浅析大孔径桩基施工过程中掉钻事故的预防与处理

摘要：本文结合公安长江大桥3号主墩的一次掉钻事故，针对桥梁、房建工程中钻孔灌注桩施工掉钻事故的预防与处理作出浅析。

关键词：大孔径钻孔灌注桩；掉钻事故；预防与处理

大孔径钻孔灌注桩十分广泛地应用于大型桥梁的基础结构，尤其在地质较为松散、承载力较差的地层能够为地面结构提供稳定的支撑。近年来，随着房地产行业的迅猛发展，以及一些大型地标性房屋建筑的兴起，大孔径钻孔桩也越来越多地应用于房屋基础结构，研究大孔径钻孔灌注桩施工技术对于房屋施工的发展具有与时俱进的意义。本文将结合实例对大孔径钻孔灌注桩的掉钻事故发生原因、预防和处理措施进行浅析。

1.大孔径钻孔灌注桩掉钻事故发生原因及预防措施：

1.1施工工艺及设备简介：

大孔径钻孔桩孔径一般在2.5m以上，孔深超过60m，所钻地层多为砾岩、泥质砂岩、粉砂岩、石灰岩等，单向抗压强度从几十MPa到几百MPa不等，依靠正循环钻机和旋挖钻机难以达到安全、快速的施工要求，故一般使用大型回转钻机配合由压风机、沉渣箱、回浆管路组成的循环系统采用气举反循环成孔。目前国内最先进的大型回转钻机系KTY4000型液压动力头钻机，能轻松应对直径4m孔径和最大150m孔深的施工要求。

1.2常见掉钻事故原因及预防措施：

1.2.1钻具断裂或钻具螺栓断裂。

由于钻头在不停地与孔底地层作切削、摩擦运动，力量会顺着钻头传递给钻头、钻杆以及每一颗连接钻具的螺栓，因此在钻进过程中，钻具的每一部分都要承受巨大的拉力、剪力。某些部件经过长时间的液体浸泡或风蚀，强度已有相当程度的降低；有些钻杆的外壁隐藏着小裂纹；有些螺栓使用次数过多已经变形。这些部件在钻进过程中极有可能在外力作用下断裂，造成掉钻。

预防这一类掉钻事故，需要在开钻前做好设备的检查工作。仔细检查法兰附近、没有加焊筋板的薄壁是否有裂纹，螺栓是否变形，发现问题的部件需要立即修理或者更换。各法兰连接处螺栓一定要打紧，否则在钻进过程中缝隙会越来越大，增加掉钻的几率。

1.2.2提钻过程中掉钻。

由于提钻过程中钻头是不转动的，钻具各结构的受力主要为竖向的拉力，各结构件之间没有相对运动趋势，因此事故发生概率相对上一种情况要小很多。提钻过程中掉钻发生的主要原因有以下几种：（1）螺栓、钻具断裂。多为设备本身已经老化开裂，需要再安装前就仔细检查，及时更换。（2）孔内凸台卡钻。多为钻进过程中转速和钻压过大，没有遵循“减压钻进”的原则，钻出的孔型垂直度较差，孔壁上形成凸台，提钻时钻头的上端卡在凸台处，强行提钻，造成事故。预防这类事故需要在钻机过程中将钻压和转速调整到适当区间，避免钻机摇晃，切忌全压钻进，钻过的区域用钻头来回扫两次，将凸台清除。（3）护筒口掉钻。由于插打钢护筒时垂直度控制不够严格，造成护筒上口和下口之间偏差过大，相当于在护筒底口处形成一个凸台，由于无法在钻进过程中扫除此类凸台，只有在前期插打护筒时多加注意，控制护筒垂直度。

1.3掉钻事故的处理流程：

1.准确的计算出断裂处的标高。可以根据孔底标高和剩余钻具长度的差值求得。

2.找到断裂处的准确位置。将护筒口划分为若干等面积的小方块（一般边长30cm为宜），在测绳的测砣尖加焊细钢筋扩大侦测范围，在小方块内逐一下放测绳至断裂处标高，在目标标高上下1m范围内反复测量，找出孔内钻具最高点。

3.打捞。将专用的打捞器下放至测得的最高点位置，使打捞器尖部插入钻具中心管，打捞器会在提升过程中与钻具自动锁死，将钻具提起。

2.公安长江大桥3#墩31#孔掉钻处理全过程

2.1事故简述：

公安长江大桥主塔3#墩基础采用36根群桩基础，桩顶标高为+15.55m，桩底标高为-69.55m，桩长85m，其中高程+0.5m以上直径为3.1m，+0.5m以下直径为2.8m。

在31#孔终孔提钻的过程中，当钻头提至护筒口时，钻机液压系统压力骤然升高，机长采用慢转慢提的方法，在缓慢提升的过程中，系统压力突然降低，判定为掉钻。

2.2事故处理过程：

31#孔终孔标高-69.65，钻机平台标高+40.9，从钻机平台至孔底理论长度110.55钻具长度6.61m（滚刀钻头）。断裂处为第一节钻杆下法兰往上30cm左右，由此判定最孔内钻具距离钻机平台距离约为103.6m，再算上孔内沉淀，预计孔内钻具的最高点局里钻机平台距离约在102m～103m之间。

钻杆提出后，技术人员马上用测绳寻找最高点（测砣已加焊十字撑增加触碰面积），测绳在距钻机平台87 m处触底，这一结果说明钻具并没有落至孔底，而是在下落过程中卡在了孔壁上，且方向不是竖直的，这个情况给打捞工作增加了不小的难度。

在复核过打捞器长度之后，打捞工作正式开始。打捞器对准测绳能测到的最高点下放，在达到最高点标高后，在直径1m圆范围内反复尝试，但始终无法插入中心管。而钻具经受多次来自上方的冲击力后，落入孔底。

落入孔底的钻具经测量依然是偏斜状态，由于钻具偏斜角度过大，打捞器无法直接插入中心管，所以必须先将钻具扶正，为此我们特制了一个挂钩，示意图如下：

使用挂钩的目的是用下端伸出的钩尖勾住变径法兰，在提升的过程中将钻具拉正。为保证被拉正的钻具不再偏回原位，在钻具被拉正的同时将一块高约50cm的槽钢下放至变径的标高，顶住钻具。

上述工作完成后，下一步就是准确找出中心的方位。技术人员将直径2.8M的圆分成几十个小区域，逐一放测绳测量深度，测量结果如下图所示：

确定了最高点之后，为保证钻头能够顺利进护筒，必须清除孔内的凸台。31#孔检孔图下：