谈监理工程师对钻孔灌注桩常见事故的预防

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  摘要:本文阐述了钻孔灌注桩一些常见事故的原因分析及预防措施,以及监理工程师在钻孔灌注桩施工过程中的监控要点。
  关键词:钻孔灌注桩;常见事故;断桩
  
  随着我国交通基础设施建设的快速发展,钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点仍将被广泛地应用于公路桥梁及其它工程领域。钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的,其施工过程无法直接观察,成桩后虽然可以采用超声波、大应变、小应变等检测手段进行检测,但一旦出现断桩等质量事故后无法进行有效处理修复。因此,施工中任何一个环节出现问题,都将直接影响到整个工程的质量和进度,给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响。作为现场监理工程师,严格控制钻孔灌注桩各个施工环节,掌握施工现场的第一手资料,及时发现事故隐患,根据工程实践,对钻孔灌注桩施工中常见的事故成因进行分析,并针对性地提出事故的预防措施,使质量事故的出现频率及危害程度降到最低,或者从根本杜绝质量事故的产生。保证钻孔灌注桩的工程质量,以期可供同类工程参考借鉴。
  一、钻孔灌注桩常见事故及预防
  钻孔灌注桩常见事故有: 1、桩发生偏位;2、钻孔垂直度不符合规范要求;3、钢筋骨架偏位或露筋;4、钢筋骨架上浮;5、灌注时导管进水、6、灌注时混凝土堵管;7、断桩等。本人将根据相关文献并结合工程监理的实践工作,深入的分析这些事故的形成原因,同时提出相关预防措施,并配以图示说明。
  (一)桩发生偏位(指偏位严重,超出规范要求)
  造成桩发生偏位的主要原因如下:
  1.开钻前,孔位没有进行二次校核;
  2.钻架不稳固,发生位移;
  3.对中参考点位置已变化;
  4.钻进过程中对中检查频率不够。
  预防桩发生偏位的主要措施如下:
  1.由于在埋设护筒过程中可能对已放样桩位产生挠动,此时必须用仪器认真进行校核,确认无误后钻机再用垂球仔细对中,不断调整钻机位置,使得钻机对中后偏差不超过10mm;
  2.钻架必须固定牢固,如果在软土地基上安放机架,必须对地基进行加固处理,确保钻架在施工过程中不发生位移,钻架安设完毕,在征得监理工程师检查认可后才可以开钻;
  3.监理工程师在开钻前检查对中情况时,一定要求现场技术负责人把桩位中心点通过拉十字线引到护筒上,用红漆标明十字线位置,另外还要把中心点用同样方法引到护筒周围的四个护桩上,护桩必须用混凝土固定牢固,离护筒的距离必须大于1.5m且护桩位置选择应该便于拉十字线对中,不管在钻进过程中对中还是安装钢筋骨架对中,护桩十字线与护筒十字线必须对照互相校核,监理工程师和施工技术人员必须做好护桩施工记录;
  4.一般情况下,钻机在钻进过程中,现场操作人员每天都要对钻机对中情况校核一次,遇到特殊地质,最好每工作班对中一次,发现钻机偏位,立即调整钻机平面位置,监理工程师在钻进过程中也要随机抽检对中情况。
  (二)钻孔垂直度不符合规范要求
  造成钻孔垂直度不符合规范要求的主要原因如下:
  1.场地平整度和密实度差,钻机安装不平整或钻进过程中发生不均匀沉降,导致钻孔偏斜;
  2.钻杆弯曲、钻杆接头间隙太大,造成钻孔偏斜;
  3.钻头翼板磨损不一,钻头受力不均,造成钻头偏离方向;
  4.钻进过程中遇软硬土层交界面或倾斜岩面时,钻压过高使钻头受力不均,造成钻头偏离方向。
  预防钻孔垂直度不符合规范要求的主要技术措施如下:
  1.压实、平整施工场地,安装钻机时应严格检查钻机的平整度和主动钻杆的垂直度,钻进过程中应定时检查主动钻杆的垂直度,发现偏差应立即调整;
  2.定期检查钻头、钻杆、钻杆接头,发现问题及时维修或更换;
  3.在软硬土层交界面或倾斜岩面处钻进,应低速低钻压钻进。发现钻孔偏斜,应及时回填粘土,冲平后再低速低钻压钻进;
  4.在复杂地层钻进,必要时在钻杆上加设扶整器。
  (三)钢筋骨架偏位或露筋
  造成钢筋骨架偏位或露筋的主要原因如下:
  1.操作人员质量意识淡薄,骨架就位时不认真对中;
  2.钢筋骨架安放就位后,没有对骨架进行固定,从而在灌注过程中,钢筋骨架上浮或左右移动,对原来准确的对中进行了破坏。
  预防钢筋骨架偏位或露筋的主要措施如下:
  1.针对第一种原因,也是施工中经常出现的现象,作为监理工程师应加大检查力度,认真校核对中,采取有效的措施,同时,现场施工技术人员应提高质量责任意识,认认真真地对中;
  2.针对第二种原因,只有采取牢固稳定的措施来防止钢筋骨架左右移动。根据本人在监理过程中的体会,主要介绍两种方法。
  (1)此法适用于钢筋骨架顶端能夠伸入到护筒内。如图1所示,当钢筋骨架准确对中后,从四个不同方向量取骨架距护筒的距离,以确定四个固定钢筋的长度,这样可使骨架牢牢地卡在护筒内,使其不能左右移动。
  
  (2)导向固定法
  此法适用于钢筋骨架顶端在护筒底以下。
  如图2所示
  
  附加箍筋一般由φ25钢筋制作而成,直径为设计桩径,它与1#附加横担钢筋直接焊接成整体,1#附加钢管直径一般为5~7cm,它只起到固定附加箍圈的作用,下钢筋骨架前,首先使附加箍圈严格对中,对中完毕后通过1#附加钢管把附加箍圈固定在护筒顶上,2#附加导向钢筋直径为钢筋骨架螺旋钢筋的净保护层厚度,长度视钢筋骨架顶端距护筒顶端的距离而定,一般要比它们之间的距离长2m,2#附加导向钢管从四个不同方向直接挂在附加箍圈上,其顶端稍高于附加箍圈10cm,待附加箍圈和2#导向钢管安装就位后,吊车起吊钢筋骨架、使骨架顺着4根2#导向钢管往孔内滑落,直至落到设计标高,此时2#钢管起到导向和固定钢筋骨架的作用,所以此法称之为导向固定法。
  注:在实际施工中,附加箍圈的直径和2#附加导向钢管的直径要考虑到扩孔系数的影响。待混凝土浇注完毕,要立即将2#导向钢管抽出来。
  (四)钢筋笼上浮
  造成钢筋笼上浮的主要原因如下:
  1.钢筋骨架顶端附加的纵向固定筋固定不牢;
  2.由于清孔不彻底,泥浆比重过大或沉淀层过厚,导致灌注时对骨架向上的推力增大;
  3.灌注速度过快;
  4.拆除导管时,导管挂住了钢筋骨架。
  预防钢筋笼上浮的主要措施如下:
  1.钢筋骨架顶端的附加纵向筋可按图3所示固定,附加纵向钢筋顶端作成弯钩状焊接在横担钢管上,横担钢管直接焊在护筒上,另外钢管与护筒联接处再增加八字筋将钢管牢牢固定;
  2.监理工程师对清孔后泥浆指标检查时,要严格控制泥浆比重和含砂率,使其满
  
  足规范要求,混凝土灌注前必须量测沉淀层厚度,若不符合要求,应采取措施继续清孔;
  3.当孔内混凝土顶面没有接触到钢筋骨架时,灌注速度可以快一些,当混凝土顶面进入钢筋骨架0~4m时,灌注速度要慢一些;当混凝土顶面进入骨架超过4m以上时,且导管下口高出钢筋骨架底端2m时,灌注速度可以快一些;
  4.混凝土灌注时,导管应居中放置,拆卸导管时,导管不能左右晃动,防止导管挂住了钢筋骨架。
  (五)灌注时导管进水
  造成灌注时导管进水的主要原因如下:
  1.导管接头密封不严密;
  2.首批砼储量不足,不能把导管底口封住;砼下落时导管提升太快,底口距孔底距离过大,使砼流出导管底口时流速过快,甚至全部流出导管;
  3.在砼面处于井孔水面以下不很深的情况下导管进水,砼表面测深错误,导管提出砼表面。
  预防导管进水的主要措施如下:
  1.导管在使用前必须做水密性、承压性及接头抗拉试验,确认满足要求后方能使用;
  2.首批砼的储量必须满足导管初次埋置深度(H〉=1.0m)和填充导管底部间隙的需要;提升导管时速度要缓慢,严禁导管提出砼面;
  3.对导管埋深要进行准确测量及计算,确保必要的埋置深度。
  (六)灌注时混凝土堵管
  造成灌注时混凝土堵管的主要原因如下:
  1.首批混凝土下落时,由于导管底口距沉淀层太近或导管底口插入沉淀层中;
  2.隔水球不合格造成导管堵塞;
  3.清孔不彻底,造成翻浆不利,频繁发生混凝土堵管现象;
  4.由于导管埋置深度过大,造成导管底口外侧混凝土产生的压力大于导管内侧混凝土产生的压力,遂产生堵管;
  5.由于砼质量问题造成导管堵塞,砼质量问题主要产生在以下几方面: 粗骨料规格不符合要求,例如粒径偏大、极配较差、针片含量偏大; 浇筑的砼配合比不合理,造成砼和易性较差,坍落度过小或过大,造成离散; 砼中有异物,如水泥袋、水泥结块等; 水泥的初凝时间太早,特别是高温季节,这些都可能导致砼在导管中流动不畅而发生导管堵塞;
  6.导管漏水,混凝土下落时被水冲洗,混凝土失去流动性,石子堆集导致堵管;
  7.混凝土残渣引起的堵管。
  预防灌注时混凝土堵管的主要措施如下:
  1.混凝土灌注前,仔细量测孔深,确定孔底沉淀层厚度,确保导管底口距沉淀层表面应有25~40cm的空间;
  2.关键在于要选用合适的材料做隔水球,比较理想的是采用木屑,外用塑料薄膜包扎成圆球形,尺寸根据导管内径可适当放大一点,在没有压力时不掉下去为好,隔水球根据施工经验可以自行选择,总之要保证灌注首批混凝土时导管不进水,首批混凝土下去时不堵管;
  3.清孔要彻底,确保灌注混凝土时能顺利翻浆;
  4.在整个灌注时间内,导管出料口伸入先前灌注的混凝土至少2m,且不得大于6m,当混凝土加有缓凝剂时,埋置深度最大不超过8m,现场人员要随时准确检测导管埋置深度;
  5.要严格把好原材料关口,粗骨料级配一般以连续级配为好,针片状含量要小于3%,细骨料要选用中粗砂,其次水泥的初凝时间不能太早,应根据实际情况作适当调整,严格控制水灰比,混凝土拌合要均匀,再者严禁使用结块水泥,还要考虑运输过程中砼产生离析现象,拌合站、施工现场都要对混凝土进行坍落度检测,离析、泌水的混凝土坚决不能使用;
   6.导管使用前一定要做水密性、承压性及接头抗拉试验,确认合格的导管方可使用,并且在灌注每根桩基时,操作人员都要认真逐节安装,坚决杜绝导管漏水现象;
  7.每次浇注完毕后,应将拌合机、运输罐车、漏斗、导管及时清洗干净,避免混凝土残渣引起的堵管现象。
  从以上原因分析可知,当混凝土发生堵管现象时,有些容易被克服,有些很难处理,直接有断桩的危险,所以作为监理工程师在混凝土灌注时全过程旁站,严格控制这一环节。
  (七)断桩
  造成断桩的原因分析如下:
  1.施工中导管底端距孔底过远,首盘混凝土下落过程中被冲洗稀释,使水灰比增大,造成混凝土不凝固,从而形成混凝土桩体与基岩之间被不凝固的混凝土填充,造成断桩;
  2.没有选择合适的导管吊装设备;
  3.导管埋深测量不准,导致导管埋深过小或出现提漏现象,导管底部漏出混凝土面,或因停电、待料等原因造成桩身出现岩渣沉积层,造成夹层断桩;
  4.在灌注过程中,因导管埋深过大,以及灌注时间过长,导致已灌注混凝土流动性降低,从而增大混凝土与导管壁的摩擦力,加上导管采用提升阻力大的法兰盘连接的导管,在提升时连接螺栓或导管破裂产生断桩,由参考文献[6]可知;
  5.导管漏水、卡管造成灌注中断,产生断桩;
  6.因工程地质情况较差,施工单位组织施工时重视程度不够,处理问题经验不足,在灌注过程中,孔壁坍塌或出現流沙、软塑质土造成断桩;
  7.因停电、机械故障、待料造成施工不连续等因素造成断桩;
  8.因暴雨、洪水袭击等突发事件造成灌注被迫停工中断。
  预防断桩的主要措施如下:
  1.在灌注混凝土前,应认真进行孔径测量,准确计算出全孔及首盘混凝土灌注量,从而推算出导管埋置深度是否满足要求,且导管离孔底距离严格控制在20-40cm之间;
  2.选择导管起吊设备时,要充分考虑不利因素,一是吊车性能要良好,二是起吊吨位尽量大一些,根据经验最好使用25T吊车,值得一提的是,当运输混凝土间隔时间稍长,导管又不适合拆卸时,此时吊车应小范围不断活动一下导管;
  3.严格按照规程要求用规定的测深锤测量孔内混凝土表面高度,通过灌注混凝土量认真核对,保证导管提升过程不出现失误,准备好备用电源,尽量避免停工、待料现象的发生;
  4.为了防止导管拔断造成断桩,施工中要随时控制混凝土的标高和导管的埋深,提升导管要准确可靠,避免导管埋深过大,导管的连接要牢固;
  5.如何防止导管漏水、卡管前面已详细叙述,在此不再累叙;
  6.对地质情况较差的桩基浇注前要高度重视,作好各项应急预案,加强施工过程中的质量控制,尤其是要适当加大泥浆比重,尽量缩短工序间衔接时间,确保软弱地质桩基一次浇注成功;
  7.灌注前对机械设备进行仔细检查,尽量避免机械故障在浇注过程中发生;浇注过程中在混凝土搅拌站和浇注现场一定要有备用电源;加强工序间和前后场的衔接,杜绝停灌待料现场的发生;
  8.钻孔灌注桩施工应尽量避开雨季和汛期,监理工程师可根据天气预报情况,随时调整工地各个钻孔的进展速度,使混凝土灌注工作最好安排在晴天和白天时间内进行。
  二、结论
  从以上所叙述内容可知,一种事故原因可引起多种常见事故的发生,且在实际施工当中常见事故可能同时发生或先后发生。所以监理工程师应正确应用有关规范,熟悉设计图纸文件及各项技术要求,不断提高自身业务素质和技术水平,抓好事先指导,强化施工准备、成孔、清孔、水下混凝土灌注等施工全过程中各环节的质量控制,采取有效的预防措施,事故是完全可以避免的,也只有这样,钻孔灌注桩施工才能充分发挥出它的优点,达到安全、优质、经济、高效的预期目的。
  
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
  
  
  
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