摘要：旋挖钻孔灌注桩是一种施工高效、经济节能、适应地层较广的钻孔灌注桩形式。其施工的关键环节在于旋挖钻孔。在施工过程中，旋挖钻机常见成孔施工问题主要分两大类：机械事故问题和成孔质量问题。文章不着重探究各类旋挖成孔的工法、而是偏向结合工程实际，仅从旋挖钻孔施工常见的机械事故问题和成孔质量问题的原因、预防措施及处理方法的方向来进行浅析。
关键词：旋挖钻孔；成孔施工；常见问题原因；预防措施及处理方法
一、机械事故问题
1、卡钻
1.1、原因
①当旋挖钻钻斗转速过快带动泥浆冲刷孔壁或一次钻进深度过大，钻斗内的碎石从排水口挤出被甩至孔壁间隙造成卡钻；②孔壁凸出探头石导致径向卡钻；③钻齿磨损导致卡钻（打滑）；④钻孔倾斜导致卡钻；⑤塌孔埋钻；⑥缩径卡钻 。
1.2、预防措施
①一次钻进深度应控制得当，不应过深（一般不超过钻斗高度的2/3，避免石块坠落卡钻）；②在碎石土层钻进时，转速不宜过快，否则会带动孔内泥浆在一定区域内密集、高速冲刷孔壁，从而导致孔壁掉块（孤石块等）卡钻； ③钻头提升速率应视具体土层环境定，孔壁有探出障碍石块时，提升速率不宜过快，为避免钻具被卡，可同时降低钻头转速； ④钻头钻齿及辅助装置须保证适用性，应及时更换或修复，确保钻孔作业全过程的有效性；⑤预防孔壁上凸出的探头石，应反转提钻。若钻进方向上卡钻，宜用螺旋钻头扫孔、松动凸出石块后再钻进；⑥若障碍岩石较多，则须用岩石筒钻，连续多次扫除孔壁凸出障碍岩块。
1.3、处理方法
①卡钻发生后，切勿立即加速提钻，应在事故初始位置尝试上下反复提放钻斗，同时正反双向转动钻斗使异物脱离接钻具接触面、使其松动掉落后再提起钻斗。②清孔疏通法：采用导管和空压机向孔底冲浆、用水冲孔或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣后起吊。③开挖法：卡钻位置较浅或地下水位较低时，用护筒、水泥等护壁清理沉渣。④钻杆无法直接提升时，可采用大吨位吊车直接向上起吊即可。
2、掉（埋）钻
2.1、原因
①钻机一次钻进过深或塌孔造成埋钻；②提钻时受阻，钢丝绳被拉断引起；③钢丝绳断丝或打卷后未及时发现，再拉直时钢丝绳断裂引起；④连接销滑落或连接销被剪断引起掉钻；⑤钻头连接方设计强度不够、焊接不牢或钻机超负荷大扭矩工作导致连接方断裂；⑥钻杆本身质量有缺陷、地层硬度过大或钻进扭矩过大导致钻杆断裂引起掉钻；⑦钢丝绳压环时受损或弃渣时冲击颠振过于频繁而导致钢丝绳与提引器连接处损坏引起掉钻。⑧提引器工作环境恶劣，经常处在泥水中导致提引器损坏引起掉钻。
2.2、预防措施
①每次进尺长度控制在钻长的60%～80%；不稳定地层加长外护筒并泥浆护壁辅助；合理组织及调整施工方法,控制钻孔偏斜程度；②提钻时加强留意地面情况及观察主卷扬压力表情况，发现压力突加，及时采取相应措施调整；③经常检查钢丝绳状况，发现断丝达5%时或成孔总数超过40个时，及时更换钢丝绳；钻头下放至离孔底1m左右时，使用自由下落脚踏板放主卷扬，慢速操作预防钢丝绳打卷；连接销采用优质钢材制作；④连接销锁紧螺母外加弹簧扣，防止松落；经常检查连接销状况，有问题及时更换；⑤连接方设计强度应与钻机额定扭矩匹配；选用优质材料，在连接部位进行加固；根据地层情况选择相匹配钻机扭矩；⑥选择材质良好的钻杆；钻进过程中根据地层情况合理选择钻机扭矩；⑦钢丝绳采用编织方法，而非压环方法；尽可能采用旋转弃渣方式，减少冲击；⑧每班检查、保养提引器，选用高标号润滑油，发现提引器状况不好及时维修或更换。
2.3、掉钻打捞处理方法
①可用钻头加装打捞钩的方式捞起掉落的钻头；②若钻杆处还残留有拉断钢丝绳，则可重新连接；若钻杆处无钢丝绳，采用两台吊车与副卷扬合力、交叉拔起钻杆钻头；③若地层稳定但存在无法抽干的渗水，则通过钢筋等探触钻头可挂钩的部位设法下钩打捞；④若卡钻位置较深或卡钻位置偏斜，则需进行扩孔后钢护筒下孔捞钻。⑤若是切削筒钻掉入孔下，则采用专用旋转钻杆或冲击钻，前者使工具与钻头卡紧并捞起，后者将掉钻冲击冲碎并用磁力打捞器将碎片吸附打捞出孔。
2.4、埋钻处理方法
①清孔疏通法：事故发生后，马上调好泥浆注入孔中，以免塌方，利用导管和空压机高压冲浆、用水冲孔；或用反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，随后旋转钻杆提升。②高压喷射法：在原桩孔旁边钻2-3个小孔，然后下喷管到埋钻的位置，高压喷射，直至孔底穿透，随后旋转将钻杆提升。③人工开挖法：若埋钻较深，且钻头与孔壁卡得很紧，常采用下钢护筒的方法即在孔壁四周下钢护筒（一般采用20mm厚）护壁，然后采用人工挖孔方式将周围钻松，再用反循环清理钻头四周沉渣，将旋转钻杆提升。若钻头在岩层卡死，可用爆破法取出钻头。④设计变更调整桩位法：如该工程工期特紧，采用其它方法费用较大时，且该工程桩间距有富余位置时，可做设计变更程序，将原桩废止回填后，按设计变更后桩孔施工。⑤吊车起吊法：埋钻后以防塌方立即调好泥浆注入孔中，利用导管和空压机冲浆、冲孔，或用反循环等方法，清理钻筒周围沉渣；用副卷扬将第一节钻杆提出孔面，再用大吨位吊车将钻杆一节一节往上提，提一焊一节，如主卷扬钢丝绳没有断，到最后一节可以和吊车同时起拔，直至将钻头提出孔中。⑥千斤顶起拔法（开始工作方法同吊车法）：直到提不动的最后一节，用碎石将护筒周边垫实并高出护筒10cm，垫铁板、枕木、槽钢等物品加固底部，钻杆适当部位用40mm厚钢板加工成两侧底部垫板，焊接牢固，并用两个100吨的千斤顶分别顶钻杆两边。
3、钻杆断裂
3.1、原因
①钻杆与主机扭矩不匹配；②在松散漂石、块石层钻进方法不当；③卸土方法不当；④使用小扭矩钻杆钻进时转速过高；⑤入岩加压过大，使钻杆受巨大的弯矩，钻杆受交变拉压应力，极易产生裂纹和断裂。
3.2、预防措施
①注意钻杆与主机扭矩匹配；②控制钻杆与主机转速的同步；③钻进松散漂石、块石层时采用“两步钻进法”即先用螺旋钻将漂石、块石钻松动，再用钻斗取土；④甩土时要先开底甩土，再合底甩土，再开底甩土；⑤使用小扭矩钻杆时钻进转速不可过高。
3.3、处理方法
钻杆与主机扭矩不匹配造成过劳开裂的杆件装置要及时联系租赁单位或原生产厂家进行更换。严禁钻杆带缝作业，避免因此带来工期和经济损失。
二、成孔质量问题
1、钻孔倾斜（钻孔弯曲）
1.1、原因
① 滑轮架歪斜 ；桅杆支撑油缸自行泄压；动力头滑移架偏斜；桅杆调垂系统故障或偏差引起孔斜；②地质原因引起的孔斜事故 （斜岩面 、探头石 等）；③钻进工艺有误及操作手熟练程度差。
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1.2、预防措施
①日常水平仪观测及钻杆上加设扶正器纠正倾斜；②在不良地层可选择特殊专用钻头钻进（如平头钻具、双进土口钻斗），避免钻孔出现倾斜；③钻孔遇溶洞时采取填充溶洞后钻进或加设护筒等措施；有探头石等硬障碍物采取先松动后取土处理。④对持证钻机司机进行必要的安全技术培训与考核，对其进行工程概况和地勘情况的详细交底和钻机工况的交底。
1.3、处理方法
①针对钻机自身问题的解决方法：用全站仪或经纬仪对旋挖钻机、桅杆垂直度进行调整。②针对地质状况引起的解决方法：若是较软斜岩面地层，则放钻至前次钻进深度位置减压钻进并随时密切观察钻杆及控制进尺速度，避免出现钻杆倾斜；钻进斜岩面，如果地层较硬，必须采取直筒钻头；若斜岩面不是分层发育，穿过斜顶层后可常规钻进；若斜岩面是分层发育，宜用直筒钻头减压钻进，进岩面稳定后，可尝试增压钻进。钻孔区域有漂石，采取如下步骤 ：孔壁漂石和探头石是引起钻孔倾斜的主因，应观察钻杆的摆动方向及听音判断漂石所在位置。漂石地层选用筒钻、双筒和钻斗钻进，超大漂石用螺旋捞取；遇到探头石时，可用小于孔径的螺旋掏出；如果探头石为软岩，用与孔径一致的嵌岩筒钻用“减压钻进”操作法切除；探头石硬且直径较大时，钻进到探头石下，灌注砼至探头石以上，凝固后，用钻岩的方法钻进。③钻进工艺有误及操作手熟练程度差处理方法：及时更换钻机操作手并及时孔内抛填土石料拌合物，压实后重新对孔内倾斜段进行校核重钻作业。
2、塌孔
2.1、原因
①碰撞塌孔、操作塌孔、大型机械振动：提放钻具的过程中，钻头刮碰孔壁，破坏稳定，导致孔壁塌孔；湿作业提钻泥浆的冲刷，易造成钻头护筒底塌孔；钻头过速或空转时间长，扰动引起钻孔下部坍塌；钢筋笼安装刮蹭导致塌孔；大型机械作业震动影响造成塌孔。②漏浆塌孔、支撑破坏塌孔 、涌水塌孔、地下水塌孔：碎石土层的特点是地层胶结性差，干作业成孔桩周土层内粘性土质少或者湿作业成孔时泥浆选择不当，泥浆配置不当（比重不稳定、相对密度小）、泥浆漏失严重，施工时易发生掉块塌孔；水头压力小或有承压水；成孔后等待时间过长，补浆或回填土料不及时也容易造成塌孔。
2.2、预防措施
①原土孔壁塌孔时，采用泥浆护壁。施工中用粘度较高、密度适中的泥浆来保持孔内足够的水头高度；（正确选择泥浆比重、酸碱度；预测并保证泥浆位，观察是否漏浆，及时补充泥浆）；②选择合理的钻进工艺；③避开与大型机械同时作业，保证符合设计及规范、技术标准要求距离，跳桩施工；④用全（长）护筒封闭回填土层；⑤视孔壁稳定情况，边钻边向孔内投入粘土，通过将粘土挤入孔壁表层，提高孔壁胶结性，形成相对稳定的孔壁保护层。
2.3、处理方法
发现孔壁坍塌并待其稳定后，施工人员要准确测量孔底垮塌层的位置及深度，用C20混凝土或M20砂浆灌入孔内，充分封闭垮塌层并往上浇筑一段高度。待混凝土或砂浆凝结并达到一定强度后复钻。
3、缩径与吸钻
3.1、原因
①地层因素：在软土层钻孔后孔壁土向孔内移动造成缩径。②吸钻负压作用：在粘塑性较大的土层，旋挖施工提钻时，钻头底端容易产生抽吸现象，进而形成孔内负压造成孔壁缩颈。
3.2、预防措施
①配置密度和粘度较高的泥浆在孔壁处形成保护层，并通过保持泥浆液面足够的高度平衡孔壁的水平土压力；②为防缩孔在可能发生缩颈地层时应降速钻进，缩颈可疑段钻进完结后提钻头并扫孔；③选用锥筒钻头或带有流水孔的直筒钻头，适当加大保径条的厚度，促进泥浆在钻头两侧的流通，防止吸钻；④禁止钻斗在孔底停留时间过长，避免缩颈后钻斗上提困难。
3.3、处理方法
①用同径宽钢筋笼制检孔器检查是否缩孔（检孔器长度为孔径的4-6倍）。②检查部位：每钻进10m左右；易缩孔土层（软土、软塑土层等）；更换钻斗后都应进行检孔。③若检孔器不能降至原钻达的深度或出现偏位，或存在弯孔、斜孔或缩孔等情况。如不严重时可调整钻机位置或钻具继续钻孔；不严重时可回填土料后重钻。
4、地面塌陷
4.1、原因
①旋挖桩大多数在高回填土中进行。一般在土石方施工中未对回填土进行分层夯实、碾压、大块石进行粉碎等技术处理。其特点多用抛填方式，级配特性、均匀性、固结性均较差，且其中大块石形成空洞、缝隙大；整体孔隙比大，回填时间短沉降周期不足等。②当施工场地较低时，下雨后大量的地表水和地下水汇集，导致回填土坍塌。
4.2、预防措施：
①施工前仔细查看地质勘察报告，对可能存在地面塌陷的区域进行机械压实；②做好坑底雨水堵截疏排工作，地下水渗出丰富区域不应直接开挖换填，有条件的可进行目的性降水措施。
4.3、处理方法
①对机械压实后地面仍存在塌陷隐患的或仍不能满足施工要求的，可进行开挖换填。②局部灌注低标号混凝土，固结土体结构。
5、孔底沉渣过多
5.1、原因
主要表现为孔底沉渣未清理干净或孔壁泥土塌落在孔底。
①清孔不彻底，湿作业法成孔时清孔泥浆比重过小；②钢筋笼吊装刮碰孔壁泥土跌落；③清孔后等待灌注时间过长，泥浆沉淀；④混凝土灌注前塌孔。
5.2、预防措施
①终孔后用清孔钻斗进行清孔；②清孔采用优质泥浆，控制泥浆比重；③钢筋笼垂直缓慢放入；④提高混凝土初灌进对孔底的冲击力，导管下口距孔底控制在0.3～0.5m，初灌混凝土量应满足导管底端埋入混凝土中深度不少于0.8m，利用混凝土的冲击力、密度使沉渣上浮。
5.3、处理方法
①清孔时间适当延长并多次检查；②采用机械连接工艺加快钢筋笼加工速度；根据桩长预估尺寸，先加工好标准钢筋笼仅留最后一节笼子，可大大提高安装速度；③可向孔内送入高压风、高压水等措施，借助其产生巨大冲力扬起孔底沉渣悬浮体,清除大多数孔底沉渣。
三、结语
旋挖成桩重要环节在于成孔，故前期准备工作中，施工单位对地质勘探资料和设计文件要有充分的熟悉和理解；并以此为基础结合现场实际工况进行预测、分析；同时，也要对不同地层可能遇到的问题提前判断；尤其要注意收集解决问题相关信息及方案。这样才能减小事故问题的发生概率，为顺利钻孔施工及后续作业奠定基调。
参考文献:
[1]衡俊材.论钻孔灌注桩施工常见质量事故的预防及处理[J].科技创业月刊，2011 (09) .
[2]龙燕.钻孔灌注桩施工[J].科技传播，2011 (16)
[3]徐维钧.桩基施工手册( 第1版) [M]北京:人民交通出版社,2007:169-188.
论文作者:胡文龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/1
标签：钻杆论文; 钻头论文; 钻孔论文; 泥浆论文; 地层论文; 方法论文; 钻机论文; 《基层建设》2019年第15期论文;