曹振中

(葛洲坝集团第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 冲击钻孔的施工程序

测量放样→钻机定位→钻孔→掏渣→泥浆调制→清孔→终孔验收;相关的辅助作业包括:孔径检查、钻具及机械设备修理等。

2 冲击钻孔的施工要点

利用冲击钻造孔的关键点是要掌握钻头冲程的大小和掏渣时机:

(1)开孔前,应在护筒内多加一些粘土以及一定数量的片、卵石,然后注入泥浆或清水,利用钻头的冲击把泥浆、石块挤入孔壁,对护筒底部进行加固。孔内水位应高于护筒脚 0.5 m以上,比护筒至少低 0.3 m,以免泥浆荡漾损坏护筒底部以下孔壁并防止泥浆溢出。孔内水位应比孔外水位高 1～1.5 m以上,以保持必要的内外水位落差。

(2)开孔时,要随时检查孔位,必须使钻头中心对准孔位中心。开孔时,应先小冲程慢冲,若通过坚硬密实的卵石层或基岩漂石类的地层宜采用高冲程(100 c m);而通过松散砂、砾石或卵石夹土层,以及通过高液限粘土、含砂低液限粘土时宜采用中冲程(75 c m)。冲程过高,对孔底振动大,易引起坍孔;在易坍塌或流沙地段宜用小冲程,并需提高泥浆的稠度和相对密度。孔底已在护筒脚以下 0.3～0.4 m时即可以根据地质情况,适当加大冲程。

(3)造孔过程中,要注意均匀地松放钢丝绳,察看钢丝绳回弹和旋转的情况,钢丝绳的松放需本着“勤松、少松”的原则,防止钢丝绳松放过少或过早松放而产生空打现象,且极易损坏机具,同时要提高冲击频率。

(4)冲孔过程中,要勤掏渣,勤保养机具,勤检查钢丝绳和钻头磨损情况,检查转向装置是否灵活,预防发生安全质量事故。

(5)严格控制泥浆比重。泥浆比重以满足悬浮钻渣为宜,正常情况下,泥浆比重约为 1.3 g/c m3,不宜过大或过小。过小不利于浮渣,过大增加钻头的阻力。

3 事故的成因及其预防处理措施

3.1 梅花孔

原因分析:

(1)钻头转向装置转动失灵,以致不能转动,且总在一个方向上下冲击。

(2)泥浆太稠,相对密度和粘度过高,妨碍钻头转动,冲程过小,没有足够的转动时间,以致在一个冲程内无法完成转向。

预防及处理措施:

(1)根据地层情况,采用适当的冲程。同时,为了加强钻头的旋转,采用大捻角的钢丝绳做大绳,并使用合金套活动接头连接钻头,并保证其转动灵活。一旦出现梅花孔,应回填片石至梅花孔顶部以上 0.5 m,用小冲程重钻。

(2)加大钻头的摩擦角,以减少钻头与孔壁的摩擦力,随时调整泥浆稠度。

3.2 坍 孔

在不良地层(如软土、粉砂、细砂及松散堆积层)中钻孔,容易发生坍孔。在开孔阶段坍孔,会使护筒沉陷、歪斜而失去导向作用,造成偏孔;在正常钻进中坍孔,会造成扩孔或埋钻事故;在灌注混凝土时坍孔,则会造成断桩事故。

原因分析:

(1)护筒周围未使用粘土回填夯实,钻头、抽渣筒经常撞击孔壁。

(2)泥浆相对密度不够,性能指标不符合要求,使固壁未能形成坚实泥皮;泥浆面高度不够,对孔壁的压力小。

(3)在向孔内加水调整泥浆性能时,流速过大并直接冲刷孔壁。

(4)钢丝绳松放过多,钻头晃动碰撞孔壁。

(5)射水(风)压力太大,延续时间太长而引起孔壁坍孔。

预防及处理措施:

(1)根据以上分析得知,坍孔主要是由于施工操作不当造成的。通常把预防坍孔的主要经验总结为六句话:“埋设护筒是关键,莫把孔内水位变,把好泥浆质量关,孔口周围水不见,吸泥射水掌握好,精心操作处处严”。

(2)如果发现护筒倾斜下陷,孔口土层下沉,说明孔口坍塌,必须停钻处理;若钻孔不深,可用粘土加片石回填,重新安装护筒后再开钻施钻;若钻孔较深,可将护筒接长,将护筒安放到坍塌孔段以下,在护筒顶部四周回填粘土,或用草袋装粘土堆码加固。

(3)在钻进中如发现泥浆面冒出大量细小气泡,进度突然变慢,孔底标高上抬等现象,说明孔壁正发生坍塌,此时应查明坍塌位置并采取相应措施:可投入粘土,加大泥浆比重,提高孔内水位继续钻进;坍孔情况严重时,须用粘土加片石回填至坍塌部位以上 0.5 m重新开钻;必要时,也可下钢套管护壁,在灌注水下混凝土时,随灌随将套管拔出。

3.3 弯 (斜)孔

原因分析:

(1)在钻进过程中,由于缆风绳松紧不一致,钻机不稳,产生位移或者不均匀沉陷且未及时纠正。

(2)钻孔中遇有大孤石或探头石;在有倾斜的软硬地层交界处、岩层倾斜处钻进,或者粒径大小悬殊的卵石层中钻进,钻头受力不均。

预防及处理措施:

(1)弯(斜)孔造成钢筋笼难以下到设计标高,从而使桩基偏心受力,降低桩基的承载力。故钻孔过程中必须经常检查钻机的位置有无挪动,钻头回弹、旋转是否正常,地层结构有无变化。

(2)钻头下放要徐缓,主绳在泥浆面上逐渐离开桩基中心位置,钻头触及孔底后将主绳稍微带紧,主绳位置偏移,提钻时有轻微卡钻等均表明孔位出现斜(弯),需及时查明斜(弯)位置和软硬地层交接位置的标高和长度,回填粘土加片石至不规则孔段,待沉积密实后再继续钻进。

(3)如在基岩倾斜处发生弯孔时,则需用混凝土回填至不规则孔段以上 0.5 m,待混凝土终凝后重新钻孔。

(4)对于倾斜严重的孔段,可在偏斜处放置少量炸药(少于 1 k g)爆破。

3.4 掉 钻

原因分析:

(1)联结钢丝绳与钻头的绳卡松动或数量不足。

(2)钢丝绳磨损丝超过规定,合金套的合金灌注质量差,致使钢丝绳拔出。

(3)卡钻时强提,使钢丝绳超负荷致疲劳断裂。

(4)钢丝绳过度陈旧,断丝太多且未及时更换。

预防及处理措施:

处理掉钻事故比较困难,特别是深孔打捞钻头费工、费时,因此,在钻进过程中一定要按操作规程操作并勤检查,发现问题应及时进行处理。

(1)在钻架上端加焊角钢,接头处增设保险钢丝绳,钻头处设置钢筋环以备打捞。

(2)在钻进过程中,如发现缓冲弹簧突然不伸缩,钢丝绳松弛,则表明钻头掉落。此时应立即停机检查,找出原因,测量掉钻部位,探明钻头在井中的情况,立即组织人力进行处理,以防时间过长沉渣埋住钻头。

(3)对于掉钻,可采用捞叉、捞钩、绳套、夹钳等工具捞取:当钢丝绳折断或绳卡松脱、在钻头上留有一段钢丝绳时,可用捞叉捞取;如钻头上焊有钢筋环,可用强度高、尺寸和重量适合的冷弯或锻制钢筋捞钩进行捞取;如钻头留有一定长度的钻杆时,可用单根钢丝绳套或双钢丝绳套捞取。

3.5 卡 钻

原因分析:

(1)由于钻头磨损未及时补焊,形成孔径上大下小。

(2)孔壁倾斜,此时如用补焊后的钻头(直径增大)钻孔,很可能被孔壁凸面挤紧卡住。

(3)孔底形成的较深十字槽亦会造成卡钻。预防和处理措施:

(1)经常检查钻头直径,如磨损超过规定(小于直径 3 c m)时应及时补焊。

(2)发生卡钻后,应查清被卡的位置和性质,不可强提硬拉,以免造成断绳掉钻,或越卡越紧的不利情况出现。

(3)由于坍孔落石,钻头被卡在距孔底一定的高度上,虽不能向上提起,但可以向下活动,此时可放松并摇动大绳使钻头慢动或转动并往上拉。

(4)孔壁出现探头石,提钻过猛,钻头刃部挤入孔壁被卡住,可用小钻头把探头石击碎或用重物冲动钻头使之下落,转动一定角度再上提。

(5)钻头在孔底被卡住时,先用吸泥机吸泥并清除钻渣,然后再提起钻头。如采取强提必须加上保护绳,防止钢丝绳拉断发生掉钻,并注意枕木垛或其它支撑设施的摆放位置,必须离开孔口一定距离,以免孔口受压造成孔壁坍塌。

3.6 流 砂

原因分析:

(1)在钻头通过较厚的细砂或粉砂层时,由于渗水量大,孔内水头高度不够。

(2)地层受到钻头冲击震动容易发生流砂。流砂使钻速减慢,严重者会导致钻孔被流砂回填。

预防及处理措施:

发生流砂时,应提高孔内水位,在泥浆中增加粘土,加大泥浆比重,利用钻头的冲击将粘土挤入流砂层,以此加固孔壁;流砂层较厚时,为防止坍孔,必须安装深护筒穿越流砂层。

4 结 语

冲击钻造孔是桥梁桩基施工的一个重要工序,对冲击钻孔施工可能发生的上述事故要根据不同情况认真处理。尤其是钻孔偏斜和坍孔,在冲击钻孔施工过程中会经常发生,处理起来较困难。因此,施工中须认真、全面地分析可能造成钻孔偏斜和坍孔的因素,做好相应的预防和处理工作,使之少发生、不发生,以免因事故处理导致施工进度延误、工程成本增大。