復(fù)雜持力層條件下旋挖擴底后注漿灌注樁在橋梁工程中的應(yīng)用

葉再

YE Zaipeng

(杭州市交通運輸發(fā)展服務(wù)中心，浙江 杭州310006)

旋挖擴底后注漿灌注樁是近幾年來伴隨旋挖樁的迅速發(fā)展而產(chǎn)生的一種新樁型，是通過旋挖樁機挖至預(yù)定深度后改換擴孔鉆頭來實現(xiàn)擴大截面，并在混凝土灌注后一定時間范圍內(nèi)，通過預(yù)埋注漿管，用適宜的壓力對樁底進行壓力注漿，可消除旋挖樁樁底沉渣較厚的問題，此樁型適宜土層廣泛，并可大幅度提高單樁承載能力。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)報告分析

浙江境內(nèi)某段高速公路新建橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，根據(jù)地勘報告描述，場地屬浙江杭州灣南岸蕭山-紹興平原地貌，地基土由第四系濱海湖沼相沉積層組成，典型地層勘探孔剖面見圖1，從中可以得出以下幾點地層情況對樁基承載力影響較大。

(1)軟弱土覆蓋深度達(dá)25～45 m，形態(tài)為流塑或軟塑狀，樁側(cè)摩阻較小。

(2)中風(fēng)化巖層巖性變化很大，主要分布有三種不同中風(fēng)化巖層，力學(xué)性狀差異明顯，單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值分別為:中風(fēng)化凝灰?guī)r30 MPa，中風(fēng)化粉砂巖20 MPa，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖8 MPa。

圖1 典型勘探孔土層分布圖

(3)三種不同中風(fēng)化巖層的分布無明顯規(guī)律性，并且部分相鄰的勘察孔分布不同的巖層，使得同一橋墩下樁端有不同的持力層。

(4)中風(fēng)化巖層的分布起伏很大，巖面標(biāo)高分布在45～60 m 之間，且地勘揭示有較多相鄰勘察點的中風(fēng)化巖樣起伏較大。

1.2 確定樁型和試樁方案

根據(jù)地質(zhì)分析，樁基設(shè)計采用混凝土灌注樁基礎(chǔ)，并擬采用四樁承臺基礎(chǔ)，每個墩臺承受約25 000 kN荷載，所需單樁承載能力約為6 500 kN，據(jù)此，樁基設(shè)計以中風(fēng)化巖作為持力層，有效樁長50～60 m，端承受力為主。樁型可選擇鉆孔灌注樁、沖擊成孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁等形式，由于旋挖擴底灌注樁成孔速度快，質(zhì)量高，擴孔后單樁承載力提高明顯，連續(xù)梁橋?qū)Τ两底冃慰刂茋?yán)格，同時采用了樁底后注漿技術(shù)。

在勘探點附近選取三根不同的持力層且軟弱土層相對較厚的位置進行試樁，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(JTG D63—2007)》［1］可計算單樁抗壓承載力。

灌注樁的受壓承載力:

后注漿灌注樁受壓承載力:

式中:Ra—單樁軸向抗壓承載力(kN);

u—樁身周長(m);

Ap—樁端截面面積(m2);

n—土的層數(shù);

li—各土層厚度(m);

qik—樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa);

qr—樁端承載力容許值(kPa);

βsi—側(cè)阻力增強系數(shù);

βp—端阻力增強系數(shù);各土層力學(xué)參數(shù)參考地質(zhì)報告及規(guī)范推薦。

三根試樁等直徑部分樁徑1.0 m，擴孔部分樁徑1.5 m，根據(jù)公式可得出承載能力理論值，見表1。

表1 試樁各參數(shù)列表

2 施工流程及操作要點

2.1 施工流程

旋挖擴底后注漿灌注樁主要的施工工藝流程如下［2］:旋挖成孔→樁端進入持力層更換擴底鉆頭擴孔→終孔后同時第一次清孔→下籠并第二次清孔→灌注混凝土→樁端后注漿施工。施工流程圖見圖2，現(xiàn)場施工所用旋挖鉆頭和擴孔鉆頭見圖3、圖4，注漿過程見圖5。

圖2 旋挖擴底后注漿灌注樁施工流程示意圖

圖3 等直徑旋挖鉆頭

圖4 擴孔鉆頭

圖5 注漿過程

2.2 施工要點

成孔過程:旋挖成孔施工過程中，利用等直徑鉆頭正轉(zhuǎn)，進行孔內(nèi)原始土的切削，然后提升鉆斗、卸土;整個鉆進過程中須加入調(diào)配好的護壁泥漿，泥漿液面應(yīng)始終保持高于地下水位2 m，以保證孔內(nèi)護壁泥漿能保持孔壁穩(wěn)定;當(dāng)穿越礫砂土層時，為防止塌孔，旋挖鉆進入砂土層后進尺須放慢，以保證泥漿護壁質(zhì)量;進入強風(fēng)化層后，進尺速度明顯放緩，卸土?xí)r有明顯強風(fēng)化巖出現(xiàn)，穿越強風(fēng)化層數(shù)米后，等直徑旋挖鉆頭進尺速度非常慢，并有鉆頭打滑現(xiàn)象出現(xiàn)，巖樣也變硬，判斷樁頭已碰到中風(fēng)化巖層，此時更換擴孔鉆頭。

擴孔及第一次清孔過程［3］:當(dāng)旋挖樁機更換擴底鉆頭后開始擴底，首先緩慢下放鉆頭，避免鉆頭與孔壁相刮蹭，在下放鉆頭至孔底時輕微加壓，依靠鉆桿的重量使葉片慢慢張開，同時鉆桿旋轉(zhuǎn)切削巖體，葉片慢慢張開到設(shè)計要求1.5 m 直徑時，在孔底形成設(shè)計要求的錐體，直至到達(dá)設(shè)計深度;擴底完成后上提鉆頭，緩慢將擴底鉆頭提出孔外。鉆孔完成后采用撈渣筒進行第一次清孔，以使孔底沉渣滿足設(shè)計要求為止。

樁底后注漿:注漿管采用DN25 焊接鋼管，通過絲牙進行聯(lián)接操作，在安裝注漿管的過程中，需要將注漿鋼管與鋼筋籠綁扎在一起，且注漿鋼管是位于鋼筋籠的內(nèi)側(cè)。在鋼筋籠的安裝結(jié)束后，注漿管在完成下放后，需要注滿水，且注漿管的高度要比地表高300 mm，長度不能太長，以便保護管頭;注漿前須進行壓水試驗，可檢查兩根注漿管聯(lián)通性和注漿通道的疏通。在灌注樁成樁7～14 d 后，對樁底進行注漿操作，通過注漿泵將水泥漿液輸入注漿管中。在注漿之前，需要對水泥漿液進行檢驗，確定水泥漿液的各項性能與參數(shù)，在注漿操作的過程中，嚴(yán)格控制壓入率、注漿壓力、注漿量以及漿液濃度等參數(shù)，根據(jù)工程施工場地的實際情況進行合理調(diào)整，采用注漿量及注漿壓力雙控方式，一次注漿完成30 min后再進行二次補壓。

3 靜載試驗測試

三根試樁在混凝土達(dá)到設(shè)計強度后即做靜載試驗，采用慢速維持荷載法試驗具體步驟和要求等必須按有關(guān)規(guī)定［4］進行，靜載試驗檢測結(jié)果見表2。

表2 三根試樁靜載測試結(jié)果

從表2 可以看出:三根試樁實際單樁承載能力比理論公式計算均要大，因此本工程在工程樁施工時可優(yōu)化設(shè)計;雖然持力層中風(fēng)化凝灰?guī)r、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖巖性相差較大，但實際單樁承載力相差幅度較小，說明樁底后注漿后樁端力提高。

4 結(jié) 語

通過工程實例和靜載測試，后注漿旋挖擴底灌注樁施工速度快，移位快，并且不受土層限制，同等承載力下可減少樁徑，并可減少后期沉降。因此，旋挖擴底否注漿灌注樁，是公路橋梁樁基工程中應(yīng)用的經(jīng)濟理想樁型。

［1］ 中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.JTG D63—2007 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］ 李海軍，王善清.后壓漿擴底旋挖鉆孔灌注樁施工工藝在工程施工中應(yīng)用［J］.安徽地質(zhì)，2010(4):297 -299.

［3］ 雷斌，葉坤，李榛，等.旋挖鉆孔樁沉渣產(chǎn)生原因及清孔工藝優(yōu)化選擇［J］.施工技術(shù)，2014(19):48 -53.

［4］ 中國建筑科學(xué)研究院. JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.