钻孔灌注桩施工中常见问题与预防措施

钻孔灌注桩施工中常见事故与预防处理措施

陈万鸿

（广西水文地质工程地质勘察院，广西柳州，545006）

摘要：本文结合工程实际情况，介绍钻孔灌注桩工程机械成孔施工中常见的事故（如钻孔倾斜、钻孔缩径、孔壁坍塌、钻具折断、埋钻等）和灌注成桩施工中常见的事故（堵管、埋管、缩颈、离析等）的原因分析，并提出相应的预防与处理措施。

关键词：钻孔灌注桩钻孔倾斜钻孔缩径孔壁坍塌钻具折断埋钻堵管埋管缩颈离析事故原因分析事故预防与处理措施

概述

钻孔灌注桩以其承载力高，多用于高层建筑物、工业厂房和桥梁等重要工程的基础，我院自1985年投入钻孔灌注桩工程施工，相继完成广西区工商银行金城大厦、广西区人民银行桂银大厦等高层建筑物的钻孔灌注桩工程施工，柳钢110㎡烧结机、柳州汽车厂冲压车间等工业厂房的钻孔灌注桩工程施工，南宁市南湖大桥、南宁市清川大桥等桥梁工程的钻孔灌注桩工程施工，取得了较好经济效益和社会效益，结合工程生产实际情况，积极总结钻孔灌注桩工程施工经验与教训，为开展今后钻孔灌注桩工程施工中积累经验，同时为同仁在钻孔灌注桩工程施工中提供借鉴。

1 机械成孔过程中常见的事故与预防措施

1.1 钻孔倾斜及其预防处理措施

1.1.1钻孔倾斜的原因分析及其后果

钻孔倾斜的主要原因：（1）地层方面原因：施工场地内存在软硬岩层交替的互层，岩层倾角较大，如甘棠河铁路桥墩钻孔灌注桩工程中基岩岩层倾角≥30°，尤其是在岩溶发育的喀斯特地区，溶洞、溶沟或溶槽较发育，基岩面起伏大，甚至在同一桩孔内出现半边岩现象，钻孔极易倾斜，如柳钢110㎡烧结机钻孔灌注桩施工中遇溶洞、溶槽率达30%。（2）钻进操作等方面原因：①钻进技术参数不当，如在软硬互层或岩层倾角大的岩面上钻进压力大、钻

进速度快，钻具易沿软岩层面偏斜，造成钻孔倾斜；②钻机设备安装不水平、不周正、不稳固，或钻进过程中钻机发生倾斜移位；③钻具、导向系统变形。

钻孔倾斜的后果：钻孔倾斜轻则影响钢筋笼安放，重则影响单桩竖向承载力。

1.1.2 钻孔倾斜的预防与处理措施

钻孔倾斜的预防措施：（1）钻孔前，应当确保钻机安装水平、周正、稳固；（2）确保立轴、钻杆、钻头、钻铤、导正架等的刚正平直和钻具连接的同心度；（３）钻孔过程中，尤其是钻至基岩面时，应当经常检查钻机是否水平、周正、稳固，并保证施工过程中不发生移位或倾斜；（４）采用回转钻进成孔，如遇岩层倾角较大或软硬互层时，应采取低压、慢转、减速钻进，待钻具钻出一个完整平面（通常要求钻至完整基岩0.50m以上）后，方能采用正常钻进技术参数钻进，如甘棠河铁路桥墩钻孔灌注桩工程施工中采取该措施有效地预防孔斜。

钻孔纠斜的措施：当发现钻孔倾斜时，应及时将钻孔回填至孔斜段0.50m 以上,并采取低压、慢转扫孔纠斜。

1.2 钻孔缩径及其预防处理措施

1.2.1 钻孔缩径的原因分析及其后果

在机械成孔施工中，钻孔缩径往往发生在软土地区和软硬对比强烈的地层中。在软土地区进行钻孔灌注桩施工中，造成钻孔缩径的主要原因是在钻进过程中，钻进压力高，钻进速度快，钻具快速穿过淤泥、淤泥质土、强风化泥岩。因淤泥、淤泥质土自身特有的触变性、蠕变性等物理力学性质，当发生扰动时，土体结构易发生破坏，由软塑状触变为流塑状；因此当钻进压

力大、钻进速度快时，淤泥、淤泥质土就从钻孔四周涌向孔内，直到该地层侧压力与孔内泥浆形成的水柱压力达到平衡为止，如珠海三灶钻孔灌注桩工程钻孔发生不同程度的缩径现象。而在软硬对比强烈的地层中施工时也易出现钻孔缩径现象，这主要是在钻进过程中地应力沿较软岩层释放，同时钻进压力大、钻进速度快会造成钻头在克取钻孔孔壁上岩土时，形成较大螺距的螺旋体，造成钻孔孔壁不规则，形成钻孔缩径；另外，在岩溶地区进行钻孔灌注桩施工时，因钻头外出刃的消耗造成钻头直径小于设计钻孔直径，也易出现缩径现象，如柳州电厂扩建工程钻孔嵌岩桩等工程施工中，部分钻孔出现不同程度的缩径现象。

钻孔缩径的后果：钻孔缩径程度轻则造成钢筋笼无法下放到位，重则影响桩径和桩的承载力甚至使其承载力未能满足设计要求而报废。

1.2.2 钻孔缩径的预防与处理措施

有效预防钻孔缩径的措施有：（1）严格钻机机台生产管理制度，钻机操作由经验丰富的机班长专职操作，其他人员不得钻机给进操作，防止班组片面追求钻进效率。（2）当钻进遇水膨胀的岩土层（如淤泥、淤泥质土和强风化泥岩等）时，应采取加大泥浆密度、改善泥浆性能，钻机同时采用低压、慢转下钻进，降低钻进效率。（3）钻进工艺方面：应采取适当加大钻头直径，或采用双腰带灯笼钻头进行钻进，保证钻孔直径满足设计要求。（4）下钻前必须检查钻头完好程度，平底全面硬质合金钻进钻头应检查硬质合金内外出刃的磨耗程度，牙轮钻头、滚刀牙轮钻头应检查球齿或流刀的磨耗程度，如出刃磨耗严重时，应及时更换，以确保钻头直径与设计钻孔直径一致。如柳州电厂扩建工程钻孔嵌岩桩，平底全面硬质合金钻进钻头、牙轮钻头、滚刀

牙轮钻头出刃磨耗严重时，及时更换。

钻孔缩径的处理方法：（1）采用比设计钻孔直径大20～50㎜钻头进行扫孔扩孔，如南宁市南湖大桥工程施工中，强风化泥岩吸水膨胀造成钻孔缩径，用此法扩孔处理。（2）采用合理钻进技术参数钻进消除孔壁上不合理的螺旋体，如在柳州电厂扩建工程钻孔嵌岩桩一桩孔施工中，土层采用灯笼钻头钻进，基岩（强风化、中风化、微风化白云岩）采用滚刀牙轮钻头一次钻至设计孔深，当时滚刀牙轮钻头钻进效率比平底全面硬质合金钻进钻头高一倍，孔壁存在较大螺距的螺旋体；同时因嵌岩深度大、钻头球齿或流刀的磨耗严重，钻至设计孔深后，钢筋笼无法下放到位，后采取与设计桩孔同径的平底全面硬质合金钻进钻头进行扫孔扩孔处理。在以后滚刀牙轮钻头钻进成孔施工中，严格控制钻孔给进速度，消除不合理的螺旋体；经常起钻检查钻头外出刃磨耗情况，避免钻孔缩径。

1.3 钻孔窜孔与坍塌及其预防处理措施

1.3.1钻孔窜孔与坍塌的原因分析

（1）钻孔窜孔的主要原因：①设计桩间距小，通常情况下桩间距小于3.5倍桩径，有可能发生相邻钻孔间在某孔段窜通，如南宁市西津互通立交桥、南宁市香江花园支护桩等工程，因设计桩间距过小而造成部分钻孔互相窜通。

②施工顺序不当：采用机械成孔、桩身混凝土流水作业，且顺序施工，结果前一根桩灌注的桩身混凝土从后一根桩抽出（采用反循环钻进），如南宁市南湖大桥、南宁市西津互通立交桥工程施工中部分钻孔出现此类窜孔现象。③施工场地内存在结构松散、易坍塌的卵砾石层。

（2）钻孔坍塌的主要原因：①施工场地内地质条件复杂，如遇新近填土、

填土成份复杂且未经碾压密实，或地下水位较高，如南宁市南湖大桥东桥台部分桩孔因填土未碾压密实而造成钻孔大面积坍塌，危及钻机安全；②采用成孔工艺不当造成的，在回填土层钻进过程中，采用反循环钻进方法成孔，片面追求高钻进效率，如广西民族宫工程在回填土层采用泵吸反循环钻进工艺成孔时，造成钻孔大面积坍塌。③设计方面的原因，如建筑桩基施工规范中规定在圆砾层中不宜进行扩底施工，而设计单位为节约工程成本，提高桩的承载力，设计在圆砾层中扩底，如广西建安公司科技综合楼工程设计在圆砾层中扩底并浇灌成钻孔扩底灌注桩，部分桩孔出现坍塌现象。

1.3.2钻孔窜孔与坍塌的预防措施

钻孔窜孔与坍塌的预防措施：（1）在地下水位较高、新近回填土层等复杂地质条件下钻进成孔时，应采取泥浆护壁，必要时可在泥浆中加入适当的CMC增粘剂，改善泥浆性能，增加泥浆护壁作用，如南宁市民族大道竹排冲桥工程施工中，采用CMC泥浆护壁，有效预防钻孔坍塌；广西民族宫工程中部分施工单位在回填土层钻进中使用袋装粘土粉造浆护壁，有效预防钻孔坍塌。（2）采取合理钻进方法成孔施工，在结构松散的地层中不宜采用反循环钻进方法成孔，应优先采用泥浆护壁、正循环钻进方法成孔，能有效避免钻孔窜孔与坍塌。（3）采用合理施工顺序，如设计桩间距过小时，采用流水作业时应采取隔桩跳打、间隔施工。（4）采用钢护筒护壁，护筒埋设应进入老土1.00m 以上或完整基岩0.50m以上，护筒内径应比钻孔直径大100㎜左右；护筒埋设应与钻孔中心保持在同一铅垂线上，如南宁市清川大桥钻孔灌注桩水上钻孔采取钢护筒护壁，钢护筒埋设超过淤泥、圆砾及强风化泥岩，进入中风化泥岩1.00m，有效预防钻孔坍塌。（5）设计方面应尽可能避免设计过小桩间距

的桩或在圆砾层中扩底施工。

1.4钻具折断及其预防处理措施

1.4.1钻具折断的原因分析

（1）钻具常因疲劳、磨损而折断，尤其是在卵砾石层中采用反循环钻进方法成孔，卵砾石从孔底经钻杆内径上返至地面，造成钻杆严重磨损，出现钻杆壁厚变薄甚至局部磨穿现象，如广西区工商银行金城大厦在卵砾石层中采用泵吸反循环钻进方法成孔，出现钻杆因严重磨损而折断现象。

（2）钻机蹩车时强行回转造成钻具折断，在溶洞、溶沟或溶槽发育的岩溶地区，常遇软硬岩互层、半边岩，如柳州电厂扩建工程钻孔遇溶洞，钻具折断于溶洞内；或遇地下障碍物如南宁市亭子冲排涝泵站工程钻孔遇旧桥遗址，钻机蹩车时强行回转造成钻具折断。

1.4.2钻具折断的预防与处理措施

钻具折断的预防措施：（1）经常检查钻杆磨损情况和焊接部位是否脱焊等。（2）在岩溶发育地区进行钻孔，应由经验丰富的机班长操作；如钻机遇溶洞或地下障碍出现蹩车时，应停车、提钻，待查明原因后再试钻，不应强行回转；试钻时应采用“轻压、慢转、减慢钻进速度”的方法钻穿溶洞或地下障碍，能有效避免钻具折断事故的发生。

钻具折断的处理措施：钻具折断于孔内时，应及时采取有效措施进行处理。钻具折断于孔内多用打捞钩或活绳套进行地面打捞；如地面打捞无效时，应将钻孔扩孔下入钢护筒，进行孔内打捞。

1.5埋钻及其预防处理措施

1.5.1埋钻的原因分析

埋钻的原因：（1）在市交流电力缺乏、需要自带柴油发电机组的地区进行钻孔灌注桩施工，柴油发电机组发生故障或外部停电，造成正常施钻的钻具埋于孔内，如南宁市西津互通立交桥工程因柴油发电机组发生故障，造成一钻具被埋于深25.00m的孔内。（2）钻孔在施工过程中，因钻机转盘等部件出现故障，导致钻具被埋。

1.5.2埋钻的预防与处理措施

埋钻的预防措施：（1）无论在电力充足地区，还是在电力缺乏地区进行钻孔灌注桩施工，施工现场应有一台备用的柴油发电机组，并保持其运行良好。（2）施工前，应经常检查钻机转盘等重要部件并确保运行良好；如钻孔中出现钻机故障，不易修复时，且钻具在较深的钻孔中，应采取吊车提出孔外，能避免钻具被埋。

埋钻的处理措施：（1）钻具被埋于孔深较浅时，可利用吊车或挖掘机配合钻机进行强力起拔。（2）钻具被埋于孔深较深时，先利用泥浆泵从钻杆内、外泵送泥浆，使钻杆内、外形成循环回路，再提升钻具，开车回转钻机往上扫孔，亦能将被钻具提出孔外，如南宁市西津互通立交桥工程因柴油发电机组发生故障，造成一钻具被埋于深25.00m的孔内，利用此法成功将其提出孔外。

2 灌注成桩施工中的常见事故及其预防处理措施

2.1 桩底沉碴超标、桩底与混凝土胶结差及其预防处理措施

2.1.1桩底沉碴超标、桩底与混凝土胶结差的原因分析

（1）施工工序不连续，终孔验收合格后，安放钢筋笼和灌浆导管时间过长，造成桩底沉碴超标。

（2）首斗混凝土灌注量不足，尤其是桩径大的钻孔扩底灌注桩，往往因首斗混凝土灌注量不足难以满足灌浆导管埋设深度要求，易造成桩底岩石与混凝土胶结差。

（3）桩底沉碴超标也会造成桩底岩石与混凝土胶结差。

2.1.2桩底沉碴超标、桩底与混凝土胶结差的预防与处理措施

（1）当桩底沉碴超标时，应采取二次清孔法将桩底沉碴清除干净，即在安放好灌浆导管后，利用导管进行二次清孔，保证桩底沉碴厚度满足设计及施工规范要求。

（2）采用大容量的漏斗，满足首斗混凝土灌注量的要求，或采用混凝土泵送，确保桩身混凝土浇灌质量。

（3）发现桩底与混凝土胶结差，应采取灌浆补强措施进行补强。

2.2 灌浆导管堵塞及其预防措施

2.2.1灌浆导管堵塞的原因分析

（1）灌浆导管底部与桩底间距离太小，灌浆用水泥栓塞无法顺利通过，造成灌浆导管堵塞。

（2）灌浆结束后未及时清洗，导管内壁附有水泥硬块，造成灌浆用水泥栓塞无法顺利通过，形成灌浆导管堵塞。

（3）在灌浆导管安放过程中，导管接头密封性能差，灌浆过程中出现接头漏水，在导管接头处形成砂石栓塞，造成灌浆导管堵塞。

2.2.2灌浆导管堵塞的预防措施

（1）首斗混凝土灌注前，应将灌浆导管提离桩底0.30m，确保水泥栓塞顺利通过。

（2）灌浆结束后，应及时清洗灌浆导管，避免造成管内有水泥硬块；安放灌浆导管时，应检查管内是否存在水泥硬块和异物，如有应及时清除。

（3）在安放灌浆导管过程中，应安装好接头密封圈，做好灌浆导管接头的连接，避免接头漏水。

（4）采用铁块代替水泥栓塞，预防因水泥栓塞的原因造成灌浆导管堵塞，即在首斗混凝土时，在漏斗底部用铁块代替水泥栓塞，当漏斗内混凝土装满后，用副卷扬机将该铁块提出，混凝土沿灌浆导管顺利下行到桩底。

2.3 埋管及其预防措施

2.3.1埋管的原因分析

埋管事故常发生在桩身混凝土灌注过程中，灌浆导管被混凝土埋死，无法往上提动的现象，习惯上称为埋管。灌浆导管允许埋入混凝土面以下深度与混凝土的和易性、初凝时间、混凝土浇灌速度、温度等因素有关，常见埋管的原因有：

（1）灌浆导管埋入混凝土面以下深度过大，如南宁市南湖大桥工程东桥台132#桩桩身混凝土浇灌中，混凝土从导管灌入，泥浆从孔口返出，连续浇灌5h，未拆除过导管，结果埋管深度达18m，最后造成整套灌浆导管埋死。

（2）在灌浆过程中，因外部停电或发电机组出现故障，造成整套灌浆导管埋死，如南宁市西津互通立交桥左112#桩在灌浆过程中因发电机组出现故障，长25.0m导管被埋。

2.3.2埋管的预防措施

（1）灌浆过程中，导管应保持合理的埋深。通常情况下导管埋入混凝土面以下2.0～3.0m，特殊情况导管埋控制在1.0～2.0m，既符合施工规范要求，

又能在非常条件下利用钻机手轮缓慢提离砼面，避免埋管事故。

（2）现场工程技术人员应多测量桩孔内混凝土面位置，准确计算混凝土埋管深度，灌浆作业人员应勤拆除导管，合理控制导管埋深。

（3）施工现场应配备运行良好的柴油机发电机组，以备外部停电或发电机组出现故障等情况下使用，避免埋管事故。

2.4断桩及其预防措施

2.4.1断桩的原因分析

（1）在桩身混凝土浇灌过程中，钻机或搅拌机等设备出现机械故障，或外部停电、停水等原因长时间停灌而造成断桩。

（2）在桩身混凝土浇灌过程中，灌浆导管接头螺杆折断，形成断桩。

（3）钻机操作人员操作不当，在提升灌浆导管时用力过猛，将灌浆导管提离混凝土面，造成断桩等。

2.4.2断桩的防治措施

（1）浇灌前应检查钻机、搅拌机、发电机组等设备，确保其在桩身混凝土浇灌过程中运行良好，并注意机械设备日常维护保养。

（2）灌浆导管应由经验丰富的机班长操作，技术人员应现场指导并严格控制灌浆导管提升高度，严禁将灌浆导管提离混凝土面。

（3）在桩身混凝土浇灌中，如发现断桩应立即停止灌注，可用比钢筋笼内径小100㎜的钻具及时扫孔，用泵吸反循环抽吸桩孔内浮浆，并钻至粗骨料1～2m，重新安放灌浆管灌注桩身混凝土，即孔内接桩。如工程部位重要，设计、建设单位不同意孔内接桩，可采用冲击回转钻机在原位重新成孔成桩；或在相邻位置补桩。

2.5 桩身混凝土离析、缩颈及其预防措施

2.5.1桩身混凝土离析、缩颈的主要原因

（1）混凝土的和易性差，或搅拌好的混凝土经运输产生离析、泌水现象。

（2）桩身混凝土浇灌时间长，期间存在短时间断，先灌入的表层混凝土流动性差，后续灌的混凝土在提升导管等原因，冲破原混凝土面，并在其上面形成混凝土桩柱，同时将沉积在原混凝土面的部分钻屑、岩粉及泥浆包裹在其中，造成桩身混凝土夹泥土或缩颈。

（3）成孔时护壁用泥浆密度大，在孔壁上形成较厚的泥皮；同时灌注前没有进行换浆处理，或换浆处理不符合施工规范及设计要求，亦易造成桩身混凝土缩径。

2.5.2桩身混凝土离析、缩颈的预防措施

（1）严把混凝土质量关，保证混凝土的和易性良好，避免出现混凝土离析、泌水现象。

（2）桩身混凝土浇灌应保持连续，减少不必要的间断；同时应尽可能缩短浇灌时间，有条件应尽可能采用泵送混凝土浇灌，以缩短浇灌时间。

（3）终孔换浆或进行二次清孔换浆时，应按照设计及施工规范要求进行换浆，严格控制孔内泥浆密度和含砂率等，避免因孔壁泥皮厚造成桩身混凝土缩径。

2.6 桩顶混凝土质量差及其预防措施

2.6.1桩顶混凝土质量差的主要原因

（1）桩顶浮浆高度不足，桩顶出现浮浆未见粗骨料时就停止混凝土灌注，造成桩顶混凝土自致密实。

（2）桩顶混凝土振捣密实不足。

2.6.2预防桩顶混凝土质量差有效措施

（1）适当增加桩顶浮浆高度，增加桩顶混凝土自致密实度，减少桩顶混凝土被泥浆等杂质浸染，提高桩顶混凝土质量。桩顶浮浆高度可根据桩径大小、空桩长度（地面与设计桩顶之间高程差）及孔内泥浆密度大小等因素确定，通常情况下，桩顶浮浆高度为0.5～1.0m。

（2）增加桩顶混凝土振捣，提高混凝土密实度。如遇部分钻孔灌注桩空桩长度不大，应及时清除孔内泥浆及浮浆，继续浇灌混凝土并增加桩顶混凝土机械振捣密实；如遇部分漏水的桩孔，当桩孔内混凝土浇灌到一定高度，桩孔内泥浆漏失完后，采用常态混凝土继续浇灌时，应采用混凝土机械振捣密实，如防城港高压线塔基工程采用振动棒振捣密实，尤其是桩顶混凝土部分。

作者简介:陈万鸿(1968年出生)，男,汉族，广西贵港人，广西水文地质工程地质勘察院工程师，主任，钻探工程专业，主要从事钻孔灌注桩、岩质边坡锚喷、软土加固、岩土工程勘察、深基坑支护等工程施工管理与技术指导工作。

联系人：陈万鸿，联系电话：135********；通讯地址：广西柳州市东环路12号勘察院，邮政编码：545006。