某橋梁鉆孔灌注樁掉鉆分析及治理

葉元芬,高云峰

(1.廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程系,福建漳州 363105;2.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430056)

某橋梁鉆孔灌注樁掉鉆分析及治理

葉元芬1,高云峰2

(1.廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程系,福建漳州 363105;2.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430056)

鉆孔灌注樁在施工過(guò)程中會(huì)因復(fù)雜的地質(zhì)情況或施工操作、機(jī)械原因發(fā)生掉鉆。依托某橋梁鉆孔灌注樁施工,對(duì)產(chǎn)生掉鉆原因進(jìn)行了分析。介紹了治理掉鉆的方案,包括原位打撈、擴(kuò)大樁徑及加樁等,最終通過(guò)比選確定最優(yōu)方案。該工程案例選擇加樁法,但需重新計(jì)算各樁反力確保安全。

鉆孔灌注樁;掉鉆;擴(kuò)大樁徑;加樁

1　工程概況

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用30 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁,下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑2 m,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)60 m,如圖1所示。樁位處的工程地質(zhì)情況如表1所示。施工時(shí),1#、2#基樁均達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)60 m,而在3#基樁沖擊成孔過(guò)程中出現(xiàn)掉鉆,此時(shí)3#基樁的鉆孔深度52 m。

圖1　樁基礎(chǔ)布置圖(單位:cm)

表1　樁位處工程地質(zhì)情況表

2　掉鉆原因分析

在一般鉆頭掉落的工程事故中,主要有以下原因「1-4]:

(1)鉆桿接頭不好或滑絲,造成鉆桿或鉆頭脫落。

(2)偏孔、縮孔引起卡鉆,卡鉆后又操作不當(dāng),強(qiáng)提強(qiáng)拉導(dǎo)致鉆桿接頭滑絲或鉆桿斷裂。

(3)施工操作人員操作錯(cuò)誤反轉(zhuǎn)開(kāi)機(jī),致使鉆桿脫扣掉鉆。

(4)鋼絲繩斷裂或錐頭自身缺陷而被折斷。

經(jīng)分析,本次工程掉鉆的主要原因是構(gòu)造破碎帶地質(zhì)不均勻?qū)е裸@孔偏位而使沖擊鉆頭被卡,卡鉆后強(qiáng)提強(qiáng)拉導(dǎo)致鉆桿材料破壞而掉鉆。

3　治理方案比選

3.1打撈處理

沖擊成孔的機(jī)具中鉆頭成本較高,因此最好的處理方案是及時(shí)打撈鉆頭,不僅可以避免更換新鉆頭帶來(lái)成本的追加,還可以在原樁位處繼續(xù)鉆孔至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng),避免工程變更「5]。故在掉鉆情況發(fā)生后,施工單位及時(shí)采用打撈鉤、打撈叉、繩套等工具進(jìn)行了打撈。由于鉆頭掉在52 m深度處,且已傾斜卡住無(wú)法提起,若采用水下爆破,由于樁位地質(zhì)條件為構(gòu)造破碎帶「6],易誘發(fā)孔壁坍塌導(dǎo)致更嚴(yán)重的危害,打撈工作持續(xù)一周未有進(jìn)展,此方案失敗。

3.2擴(kuò)大樁徑法

樁基礎(chǔ)的承載力主要由兩部分組成:樁側(cè)土體提供的樁側(cè)摩阻力以及樁端土體提供的樁端阻力。鑒于3#基樁無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng),可考慮通過(guò)增加樁徑以增加樁側(cè)摩阻力從而實(shí)現(xiàn)增加承載力的目的。原樁徑2 m,根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》「7],可得每一根鉆孔灌注樁基樁的承載力容許值「Ra]=14 940 kN。

由于掉鉆,3#樁基最大樁長(zhǎng)只能達(dá)到52 m,且由于樁底有鉆頭,偏安全不考慮樁端土體提供的阻力。根據(jù)公式(1)可推算出最小樁徑為3.1 m,即3#樁樁徑需擴(kuò)大至3.1 m方可達(dá)到原設(shè)計(jì)承載力允許值。圖2為擴(kuò)大樁徑法處理方案。

圖2　擴(kuò)大樁徑法處理方案(單位:cm)

3.3加樁法

該橋樁徑均設(shè)計(jì)為2 m,若考慮不改變樁徑,也可通過(guò)加樁以達(dá)到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載力要求的目的。

加樁后,需設(shè)置承臺(tái)將群樁聯(lián)結(jié),共同受力。此時(shí),原有樁基受力模式改變,并非增加的樁基容許承載力達(dá)到3#樁基缺少的即可。通過(guò)建立空間有限元模型「8]計(jì)算出的各樁反力見(jiàn)圖3?？紤]到相鄰樁基長(zhǎng)度不宜相差過(guò)大,4#樁基長(zhǎng)度定為20 m,樁基承載力容許值「Ra]=7 404 kN＞2 385 kN,滿(mǎn)足要求。加樁法處理方案見(jiàn)圖4。

圖3　各樁底反力計(jì)算

圖4　加樁法處理方案(單位:cm)

3.4方案比選

在進(jìn)行方案比選時(shí),主要從工程量追加、施工難易程度等方面進(jìn)行比選。在上述方案中,由于沖擊鉆鉆頭難以打撈且無(wú)法采用新沖擊鉆頭繼續(xù)鉆孔,因此該方案排除。擴(kuò)大樁徑法及加樁法的方案比選如表2所示。

表2　掉鉆處理方案比選表

由表2可見(jiàn),采用加樁法增加工程量小,且方便施工,具有較大的優(yōu)勢(shì)。因此,最終選擇加樁法進(jìn)行處理。

4　結(jié)論

在鉆孔灌注樁施工過(guò)程中,由于地質(zhì)條件不均勻、施工機(jī)具老化、施工操作不當(dāng)?shù)仍蛞装l(fā)生掉鉆的事故。本文依托某橋梁樁基施工掉鉆情況分析得出以下結(jié)論:

(1)掉鉆會(huì)影響施工進(jìn)度,處理不好甚至影響質(zhì)量、安全,施工過(guò)程中需高度重視。要加強(qiáng)操作人員上崗培訓(xùn),對(duì)于易損壞部位應(yīng)勤檢查,以事前預(yù)防為主,事后處理為輔。

(2)發(fā)生掉鉆后,應(yīng)查明情況,分析原因,盡快制定打撈方案,同時(shí)準(zhǔn)備好打撈鉤、鋼纜、滑輪等必須物資。

(3)在確實(shí)無(wú)法打撈鉆頭的前提下,可以采用擴(kuò)大樁徑、加樁等方法進(jìn)行方案比選,確定最優(yōu)處理方案。

(4)加樁方案因樁基受力模式改變,應(yīng)重新計(jì)算每根樁反力。

「1] 徐仁標(biāo).橋梁鉆孔灌注樁處治及預(yù)防措施探討「J].公路,2005(6): 42-45.

「2] 陳信春.某跨海大橋超長(zhǎng)斷樁的處理方法「J].中外公路,2010(5): 225-227.

「3] 程萬(wàn)祥.鉆孔灌注樁斷樁事故的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施「J].鐵道建筑,2006(7):52-53.

「4]楊蕊.淺析橋梁樁基施工中的常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施「J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,7(1):305-306.

「5] 丁華國(guó).淺談橋梁鉆孔灌注樁施工質(zhì)量控制中的六個(gè)環(huán)節(jié)「J].黑龍江交通科技,2012(4):74.

「6] 羅曉軍.淺談橋梁鉆孔樁施工質(zhì)量缺陷的防治和處理對(duì)策「J].工程技術(shù),2014(9):57-58.

「7] JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范「S].

「8] 劉美蘭.Midas在橋梁結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用「M].北京:人民交通出版社，2012.

U445

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1009-7716(2015)12-0110-02

2015-09-14

葉元芬(1983-),女,浙江衢州人,碩士,講師,從事橋梁工程結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)及研究工作。