超長大直徑鉆孔樁樁端后壓漿施工技術(shù)

陳平 王亞飛

摘要：甬江特大橋主橋為（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m雙塔雙索面鋼箱混合梁鐵路斜拉橋，索塔設(shè)計為鉆石型，全高177.91m。主塔基礎(chǔ)采用3m大直徑鉆孔灌注樁，樁長132.5m。由于橋址處地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樁基承載力難以得到保證，本橋采用樁端后壓漿技術(shù)來解決此問題。本文對其施工技術(shù)展開闡述，供類似工程參考。

關(guān)鍵字：甬江特大橋；鉆孔樁；樁端后壓漿

1 工程概況

甬江特大橋位于浙江省寧波市，主橋為鐵路大跨度鋼箱混合梁斜拉橋，索塔設(shè)計為鉆石型，全高177.91m。主跨以468m鋼箱混合梁跨越甬江，孔跨布置為（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m。甬江左線特大橋主塔基礎(chǔ)采用3m大直徑鉆孔灌注樁，樁長132.5m，樁基鋼筋籠長134.7m。鋼筋籠采用Φ28mm主筋，上部47m為雙層三筋布置，下部87.7m為單層雙筋布置，主筋間距14.11cm，為減少接頭數(shù)量，該鋼筋籠單節(jié)采用長度為12m的主筋制作，從上至下共分11個節(jié)段，總重110t。主筋采用直螺紋套筒連接，前七節(jié)鋼筋籠接頭為126個/節(jié)，后四節(jié)為189個/節(jié)。索塔基礎(chǔ)采用24根Φ3.0m鉆孔灌注樁，樁頂標高-4.5m，樁底標高-137m，樁長132.5m，順橋向四排，橫橋向六排，縱向樁中心距7.2m，橫向樁中心距6.7m，孔深139.5m，單根樁混凝土量達933m3。

圖1-1 主橋三維圖

2 工程地質(zhì)

橋址處地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表層為第四系雜填土（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)海積（Q4m）黏性土和淤泥質(zhì)黏性土，其下為第四系上更新統(tǒng)沖海積（Q3al+ml）黏性土和沖洪積（Q3al+pl）砂類土，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)館頭組（K1g）泥質(zhì)粉砂巖、燕山晚期火山巖玄武玢巖（Y）及燕山晚期前火山巖（λΠγ4）流紋斑巖。樁基礎(chǔ)地址剖面圖如下圖2-1所示。

圖2-1主橋索塔樁基礎(chǔ)地質(zhì)剖面圖

3 樁端循環(huán)后壓漿技術(shù)

近年來，后壓漿技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型橋梁的長大直徑鉆孔灌注樁施工中。甬江左線特大橋為國內(nèi)最大跨度鐵路斜拉橋，為解決主塔基礎(chǔ)的承載力和沉降問題，國內(nèi)鐵路斜拉橋首次采用樁端循環(huán)后壓漿施工技術(shù)。

3.1樁端循環(huán)后壓漿原理

樁端循環(huán)后壓漿技術(shù)指在鉆孔樁施工完畢，樁身檢測合格后，通過預(yù)埋在樁身的注漿管形成循環(huán)回路，利用壓力作用，經(jīng)預(yù)留注漿裝置向樁端地層均勻地注入能固化的水泥漿液。

樁端阻力的大小及作用特性除與土層條件、樁的幾何尺寸等有關(guān)外，還受施工工藝的影響，其中孔底沉渣的影響最大；孔底沉渣的存在不僅降低端阻力，還對一定范圍內(nèi)的樁側(cè)阻力產(chǎn)生弱化作用，因此，是影響鉆孔灌注樁承載力的重要因素之一。

采用后壓漿來消除鉆孔樁工藝因素的影響，改善樁的承載特性是一種簡單、廉價且有效的技術(shù)措施，在工程實踐中得到較廣泛的使用。

壓漿對樁端土層的作用機理可歸納為滲透固結(jié)作用、擠密充填作用和劈裂加筋作用。

①滲透固結(jié)作用。在滲透性強、可灌性好的砂土和碎石土中，漿液在較小的壓力下滲入樁端土體中一定距離，形成一個結(jié)構(gòu)性強、強度高的結(jié)石體，增大樁端的承載面積，從而可提高樁的承載力。

②擠密充填作用。

鉆孔灌注樁孔底存在沉渣，由于其強度極低，漿液可以很容易地破壞其結(jié)構(gòu)，水泥漿液與孔底沉渣混合在一起，相當(dāng)于形成一個注漿空腔，水泥漿液在壓力作用下向向外擴張，對樁端土層進行擠密，漿液充填于擠密后產(chǎn)生的空隙，固結(jié)后可形成強度遠高于沉渣的加固體。

③劈裂加筋作用。

當(dāng)注漿壓力較高，漿液在對土體產(chǎn)生擠壓的同時，還會克服土體阻力，產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，漿液在土中形成網(wǎng)狀結(jié)石，對土體起到加筋作用。當(dāng)注漿壓力達到起裂壓力或注漿流量過大，均可出現(xiàn)劈裂現(xiàn)象，而且劈裂面往往出現(xiàn)在最薄弱方向，規(guī)律性較差。

具體的作用方式隨土層的物理力學(xué)性質(zhì)、漿液的種類和流變性能、壓漿工藝及參數(shù)等變化，并相互轉(zhuǎn)化或并存。

進行樁端壓漿后不僅可消除沉渣，還可增強樁端以下一定范圍內(nèi)土層的強度和剛度，并改善樁端以上一定范圍內(nèi)樁土接觸面的作用特性，從而使樁的整體受力性能得到改善，

3.2樁端循環(huán)后壓漿系統(tǒng)設(shè)計

樁端循環(huán)后壓漿系統(tǒng)由三部分組成。樁端循環(huán)后壓漿系統(tǒng)示意圖如圖4.1所示。

1） 樁內(nèi)系統(tǒng)：將壓漿管分別綁扎于鋼筋內(nèi)側(cè)，隨鋼筋籠下放，壓漿裝置于樁端持力層中。

2） 加壓系統(tǒng)：樁身混凝土澆注24～48小時后，連接壓漿管和注漿泵，用清水液把壓漿裝置上的單向閥進行開塞，再通過注漿泵把配置漿液壓入樁端土層內(nèi)。

3） 制漿系統(tǒng)：漿液是發(fā)揮注漿作用的主體，本次壓漿采用水泥為主劑，輔以各種外加劑，以達到改性的目的。樁端循環(huán)后壓漿系統(tǒng)見下圖3-1所示。

圖3-1 樁端循環(huán)后壓漿系統(tǒng)

3.3樁端循環(huán)后壓漿工藝流程

樁端循環(huán)后壓漿工藝流程圖見圖3-2。

圖3-2 工藝流程圖

3.4樁端循環(huán)后壓漿關(guān)鍵技術(shù)

（1）壓漿管路布置

采用四回路循環(huán)壓漿工藝，聲測管兼作壓漿管，1根聲測管、1根Ф25鍍鋅管和孔底壓漿裝置構(gòu)成一個回路，壓漿管道由孔底壓漿裝置由同徑鋼管組成?？椎讐簼{裝置密封要可靠，既要保證不發(fā)生滲漏，又要保證能在混凝土澆注終凝后，在2～5Mpa泵壓下順利沖開。壓漿管路平面布置圖和立面布置圖分別將圖3-3和圖3-4。

圖3-3壓漿管路平面布置圖

圖3-4 壓漿管路立面布置圖

壓漿管分別綁扎于鋼筋籠內(nèi)側(cè)。壓漿管隨鋼筋籠下放，鋼管接頭采用接箍并逐根焊牢，以保證接頭牢靠。在下放過程中應(yīng)注入清水，以檢驗管路的密封性。若出現(xiàn)漏水應(yīng)將其提出，重新連接補焊，確保管路的密封性。