间。

（5）清孔時应指定专人负责补水，既要保证钻孔内必要的水头高度，又要保证供浆管不正对孔壁，冲刷孔壁。

（6）控制砼待灌时间，灌注砼时，提高导管的拆装效率，尽可能缩短砼的灌注时间。

（7）发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒，将护筒周围土夯实填密实重新钻孔，坍孔部位不深时，可用深埋护筒法。

（8）发生孔内坍塌时，判明坍塌位置，回填片石和粘土（或砂砾和粘土）混合物到坍孔处以上1～2m，小冲程锤击，挤压护壁，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再进行钻进。

（9）因地质原因造成塌孔的，如遇溶洞、暗河、流沙层等，则会同业主、设计、监理、地质检测等部门研讨处理方案，由上级部门出台相关措施办法，方可进行施工。

2.2 钻孔偏斜

成孔后出现较大垂直偏差或弯曲，斜桩斜度超出规范范围或桩位偏离设计桩位等称为钻孔偏斜，钻孔偏斜会使灌注桩施工时钢筋笼难以吊入，或造成桩的承载力不满足设计要求。

2.2.1 偏斜原因

（1）钻机安装就位稳定性差，钻机底座未安置水平或是产生不均匀沉降。

（2）钻孔中遇有较大孤石或探头石。

（3）作业时，钻杆弯曲，接头不正。

（4）软硬地层交界处，岩面材质硬度相差悬殊，岩面松软侧钻进，或岩层呈斜状分布或遇卵石层，钻头受力不均造成偏斜。

2.2.2 防治措施

（1）因钻机倾斜方面造成的，安装钻机时要使转盘、底座水平，使滑轮轴、护筒中心、桩位三者在一条垂直线上，并经常检查校正。已造成偏斜的应先移开钻机，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。

（2）因地质构造引起的，如遇到不均匀地层、斜状岩层或碰到孤石时，先分析清楚岩层的走向，而后采用适当的回填材料（回填材料一般为片石加粘土等组成的混合物）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，并应采用自重大的钻机，施工时应控制进尺，低速钻进。

（3）偏斜较小时，确定偏斜位置，在偏斜处吊住钻头上下反复扫孔，以便削去硬土，使孔正直；偏斜严重时，应回填粘土、片石等组合材料到偏斜处0.5m以上，待沉积密实后再继续钻进，也可以在开始偏斜处设置少量炸药（少于1kg）爆破，然后用砂砾石和片石等回填到该位置以上1m左右，待沉积密实后重新冲钻。

2.3 扩孔

扩孔现象在钻孔桩施工中比较常见，一般表现在桩体局部孔径过大，经常说的“大肚子”。

原因以出现暗河、流沙、溶洞等地质原因造成最为突出，在地下水呈运动状态、土质松软的地质结构层易出现扩孔，如操作不当钻锤摆动过大也易出现扩孔，扩孔严重则为塌孔。

若孔内局部的扩孔，钻孔仍可达到设计要求的深度，则不必进行处理，只是在灌注过程中加大砼的数量，控制砼灌注过程中的孔深检测则已。若扩孔严重至孔内坍塌，影响钻进时，则按塌孔事故原则处理。

2.4 掉钻、埋钻、卡钻

钻头脱开钢丝绳掉入孔内视为掉钻，掉钻后坍孔将钻头埋住视为埋钻，钻头卡在孔内无法上下运作视为卡钻。

2.4.1 掉钻、埋钻、卡钻原因

（1）操作不当，强提、强扭，使钢丝绳超负荷断裂。

（2）钢丝绳绳卡锚固不牢固或是过度陈旧、磨损断丝严重未及时更换。

（3）机械设备故障、电力故障引发。

（4）冲击钻孔时钻头旋转不匀，产生梅花形孔，或孔内有探头石等均能发生卡钻。长护筒倾斜下端被钻头撞击变形钻头倾倒也能发生卡钻。

（5）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。

（6）由于地质塌孔、坠落物等方面原因，落下的材料等造成卡钻、埋钻。

2.4.2 防治措施

（1）经常检查机械、电力等，经常检查钢丝绳及联结装置的磨损情况，及时更换磨损件，防止掉钻。

（2）熟悉桩位地质情况，用低冲程时，隔一段时间要更换高一些的冲程，使冲锥有足够的转动时间，避免形成梅花孔而卡钻。

（3）为了便于掉钻后打捞，需在钻锤上预先焊接打捞环，再在打捞环上缠绕钢丝绳等。

（4）对于掉钻，宜迅速用打捞叉、钩、绳套等工具打捞。

（5）对于埋钻，较轻的是糊钻，此时应对泥浆稠度，钻渣，进出口，排渣设备进行检查、计算，并控制适当的进尺。若已严重糊钻，应减小冲程，降低泥浆稠度，并在粘土层上回填部分砂、砾石。

（6）钻孔壁出现局部坍塌且大部分钻孔壁处于稳定时造成埋钻，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。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。打捞设备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。

（7）卡钻时，不宜强提，只宜轻提钻头。如轻提不动时，可用小冲击钻冲击，或用冲、吸的方法将钻头周围的钻渣松动后再提出。

（8）由于“探头石”引起的卡钻，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。

2.5 护筒漏浆

护筒外壁向外侧冒水或泥浆成为护筒漏浆，护筒刃脚或钻孔壁向孔外漏泥浆的现象称钻孔漏浆。一旦漏浆，护筒内水头降低，孔内压力并得不到保障，易引发坍孔，也会造成护筒倾斜、位移及周围地面下沉。

2.5.1 形成原因

（1）护筒埋设太浅，周围填土不密实，或护筒的接缝不严密，或护筒水位差太大，在护筒刃脚或其接缝处产生漏浆。

（2）钻头起落时，碰撞护筒，造成漏浆。

（3）钻孔中遇有透水性强的流沙层、砂砾层或地下水流动的地层如暗河、溶洞等，钻进时会有稀泥浆向孔壁外漏失。

（4）护筒内水位过高，水柱压力过大，造成漏浆。

2.5.2 防治措施

（1）埋设护筒时，护筒四周土选择含水量适当的粘土，要分层夯实。护筒采用钢制护筒，其主要作用是固定桩位，控制孔口有一定的水头，保护孔口防止塌陷，不穿孔。在旱地上埋设护筒一般采用挖埋法，埋置深度以进入好土不小于1m，并在护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土要分层回填夯实，以达到最佳密实度。在水中埋设护筒可采用振动加压下沉法。护筒底一定要下沉至硬土1米以上，否则易坍塌、穿孔。

（2）起落鉆头，要注意对中，避免碰撞护筒

（3）护筒刃脚漏浆，可用粘土在周围填实、加固；如护筒接缝漏浆，可用潜水工下水进行作业堵塞。

（4）适当降低护筒内的水头。施工中，严格控制好护筒内水位，一般情况下，以保护高于筒外施工水位1.5m为宜。水头过高易从护筒底脚处产生空孔现象，水头过低又会减弱孔内的水压，降低外渗护壁作用，甚至产生“反渗”现象。

（5）如护筒严重下沉、位移，则应返工重埋护筒。

（6）因地质原因引起漏浆的，如孔壁漏浆不严重（如地层裂隙），可倒入粘土或填入片石、碎卵石土或增加水泥、锯末等混合材料，以增强护壁。如孔壁漏浆严重，如遇流沙层、砂砾层暗河、溶洞等，则需向业主、监理、设计等有关部门反应相关情况，由上级部门制定防治方案，进行“堵漏”。

2.6 桩底沉渣量过多

清孔的目的是抽、换孔内泥浆，降低孔内水的泥浆相对密度。桩底沉渣量过多，不仅使桩顶承载力降低，且易引起桩身砼产生夹层，甚至发生断桩。

2.6.1 造成原因

（1）清孔不干净或未进行二次清孔。

（2）泥浆比重过小或泥浆注入量不足，难以将沉渣浮起。

（3）钢筋骨架吊放过程中未对准孔位，碰撞孔壁将护壁泥皮挂落孔底，钢筋骨架对接时间过长，使泥浆沉积或塌孔。

（4）清孔后待灌时间过长，使泥浆沉积。

（5）机械等外界因素造成泥浆未形成循环，使泥浆沉积过厚甚至塌孔。

2.6.2 防治措施

（1）对机械设备等进行定期检修，防止因故障影造成沉渣过多。

（3）成孔后，钻头提高孔底10cm-20cm，保持慢速空转，维持循环清孔时间不少于30分钟。

（4）采用性能较好的泥浆，控制泥浆的比重和粘度，不要用清水直接置换，根据设计要求、钻孔方法、机具设备条件和土层情况选定适应方法，应达到降低泥浆相对密度、清除沉渣或尽量减少其厚度的目的。

（5）钢筋骨架吊放时，孔位中心与钢筋骨架中心对正，防止碰触孔壁，加快钢筋焊接速度，尽可能减少钢筋焊接的时间，从而减少沉渣。

（6）清孔后，应从孔口、孔中部和孔底部分提取泥浆。测定要求的各项指标，要求这三部分指标的平均值，应符合质量标准的要求，取样盒吊到孔底，灌注水下砼前取出样盒检查沉淀在盒内的渣土，其厚应不大于设计规定。

（7）开始灌注砼时，导管底部至孔底距离控制在30cm-40cm，应有足够的砼储备量，使导管一次埋入砼内1m以上，以利用砼的巨大冲击力“吹渐”孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。

3 结束语

以上分析钻孔灌注桩钻孔施工事故原因及防治措施，其可实施性在实际施工中均得以验证，进而正确、有效的指导了钻孔灌注桩的施工，成桩质量得到明显提高，对钻孔桩施工具有一定的参考价值。希望施工或监理人员增强责任心，没有问题加强预防，出现问题冷静处理，为百年工程打下坚实的基础！

参考文献：

1.中华人民共和国行业标准.JTG F80/1-2004 公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程。

2.中华人民共和国行业标准.JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范。