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旋挖桩基础施工案例-旋挖施工常见事故预防和处理


发布时间:

2022-12-16

旋挖钻机以其具有的优质、高效、节能、低噪声等优势,在桩基础施工中得到越来越广泛的使用。由于各种原因而导致的旋挖钻机在成孔过程中出现的各类事故层出不穷,综合分析这些事故产生的原因并提出针对性的解决方法,不仅对钻机生产厂家提高钻机性能,并且对使用钻机的施工单位和钻机的实际操作人员都有着重要的意义和价值。

4.1钻孔倾斜

4.1.1事故原因

(1)钻机原因 

a滑轮架“主卷扬滑轮出绳点”与“动力头内键套中心”所构成的直线不竖直;

b桅杆支撑油缸自行泄压;

c动力头滑移架偏斜;

d桅杆调垂系统故障或偏差

(2) 地质原因引起孔斜事故 

a斜岩面;

b漂石、探头石;

c溶洞等软硬不均地层.

4.1.2解决办法 

1)针对钻机原因造成钻孔倾斜的解决办法:

a厂家的严格把关

b客户经常检查,以便及时发现问题。

客户检查方法如下:目测。通过观察、了解机器的运行情况,如果感觉有所偏差,应进行仪器测量。仪器测量。旋挖钻机调垂后,用全站仪(或经纬仪)检查桅杆垂直度。

(2)针对地质原因造成钻孔倾斜的解决办法:

a斜岩面

地层较软,则放钻至接近上次钻深的一个钻程深度时,开始正转动力头;并且“减压钻进”(不使用主卷扬随动,用主卷扬控制进尺速度,使进尺速度明显低于主卷扬随动时的进尺速度,即钢丝绳始终处于受拉力状态),并随时密切观察钻杆,控制进尺速度,使钻杆不出现向一边倒的情况。

地层较硬,必须采取直筒钻头。若使用锥钻头采取加扶正器、钻底加大裙板的措施也能起到一定效果。同时,必须保证孔壁是钻齿(最下侧的边刀)或裙板或扶正器切割形成的。

不分层发育的斜岩面,穿过斜顶层后就可以用常规的钻进方法;

分层发育的斜岩面,最好用直筒钻头,必须“减压钻进”,进尺超过一倍钻头高度后,可以试探性加压钻进。

b 漂石、探头石 

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;掏不出时,如果探头石是软岩,就用与孔径一致的嵌岩筒钻用“减压钻进”操作法切除。若以上两种方法均无法采用(探头石硬且直径较大),则钻进到探头石以下,灌注水下混凝土至探头石以上,待凝固后,再用钻岩的方法钻进。

c溶洞等软硬不均地层

处理方法与斜岩面探头石方法近似。 

4.2塌孔

孔壁土与原生土脱离掉入成孔内的现象称为塌孔。钻进过程中,如发现孔口泥浆面有细密气泡不断出现或泥浆突然漏失,则表示有孔壁坍陷迹象。

4.2.1塌孔原因 

塌孔原因主要包括:

1)泥浆管理不好。孔内泥浆比重太小,不能平衡孔壁土体侧压力,造成孔壁失稳; 泥浆pH值过大,粘度减小,造成泥浆胶体破坏,泥水分层;泥浆位偏低;造浆材料质量差;护筒周边土松动漏浆;地层漏浆严重,泥浆未及时补充。

2)地下涌水。一般为钻孔至承压水时压力被释放,造成涌水,还有涨潮造成涌水,使孔内失去平衡;

3)钻机操作不当。是指钻孔时提钻速度过快;钻机钻速过高;泥浆扰动过大;进尺过量冒钻;提钻未回转消除负压;下钻未准孔心撞击孔壁。

4)大型机械振动。

5)在碎石土中钻进造成塌孔的原因主要有两种:碰撞塌孔和漏浆塌孔。碰撞塌孔发生在提放钻具的过程中,钻头刮碰孔壁,破坏泥皮,导致孔壁塌孔;另外就是在下发钢筋笼的过程中,没有保持好与钻孔同轴度或钢筋笼发生变形,使钢筋笼与孔壁发生刮碰,导致塌孔。由于碎石土层的特点是地层胶结性差,泥浆漏失严重。

4.2.2塌孔的预防措施 

主要包括:

1)正确选择泥浆相对密度,正确选用泥浆pH值,预测并保证泥浆位,预测并观察漏浆,及时补充泥浆,针对性选择不同层深的护壁方法;

2)在钻孔过程中采取合理的钻进工艺,保证钻孔的稳定;

3)遇到漂石,等地下障碍,采取相应合理的钻具和钻进速度;

4)避开与大型机械同时作业,钻孔灌注桩成孔8m范围内不允许大型机械通过。

5) 针对严重漏失地层如地下河、承压水等可采取如下措施:

①在水位以上,可以采用抛填黏土或干水泥的方式,或者提高泥浆的黏稠度再加入适量的防渗剂(废纸浆、棉籽、锯末等),防止泥浆向碎石缝隙中渗漏,或加长护筒形成稳固的孔壁,阻止泥浆的渗漏。

②地下水位以下,一般要提高泥浆相对密度和黏稠度.如果发现大量漏浆应及时向孔内注浆,以平衡孔壁侧向压力防止塌孔。同时,及时向孔内投放片石、袋装黏土、水泥球和袋装水泥等填料,通过钻斗的旋转,使这些填料不断溶入孔壁,等待一定的时间,孔壁稳定后再继续钻进。

③通过预注浆方式防止漏浆塌孔。在桩位四周预先钻小孔,然后通告注浆管道向里面喷射水泥浆,称为预注浆过程,当注浆孔中水泥浆液凝固达一定强度,其周围的破碎石因浆液的渗透得以固结,提高整体性,可使成孔顺利进行。

4.3吸钻

4.3.1吸钻事故的种类 

吸钻的种类主要包括

  1. 流塑黏土吸钻;
  2. 膨胀土吸钻;
  3. 钻孔冒钻吸钻;
  4. 钻斗在黏土中静止时间太长吸钻;
  5. 钻具结构不合理吸钻。

  4.3.2预防措施 

  其预防措施主要有:

  1. 选好或改造钻具;
  2. 扫孔;
  3. 控制进尺不冒钻;
  4. 在黏土中停留时间不宜过长;
  5. 有流塑黏土和膨胀土时,提钻速度不宜过快。

  4.4缩径 

    桩身缩径是指桩成形后,桩身的局部直径小于设计要求。 

  4.4.1事故原因

    缩径原因如下:

  1. 地层因素,即在软性土质中,由于套管在土层中的振荡作用,致使混凝土不能顺利灌入,使软土(流质泥土)填充进来,形成桩的缩颈。
  2. 孔隙压力的作用。所谓孔隙压力是指套管在强力振动下迅速把基土挤压开后进入土层中,而局部套管周围土颗粒之间的水及空气不能很快向外扩散而形成的一种压力。当套管拔出后,这种压力在混凝土还没有柱体强度的时候,将桩体挤成缩颈。

  4.4.2预防措施

  缩径预防措施:

    因土体有向低势能区流动的趋势,钻进到该地层时应放慢钻进速度,提高水头达到孔壁内外压力平衡,防止缩径。 

  4.4.3处理方法 

  1. 当发生缩孔时可在缩孔部位吊住钻头上下反复扫孔,扫孔完成后及时灌注混凝土,防止外压力平衡,防止二次缩孔。
  2. 遇到缩径后可以对其进行补强。补强方法是对于需要补强的桩钻一个进浆孔和一个出浆孔。孔深达到补强位置下1m,然后用高压水泵向孔内压入清水,将夹泥及松散的混凝土水渣从另一孔冲洗出来直到排出清水为止,随后用压浆泵压浆。压浆结束后,待水泥硬化后再取芯检查。

  4.5超方 

  4.5.1事故原因

  超方产生的原因主要有:

  1. 主机晃动严重;
  2. 钻具选用不合理;
  3. 泥浆配比与土质不符造成孔壁泥皮脱落;
  4. 泥浆相对密度过大造成局部塌孔;
  5. 操作原因:提放钻速度过快水流冲掉泥皮;钻速过快,破坏了泥皮与孔壁土的结合而脱落;没有采取减少泥浆对孔壁扰动的措施而使泥皮脱落。 

  4.5.2预防措施 

  预防措施主要包括:

  1. 选择稳定的主机;
  2. 在砂性大的土质,钻杆要用动力头和随动架来导向;
  3. 在砂性大的土质,要增加泥皮强度和黏度;
  4. 操作方式要因土质而异。

  4.6钻不进尺 

    钻不进,特别是在密实型碎石土中,骨架颗粒含量巨大且交错排列,密集连续接触,导致钻齿无法介入到碎石块的孔隙中,从而出现钻进速度缓慢甚至出现打滑或跳跃现象,这种工况的出现不但影响施工进度,而且会对钻杆、钻具造成很大的伤害。 

  4.6.1钻不进尺的种类 

  黏土硬钻不进;黏土打滑钻不进;松散土质滑钻不进;各种岩层钻不进。 

  4.6.2产生原因

   钻压不足;钻具选择不合理;打滑;钻压过大;中心钻选择不合理。 

   4.6.3预防措施 

  1. 合理选择掘进角;
  2. 调整刀头覆盖率;
  3. 根据土质选择钻齿;
  4. 根据土质粒径选择钻具进土口大小;
  5. 钻进黏土时.用破坏再生黏土黏性的方法处理打滑,钻进岩层时,要通过选择钻齿改变钻压等方式处理打滑;
  6. 松软土质钻压过大会造成钻斗托底而钻不进;
  7. 钻进能力差的中心钻顶到其不能钻进地层会造成钻不进。     4.7卡钻 

    卡钻是指在旋挖钻进过程中,钻具被孔壁卡住,使提钻或旋转无法正常进行。

   4.7.1事故产生原因

    卡钻一般发生在碎石土层,钻进发生卡钻的原因主要有以下几种:

  1. 当钻斗转速过快带动泥浆冲刷孔壁或一次钻进超深,钻斗内的碎石从排水口挤出甩至孔壁间隙造成卡钻;
  2. 孔壁探头石导致径向卡钻;
  3. 钻齿磨损导致卡钻;
  4. 孔斜导致卡钻;
  5. 塌孔埋钻;
  6. 缩径导致卡钻。 

  4.7.2预防措施

  1. 一次钻进深度进行严格控制,不应太深,一般不超过钻斗高度的三分之一为宜,这样可避免石块从钻斗上方孔口掉落和避免钻屑挤在钻斗筒壁和孔壁之间形成较大的摩阻力。
  2. 在碎石土层的钻进过程中,转速不宜过快,旋转速度快,则会带动孔内泥浆高速冲刷孔壁,导致孔壁掉块(孤石块等)卡住钻斗。
  3. 提钻过程中,提速不宜太快,同时要低速转动,防止孔壁有探出的异物卡住钻具。
  4. 制作钻头时应注意钻筒尺寸,钻筒直径一般应小于成孔直径6cm以上。在使用过程中,对钻斗要及时修复,钻头侧齿、边齿磨损后要及时更换或补焊,保证成孔尺寸。对钻斗外侧的耐磨块一旦磨损后要及时修复或者焊上钢筋替代,保证钻斗和钻孔孔壁的间隙。同时,应保证钻头挂勾有效,避免意外脱勾。
  5. 预防孔壁上凸出的探头石块,在提钻的过程中,要尽量慢提,同时反转钻斗。遇到孔壁探头石在径向卡钻,则要先用螺旋钻头扫孔把探头石松动后,再钻进。如果遇到较大的探头石,必须用岩石筒钻,反复旋转来切断孔壁探头石。

   4.7.3处理卡埋钻的方法 

  1. 卡钻事故发生后,不要加大提拔力快速大力的提钻,有效的处理方式是在事故初始位置上下反复的提放钻斗,同时正反循环转到钻斗使异物脱离松动掉落后在提起钻斗。
  2. 直接起吊法,采用吊车直接向上起吊即可。
  3. 钻斗周围疏通法,即用水下切割或反循环等方法,清理钻筒周围沉渣,然后起吊即可。

    卡钻是旋挖钻机施工中危害较大的事故,应从预防入手,尽量避免出现。这就要求管理人员和机组人员切实认识到卡钻的危害,针对各种地层,事先制订好预防措施,并在施工中坚决执行;同时对卡钻处理事故作适当的人力、物力方面的准备,根据各种情况提前拟定多种抢救方案,做到未雨绸缪。

   4.8断钻杆 

   4.8.1产生原因

  1. 钻杆与主机扭矩不匹配;
  2. 在松散漂石、块石层钻进方法不得当;
  3. 卸土方法不得当;
  4. 使用小扭矩钻杆钻进时转速过高。

  4.8.2预防措施

  1. 注意钻杆与主机扭矩匹配;
  2. 注意钻杆与主机转速匹配;
  3. 钻进松散漂石、块石层时要两步进行,先用螺旋钻松动漂石、块石,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。

   断齿在松散型碎石土层中,骨架颗粒排列混乱,结构复杂,质地非常不均匀,石块粒径大小不均,更无规律分布,因此钻齿在强冲击和摩擦下非常容易发生磨损和断裂。

     4.9漏  浆 

      漏浆即在钻孔内的泥浆发生泄漏,产生泥浆液面下降的现象。 

   4.9.1事故原因

  1. 透水性强的砂砾层中,稀泥浆向孔壁外漏失;
  2. 护筒埋置太浅,回填土夯实不够,致使刃脚漏浆,护筒制作不良,接缝不严密,造成漏浆;
  3. 水头过高,水柱压力过大,使孔壁渗浆;
  4. 钻孔穿过溶洞。 

   4.9.2预防措施

  1. 使用较黏稠或高质量的泥浆钻孔。
  2. 埋设护筒时,护筒四周土要分层夯实,土质量选择含水量适当的黏土。
  3. 在旱地上埋设外护筒一般采用挖埋法。埋置深度以进入好土1m以上为宜,并在护筒周围对称、均匀地回填最佳含水量的黏土(最好选用黄土),要分层回填夯实,以达到最佳密实度。在水中埋设外护筒可采用振动加压下沉法,护筒底一定要下沉至硬土1m左右。 

   4.9.3处理方法 

  1. 应及时向孔内抛填片石,红黏土及稻草,并降低转速通过钻头的挤压作用利用红黏土和片石将溶洞从新填充。
  2. 减小水头高度。
  3. 按有关护筒制作与埋设的规范规定办理。如接缝处漏浆不严重,可由潜水工用棉、絮堵塞,封闭接缝;如漏水严重,应挖出护筒,修理完整后重新埋设。

较为严重的情况的处理对策是往孔内大量投放黏土块和小片石,加大泥浆浓度,同时以正循环冲击钻大冲程冲击,将黏土块和小片石挤入孔壁,漏浆现象基本消失后再采用旋挖钻继续钻进。对于较轻微的漏浆可采用加大孔内水头高度,增加护筒下口压力来控制。

  4.10钻具掉入

   4.10.1事故产生原因 

  1. 钻进时回次进尺太长或塌孔而造成埋钻,钻头、钻杆都深埋在孔中;
  2. 提钻时受阻,将钢丝绳拉断引起钻头钻杆掉入孔内;
  3. 钢丝绳断丝,承受的拉力降低或打卷后没有及时发现,再拉直时引起断股导致钢丝绳拉断,从而引起掉钻;
  4. 连接销滑落或连接销被剪断导致的掉钻事故;
  5. 钻头连接方设计不够、焊接不牢或钻机超负荷大扭矩工作导致连接方断裂,从而引起掉钻;
  6. 钻杆本身质量有缺陷、地层太硬或钻进扭矩过大导致钻杆断裂,从而引起掉钻;
  7. 钢丝绳压坏时受损伤或弃渣时冲击颠振过于频繁导致钢丝绳与提引器连接处损坏,从而引起掉钻;
  8. 提引器工作环境恶劣,经常处在泥水中导致提引器损坏,从而引起掉钻。

  4.10.2预防措施

  1. 将回次进尺长度控制在钻头长度的60%-80%;地层不稳定时,加长外护筒,并辅以泥浆护壁;
  2. 合理选择钻具和钻进方法,控制钻孔偏斜。提钻时一方面加强地面监视、指挥,一方面注意观察主卷扬压力表,发现压力突然增加时,应及时采取相应措施,调整方向。
  3. 经常检查钢丝绳状况,发现断丝达5%时或成孔个数超过40个时,要及时更换钢丝绳。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,有效地预防钢始绳打卷。
  4. 采用优质钢材制作连接销。连接销锁紧螺母外加弹簧扣,防止松落。选用连接方为椭圆孔的钻头,钻进加压时,压力作用在钻头上,而不是通过连接销将压力传给钻头。经常检查连接销状况,及时更换。
  5. 连接方设计强度要与钻机额定扭矩匹配。选用好的材料,在连接部位进行加固。根据地层情况合理选择钻机扭矩。
  6. 选择材质好的钻杆。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,而不采用压环方法。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更换。 

  4.10.3处理方法 

  1. 如果钻头上加焊了打捞环,掉钻后可直接用打捞钩将钻头捞起。
  2. 如果孔深在10m以内,且地层稳定,人可入孔内把挂钩挂在钻头上,将钻头捞起。
  3. 如果是钢丝绳拉断,钻杆外还残留有钢丝绳,则可重新连接钢丝绳;如果钻杆外没有钢丝绳,就需将两台吊车与副卷扬一并使用,交叉拔起钻杆、钻头。
  4. 如果地层稳定但有水,水又抽不干,首先通过钢筋等探触钻头可挂钩的位置,设法下钩打捞。否则可请潜水员下去挂钩打捞。
  5. 如果钻头掉进较深的孔中,且钻头与孔壁卡得很紧或位置偏斜,则需要先扩孔,再下护桶的办法进行打捞。
  6. 如果掉入孔内的是切削桶钻,且连接方朝下、桶口朝上,则需下入专用打捞工具,旋转钻杆,使工具与钻头卡紧,再把桶钻打捞上来。
  7. 如果发生埋钻,埋钻孔深在5m以内,可采用开挖的办法,将孔周开挖,然后捞起;如果埋钻较深,则需要采用爆破的方法,松动岩层,逐步清理坍塌物,然后提出钻头。
  8. 如果上述处理方法不能奏效,则需要采用冲击钻,将掉钻冲击打碎,再用磁力打捞器将碎片清理出孔。