基于钻孔灌注桩施工事故原因分析及质量保证

【摘要】钻孔灌注桩在各类土木工程中广泛应用，具有抗震性好、承载力大、施工噪音小、可以解决特殊地基沉载力等诸多优点。目前在国内公路桥梁基础工程领域中钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，但灌注桩地下施工不可预计因素多，工程质量较难控制，桩基施工既有机械操作，又有钢筋加工、混凝土拌制和灌注等多种工作，工序种类繁多，影响因素多，水下混凝土施工要求严格，稍有不慎，就可能出现孔底沉泥、缩颈、夹渣、断桩等，可能造成质量事故，因此，施工中必须严格监管质量。

【关键词】钻孔灌注桩；施工事故

【Abstract】Bored widely used in all types of civil engineering， has good shock resistance， large capacity， small construction noise can be solved special forces Shim Foundation and many other advantages. Currently drilling in the domestic highway bridge infrastructure projects in the field of pile foundation has occupied an important position， but underground construction pile unpredictable factors， difficult to control the quality of the project， both the pile foundation construction machinery operation， there are steel processing， concrete mixing and perfusion and other work processes a wide range of factors and more demanding underwater concrete construction， the slightest mistake， it may appear hole bottom silt， necking， slag， broken pile， may result in quality accidents， therefore， must be strict supervision of construction quality.

【Key words】Bored；Construction Accident

质量控制的定义是：质量管理的一部分，致力于满足质量要求。钻孔灌注桩施工的质量控制，是指为保证工程合同规定的质量标准对钻孔灌注桩施工进行的质量控制。由于施工阶段是使业主及工程设计意图最终实现并形成工程实物的阶段，也是最终形成工程实物质量的系统过程，所以施工阶段的质量控制也是一个经由对投入的资源和条件的质量控制（事前控制）进而对生产过程及各环节质量进行控制（事中控制），直到对所完成的工程产出品的质量检验与控制（事后控制）为止的全过程的系统控制过程。本文从工程施工角度，对钻孔灌注桩施工的三个阶段质量控制进行分析和讨论。

1. 钻孔过程中出现的问题及原因分析

1.1偏斜孔。由于钻机在安装时没有支撑好、以及桩孔地质构造不均匀等原因，从而引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜，导致出现偏斜孔。

1.2灌注时产生井壁坍落。因工程地质情况较差，施工单位组织施工时重视不够，在灌注工程中，井壁坍塌严重或出现流砂、软塑状质等造成类泥砂性断桩；

1.3缩颈。在钻孔过程中，由于钻锥磨损或焊补不及时，再或地层中遇到膨胀的软土、粘土、泥岩等，容易产生缩颈现象，即出现膨胀性软土，俗称探头泥。

1.4桩底沉渣量过多。由于清孔不干净或未进行二次清孔，泥浆比重过小或泥浆注入量不足而难于将沉渣浮起，钢筋笼吊放过程中，未对准孔位而碰撞孔壁使泥土坍落桩底；清孔后，待灌时间过长，致使泥浆沉积。

2. 水下混凝土灌注中出现的问题及原因分析

2.1卡管。

（1）初灌时隔水栓卡管或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大卵石、拌和不均匀，以及运输途中产生离析、导管接缝处漏水、运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。

（2）机械发生故障或其他原因使混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，堵在管内。

2.2钢筋笼上浮、变形、散架。 发生钢筋笼上浮事故的原因有两种：（1）对于非全桩式（一般指摩擦桩）的钢筋笼，在灌注过程中，下部的混凝土到达钢筋笼底部能把钢筋笼向上拱；（2）导管不正，在提升导管时法兰盘挂住钢筋笼，把钢筋笼朝上提。

2.3导管进水原因分析。主要原因：（1）首批混凝土储量不足，或虽然混凝土储量已够，但导管底口的间距过大，混凝土下落后不能埋没导管底口，以致泥水从底口进入；（2）导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气浪挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流入；（3）导管提升过猛，或测深出错，导管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水。

2.4坍孔。在灌注过程中如发现井孔护筒内水（泥浆）位忽然上升溢出护筒，随即骤降并冒出气泡，应怀疑是坍孔征象，可用测深仪探头或测深锤探测。如原系停挂在混凝土表面上测深锤被埋不能上提，或测深仪探头测得的表面深度达不到原采的深度，相差很多，均可证实发生坍孔。坍孔原因可能是护筒底脚周围漏水，孔内水位降低，或在潮汐河流中涨潮时，孔内水位差减小，不能保持原有静水压力，以及由于护筒周围堆放重物或机械振动等，均有可能引起坍孔。

2.5埋管。导管无法拔出称为埋管。其原因是：导管埋入混凝土过深，或导管内外混凝土已初凝使导管与混凝土间摩阻力过大，或因提管过猛将导管拉断。

2.6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，应立即停止灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低到最小。

3. 灌注成桩后发现的质量缺陷及原因分析

3.1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、钻孔底部沉积的虚渣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。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。

3.2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. 钻孔灌注桩的施工质量控制

4.1事前控制。事前控制也即施工前准备阶段的质量控制。

4.2对施工人员的控制：检查灌注桩施工人员的技术资质与条件是否符合要求，选择分包商承担灌注桩施工时，要审查合同是否允许进行分包，确认承包商的技术能力和管理水平能保证按要求完成工程施工，方可允许分包商施工人员进场。

4.3对施工方案、工艺的控制：施工方案包括施工技术方案和施工组织方案，具体包括： （1）施工程序的安排：主要是各桩的施工成桩先后次序；（2）施工机械设备的选择：适应地层特点和施工工艺的要求；成孔机械必须与现场土质、桩径、桩深等要求相适应。适应施工现场的场地大小、场内搬迁、工期要求、供水、供电条件等；（3）灌注桩施工工艺：主要是成孔、成桩各工序的操作工艺，它是施工方案的核心。 钻孔灌注桩成孔、成桩的一般工艺流程：测量放线定桩位埋设护筒桩机就位调整平整度成孔第一次清孔混凝土搅拌废泥浆排放泥浆沉淀拌制护壁泥浆钢筋笼制作灌注水下混凝土二次清孔、沉渣测定安放导管吊放钢筋笼质量检测成桩质量检测。

4.4做好施工准备。

（1）施工前首先要做好场地平整，探明和清除桩位处的地下障碍物，按平面布置图的要求做好施工现场的施工道路、供水供电、泥浆池和排浆槽等泥浆循环系统、施工设施布置、材料堆放等有关布设。

（2）在一些工程的施工前，常缺乏对施工场地的总体规划与合理安排，造成施工过程中不得不变迁、转移砂、石料、钢筋及水泥的堆放与制作场地，既误工又费钱；场地内的临时道路不能很好的与钻机运行路线相匹配，造成运送混凝土的翻斗车相互等待通行，增加了运送混凝土的时间，降低了工作效率甚至会影响混凝土的浇筑质量；泥浆池的位置与容量不能满足实际施工的需要，场地四周与中间缺乏便于排除泥浆及地表积水的通道（沟），施工现场泥浆四溢，施工环境与条件非常恶劣。因此，施工前应做好充分的准备。

（3）施工前应逐级进行图纸和施工方案交底，并做好原材料质量检验工作。

4.5护筒埋设：埋设护筒位置应埋设准确和稳定，旱地、筑岛处护筒与坑壁之间用粘土分层回填夯实，护筒与桩位中心线偏差不得大于50mm，倾斜度不大于1%，高度宜高出地面0.3m或水面1.0～2.0m.护筒埋置深度应根据设计要求或水文地质情况定， 旱地、筑岛处一般超过杂填土埋藏深度0.2m，在粘性土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m，同时应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。有冲刷影响的河床，沉入冲刷线不小于1.0～1.5m。

4.6试成桩：目的是核对地质资料，检验所选设备、机具、施工工艺及技术要求是否合适。试成孔过程中，应根据持力层情况，决定选用钻头型式，选择合适的清孔方式。成孔结束后应检验孔径、垂直度、孔壁稳定和沉渣泥浆密度等指标是否满足设计要求，如满足，试成孔的施工工艺参数即为施工时选择工艺参数的依据.

5. 事中质量控制

对测量定位、终孔、清孔，下放钢筋笼、浇灌砼等工序要作为重点设立质量控制点。

5.1成孔。

（1）从轴线控制点施测桩位，检查桩位对中，选多个角度检查磨盘的平整度；同时检查机架枕木基础是否稳定，在钻孔过程中随时复查垂直度及磨盘平整度，对偏差要及时调整。

（2）按照试成孔的工艺参数组织钻进施工，根据钻进过程中各土层的情况，安排对泥浆比重进行检测。

（3）根据白杨河大桥设计提供地质剖面，经试桩钻孔时发现，实际地下水位已明显高于设计所提供的地下水位，表层0.4m左右为松散砾石层；0.4～4.0m范围为冲积淤泥层成冻状；4.0m～16.0m左右为饱和砂层，承载力小、稳定性差，在施工过程中随钻孔的深入，振动而坍塌，试钻无法继续进行。承包商根据试钻情况，经分析采取如下方案：将目前河流流水改道（因流量较小）；河床上回填4.0m左右砾石土，经碾压，将砾石土尽量往下挤，利用回填土层所产生的土压力，稳定下层不良地质并降低地下水位；护筒长度由原设计4.0m增长至不小于8.0m，保证护筒内水位高于承压水位不小于2.0m；控制钻进速度并调整泥浆相对密度，直到泥浆能护住孔壁。经过实际施工考察，采用方法基本可行，从原则上解决了施工过程中的坍孔问题。

（4）合理确定是否入岩，应根据勘探报告所揭示的持力层等高线与孔深比较，加强巡查、记录，结合钻具自重大小、吊挂松紧程度等，观察在界面钻进过程以及进入持力层钻机的反应情况，并加强取样，对照试成桩时确定的岩样为准，最终判定入岩或终孔，确保桩基进入持力层的深度。

（5）注入孔中的泥浆浓度，一般应小于1.15直至清水，同时加大泥浆泵量，以及时排除孔内的浓稠泥浆。

5.2清孔。

（1）终孔后，应将钻头提离孔底80～100mm空转，在保证护壁的前提下达到初步稀析泥浆，输入比重1.05～1.08的新泥浆，循环40～60min， 正循环法钻孔除要求泥浆具有护壁作用外，主要是浮渣。这样对泥浆的要求较高，即比重要大（r =1. 25-1.68） Ell。但护壁泥浆比重过大，则清孔时间长并易使孔壁泥皮增厚，在孔壁产生较大的 “涂抹”作用，从而降低成桩的桩侧阻力和单桩承载力。因此施工中应严格按文献〔2〕的要求将泥浆比重控制在1.30以内，当护壁泥浆用原土造浆时，由于随着进尺深度的增加，孔内泥浆比重也逐渐增加，因此，应控制具体时间应根据桩径和孔深掌握，尽可能将孔底岩屑、泥块打碎并随泥浆浮出孔外。

（2）下笼后安装导管进行二次清孔。泥浆性能指标在浇注砼前，孔底500mm以内的相对密度≤1.25，粘度≤28Pa.s含砂率≤8%.对清孔达不到沉渣厚度要求，坚决不能验收灌砼。

（3）在清孔过程中必须注意保持孔内水头，防止坍孔；但不得用加深钻孔深度的方式来替代清孔。可用相对密度较低的泥浆或清水压人清孔，具体应视实际情况而定。如地下水位高时，地层容易坍塌，泥浆相对密度可大些，但过大会造成混凝土顶升困难，特别要注意的是避免泥浆比重上下不一的情况。清孔过程中应注意保持水头，经常检测泥浆指标，一旦达标，迅速起钻。可用直径比设计桩径小5cm钢筋圆圈放人孔内验收桩径，然后下钢筋笼，尽可能缩短浇筑前的操作时间，减少沉淀量。严禁用加深孔底深度的方法代替清孔，这将会极大地降低桩尖处土的极限承载力，也容易因泥浆相对密度过大而造成夹泥或断桩。

5.3钢筋笼。

（1）进场的钢筋必须出具合格证或产品质量检验报告，同时还按现行钢筋检验标准取样试验，不符合质量要求的钢材严禁使用。在成孔过程中及时组织钢筋笼的加工制作，在加工过程中，注意覆盖，防止加工后淋雨产生锈斑；同时声测管固定在笼的内部，焊接位置必须保证与邻近钢筋净距大于等于钢筋最小净距，接头必须密封且应保证其位置垂直，以确保水泥浆不会渗人管内而影响检测质量。在同一截面内，接头错开，接头数不超过钢筋总数的50%，对钢筋笼立焊的质量要特别加强检查控制。下放前准确计算钢筋笼的置放位置，要保证伸进承台部分的钢筋长度。制作钢筋笼时应根据设计要求和规范规定，保证钢筋焊接长度和去除焊缝表面的焊皮；在钢筋笼分段制作时。应预留足够的箍筋长度，防止箍筋脱节，为避免分段钢筋笼过长造成其吊装时弯曲或倾斜着放入孔中，分段钢筋笼不宜过长尤其不能超过钻架自身高度，一般宜控制在5....8 m；为保证主筋间距符合要求，制作钢筋笼时事先应制作木模或钢模，特别是主筋为单数非对称布置时，更加应该注意。

（2）下放时，随时调整笼子的位置，使笼中心与桩中心保持一致。应保持垂直状态，对准孔位徐徐轻放，并注意不能碰撞孔壁，防止将泥土等杂物带人孔内或引起坍孔。可采用吊车进行吊装，钢筋笼吊装至设计位置后，采用地锚和井架固定牢固，以减缓混凝土上升时的顶托力，防止其上升。在钢筋笼的吊装时严禁强制性下放钢筋笼，以免造成钢筋笼变形。在下导管前，应对导管的连接进行水密试验，并记录各节长度和编号，便于浇筑过程中的长度计量。

（3）混凝土浇灌二次清孔验收合格后，现场初灌料斗、砼隔水栓（或沙包）、人员等应及时准备到位，在砼到场后方可停止清孔，进行料斗等安装。砼灌注前必须检查砼坍落度是否满足，一般宜控制在180～220mm.检查孔内导管的长度及离孔底的距离；根据导管内外混凝土的压力平衡法计算首灌混凝土量，确定采用的料斗容量，保证首灌后导管底埋入混凝土中大于1m以上。在料斗内放满砼后，剪断铁丝，隔水栓埋入底部砼。此时后续砼浇捣必须及时跟上，保证砼连续施工。浇捣过程中，检查导管提升、拆除等必须保证管底在砼中的埋置深度，宜控制在2～6m。

（4）并应通过测量确定，不能盲目估计，避免拔空。在混凝土面上升将要接近钢筋笼底部时，应放慢浇捣的速度，减少导管埋深以降低混凝土上升的冲击力。

5.4浇筑前的质量控制。

5.4.1材料的准备工作。选择集料应满足级配要求，施工中应需两种或两种以上不同规格的石料，计算并经试验验证结果，以确定符合要求的最优级配。假如级配不合理，容易形成大粒集中，造成水下混凝土灌注桩易产生离析，留下质量隐患。

5.4.2机械等其他准备工作。

（1）对各项操作机械进行检查，包括搅拌机的试运转，如果是翻斗车运输则还应检查翻斗车的性能，运料。导管在每次浇筑卸管后即冲刷干净。浇筑前的连接应分清编号及长度，以免影响计量埋深值。由于混凝土在泥浆中灌注和养护，混凝土的操作配合比应在保证设计强度前提下再加上一个保证率。规范要求首批混凝土的数量应能满足导管初次埋置深度≥1.0m，因此应准确计量导管上口漏斗的斗容量。容量不够的，应及时采取措施加以调整，保证首灌混凝土的冲击力和排淤能力。另外，也要检查漏斗底口的隔水设施是否完好可靠，不要因人为的疏忽而导致事故。

（2）在准备工作期间，还应准备好水泵、吸泥机、高压水管等各种处理故障的设备，以防万一。在开浇前，应测量孔底沉淀厚度，保证不大于规定值。如果大于规定值，还得再次清孔。此时，可用喷射清孔法，即用高压射水或射风数分钟，待少量沉淀物漂浮后，立即浇灌水下混凝土。

5.4.3浇筑过程中的质量控制。

（1）钻孔灌注桩要求混凝土有良好的和易性，以便在水中自行摊展，必要时可加入减水剂，以提高拌和物的流动性，使混凝土在灌注时保持足够的流动性。根据经验，首批混凝土除数量满足埋深要求外，可适当增加一点水泥量及含砂量，以保证其和易性和流动性，使以后浇入的混凝土容易顶升；若首批混凝土的初凝时间早于灌注全部混凝土所需时间，则首批混凝土中还得掺人缓凝剂。经常检测混凝土的坍落度，应控制在18-22cm的范围内。

（2）灌注水下混凝土前应认真测量孔深和导管长度，准确计算料斗、导管容量以及首批混凝土量，同时要严格控制导管悬空，并根据孔径大小、孔深、导管粗细、料斗大小、沉淀多少和孔底而采用相应值。浇筑过程中，最重要的就是控制导管的埋深，规范要求在2-6m范围内。埋深过小会使管外混凝土面上的泥浆卷入混凝土形成夹泥；过大则使混凝土不易流出顶升，还可造成桩外周的混凝土出现骨料离析和空洞，减小桩的有效直径；亦可造成近导管处混凝土面高，远导管处混凝土面低，从而混凝土先顶升再水平扩散，出现死角区，使泥浆和混凝土混合物填实在死角区，造成钢筋的握裹力不足。在每次下料后，都应准确测定混凝土面的上升高度，计算导管埋深，从而确定导管拆卸的节数，作好拆卸记录，防止导管拔出混凝土面而造成断桩。在混凝土浇至钢筋笼位置时，应放慢混凝土浇筑速度，使导管有较大的埋深，待混凝土表面进入钢筋骨架一定深度后，再提升导管口控制在最小埋深，使导管口高于钢筋笼底骨架一定距离继续灌注，防止钢筋笼被顶托上升。

（3）灌注过程中应准确实测混凝土面的上升高度，随时与实灌混凝土量的理论上升高度验证，计算时应结合地质资料考虑必要的充盈量及扩孔、缩径等因素。为防止钢筋笼上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋笼底部lm左右时，应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌和物上升到钢筋笼底口4m以上时，提升导管，使其底口高于钢筋笼底部2m时，可恢复正常灌注速度。当灌注将至设计位置时，由于导管外泥浆稠度增大，混凝土顶升困难，可用水冲法稀释泥浆，提高灌注落差，并适当加大埋深，因为此时泥砂、部分拌和物及被首批混凝土翻上来的沉淀物等杂物均落在混凝土的上面，测深无法反映混凝土顶面高度，容易造成误测，致使过早停浇。

（4）砼浇筑施工中砼拌合必须均匀，适当添加减水剂和缓凝剂，以延长初凝时间，为施工中意外情况的发生提供足够的时间（如停电等）。灌注砼必须连续作业，不允许出现任何原因的中断灌注，以免出现断桩现象。在砼的灌注中，派专人测量孔深并记录，准确掌握砼的上升高度，严格控制导管埋入砼在2m以下，防止埋管过浅出现脱空现象。为保桩顶砼质量，应在理论灌柱标高的基础上超灌50cm高度桩头，待砼达到70%强度后，人工凿除超灌部分桩头，确保桩头质量良好。至此，桩基础施工完毕。

5.5桩基质量检测与验收。

（1）对已完工的钻孔灌注桩进行质量检测与验收，也是对其进行事后质量控制。质量检测可检验钻孔灌注桩成桩后承载力能否达到设计要求。这里仅指桩身结构完整性（即桩体质量）及桩承载力检测。桩身结构完整及桩的承载能力检测有钻芯法、动测法、声波透射法及射线法，以及静荷载试验法。静载荷法比较直观，得出的数据容易让人信服，但缺点是堆载的重量常常达到数百吨、操作不便、费工费时；动测法可通过波速检测出桩身的完整性及桩的长度，测出长度的误差一般在±300 mm；取芯法缺点是取芯深度也有限；目前只有声波透射法，其机理明确，设备简单，使用方便，检测准确可靠，能测出桩身完整性、均匀性而被广泛应用。仅采用静荷载法不能保证施工后沉降达到设计要求；目前动测法还不能直接测出承载力值。因此，把静载荷法和动测法结合起来较为合理。

（2）钻孔灌注桩桩基分项（分部）工程验收包括隐蔽工程验收和检验批（单元工程）、分项工程验收。隐蔽工程验收在被验收工序施工完毕后下道工序施工前进行；检验批、分项工程验收在基坑开挖至设计标高后组织验收。这两项验收均应在施工单位自检合格的基础上进行。施工单位确认自检合格后提出工程验收申请，验收由监理工程师或建设单位项目负责人组织勘察、设计单位及施工单位的项目负责人、技术质量负责人，共同按设计要求、验收规范及其他有关规定进行。

（3）钻孔灌注桩施工中，严格按照规范要求施工，切实加强质量管理意识，要保证钻孔灌注桩的施工质量，必须强调现场人员要有高度责任心，对钻孔灌注桩施工的每个细节、每道工序都要做到严格控制，以防为主，从严控制，对桩基各个施工环节要充分重视并精心施工，只有这样钻孔灌注桩的质量控制才能得到保证，避免各种事故的发生。

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