某桥梁钻孔灌注桩掉钻分析及治理

2015-11-28叶元芬高云峰

城市道桥与防洪 2015年12期

关键词：基桩钻杆钻头

叶元芬,高云峰

(1.厦门大学嘉庚学院土木工程系,福建漳州 363105;2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北武汉 430056)

某桥梁钻孔灌注桩掉钻分析及治理

叶元芬1,高云峰2

(1.厦门大学嘉庚学院土木工程系,福建漳州 363105;2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北武汉 430056)

钻孔灌注桩在施工过程中会因复杂的地质情况或施工操作、机械原因发生掉钻。依托某桥梁钻孔灌注桩施工,对产生掉钻原因进行了分析。介绍了治理掉钻的方案,包括原位打捞、扩大桩径及加桩等,最终通过比选确定最优方案。该工程案例选择加桩法,但需重新计算各桩反力确保安全。

钻孔灌注桩;掉钻;扩大桩径;加桩

1　工程概况

某桥梁上部结构采用30 m预应力混凝土现浇箱梁,下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础,桩径2 m,设计桩长60 m,如图1所示。桩位处的工程地质情况如表1所示。施工时,1#、2#基桩均达到设计桩长60 m,而在3#基桩冲击成孔过程中出现掉钻,此时3#基桩的钻孔深度52 m。

图1　桩基础布置图(单位:cm)

表1　桩位处工程地质情况表

2　掉钻原因分析

在一般钻头掉落的工程事故中,主要有以下原因「1-4]:

(1)钻杆接头不好或滑丝,造成钻杆或钻头脱落。

(2)偏孔、缩孔引起卡钻,卡钻后又操作不当,强提强拉导致钻杆接头滑丝或钻杆断裂。

(3)施工操作人员操作错误反转开机,致使钻杆脱扣掉钻。

(4)钢丝绳断裂或锥头自身缺陷而被折断。

经分析,本次工程掉钻的主要原因是构造破碎带地质不均匀导致钻孔偏位而使冲击钻头被卡,卡钻后强提强拉导致钻杆材料破坏而掉钻。

3　治理方案比选

3.1打捞处理

冲击成孔的机具中钻头成本较高,因此最好的处理方案是及时打捞钻头,不仅可以避免更换新钻头带来成本的追加,还可以在原桩位处继续钻孔至设计桩长,避免工程变更「5]。故在掉钻情况发生后,施工单位及时采用打捞钩、打捞叉、绳套等工具进行了打捞。由于钻头掉在52 m深度处,且已倾斜卡住无法提起,若采用水下爆破,由于桩位地质条件为构造破碎带「6],易诱发孔壁坍塌导致更严重的危害,打捞工作持续一周未有进展,此方案失败。

3.2扩大桩径法

桩基础的承载力主要由两部分组成:桩侧土体提供的桩侧摩阻力以及桩端土体提供的桩端阻力。鉴于3#基桩无法达到设计桩长,可考虑通过增加桩径以增加桩侧摩阻力从而实现增加承载力的目的。原桩径2 m,根据《公路桥涵地基与基础设计规范》「7],可得每一根钻孔灌注桩基桩的承载力容许值「Ra]=14 940 kN。

由于掉钻,3#桩基最大桩长只能达到52 m,且由于桩底有钻头,偏安全不考虑桩端土体提供的阻力。根据公式(1)可推算出最小桩径为3.1 m,即3#桩桩径需扩大至3.1 m方可达到原设计承载力允许值。图2为扩大桩径法处理方案。

图2　扩大桩径法处理方案(单位:cm)

3.3加桩法

该桥桩径均设计为2 m,若考虑不改变桩径,也可通过加桩以达到满足设计承载力要求的目的。

加桩后,需设置承台将群桩联结,共同受力。此时,原有桩基受力模式改变,并非增加的桩基容许承载力达到3#桩基缺少的即可。通过建立空间有限元模型「8]计算出的各桩反力见图3。考虑到相邻桩基长度不宜相差过大,4#桩基长度定为20 m,桩基承载力容许值「Ra]=7 404 kN＞2 385 kN,满足要求。加桩法处理方案见图4。