聯(lián)合后壓漿技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)中的應(yīng)用

王偉臣

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司深圳分公司,廣東深圳 518000)

聯(lián)合后壓漿技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)中的應(yīng)用

王偉臣

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司深圳分公司,廣東深圳 518000)

結(jié)合工程實(shí)例,根據(jù)工程地質(zhì)情況,介紹了樁端樁側(cè)聯(lián)合后壓漿技術(shù)的應(yīng)用、施工工藝和質(zhì)量控制措施。樁基采用樁端樁側(cè)聯(lián)合后壓漿技術(shù)后,單樁豎向承載力提高明顯,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益良好。

樁基；聯(lián)合后壓漿；試樁

0 引言

鉆孔灌注樁聯(lián)合后壓漿技術(shù)是近年來興起的地基處理技術(shù),在建筑基礎(chǔ)工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其工作基本原理是通過預(yù)先設(shè)置在樁基鋼筋籠上的壓漿管,在樁身達(dá)到一定強(qiáng)度后,向樁底和樁側(cè)同時(shí)壓入能固化的漿液,這些漿液通過滲透、填充、置換、劈裂、壓密和固結(jié)等多種形式的共同作用,改善了樁周、樁底一定范圍內(nèi)土體的物理力學(xué)性能,提高樁基承載力,減小樁基沉降量,從而可減少樁徑和樁長(zhǎng),縮短工期,節(jié)省投資,具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

鄭州市西三環(huán)航海路立交由于地質(zhì)條件較差,基礎(chǔ)全部為鉆孔灌注摩擦樁,單樁豎向承載力較高,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)較長(zhǎng),因此在滿足承載力要求的前提下,本著優(yōu)化樁長(zhǎng)、減少施工周期、降低工程造價(jià)的原則,對(duì)橋梁樁基采用了樁端樁側(cè)聯(lián)合后壓漿技術(shù),并取得了良好的工程效益。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

鄭州市西三環(huán)航海路立交是鄭州市西三環(huán)快速化工程中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)工程。橋梁總面積98 720 m2,東西向航海路主線橋梁全長(zhǎng)1.12 km,南北向西三環(huán)主線橋梁全長(zhǎng)1.47 km,同時(shí)設(shè)置5座匝道橋和兩座輔道橋,上部結(jié)構(gòu)均為預(yù)應(yīng)力混凝土及鋼筋混凝土連續(xù)箱梁,基礎(chǔ)為鉆孔灌注摩擦樁。設(shè)計(jì)樁基共1 106根(直徑1.2 m的290根,直徑1.5 m的800根,直徑1.8 m的16根)。

根據(jù)設(shè)計(jì)概算,該工程采用聯(lián)合后壓漿技術(shù)前樁基造價(jià)12 452.58萬元,采用聯(lián)合后壓漿技術(shù)后樁基造價(jià)10 926.17萬元,節(jié)約造價(jià)12.3%。

1.2 地質(zhì)特性

②層：全新世沖積層,巖性以粉土為主,厚度15～20 m,局部25～28 m。

③1粉土()：棕黃色,稍濕,密實(shí),中等壓縮性,土質(zhì)不均勻,多與粉質(zhì)黏土互層,含少量直徑2～3 cm姜石,個(gè)別達(dá)5～8 cm,姜石質(zhì)較硬,輕錘不易碎,分布于②層下,層厚8～18 m。

③2粉質(zhì)黏土(：棕黃色,硬塑,局部堅(jiān)硬～半干硬,壓縮性中等偏低,土質(zhì)不甚均勻,含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核及直徑2～5 cm姜石,分布于③1層下,該土層厚度不均,層厚1.3～19.3 m。

③3粉土(：棕黃色,濕,密實(shí),壓縮性中等偏低,土質(zhì)不均,局部夾較多直徑2～5 cm姜石,混粉砂、粉質(zhì)黏土,分布于③2層下,層厚10～20 m。

③4粉質(zhì)黏土()：棕紅色為主,局部棕黃色,硬塑,局部堅(jiān)硬～半干硬,壓縮性中等偏低,土質(zhì)不均,夾粉土薄層,含少量直徑2～5 cm姜石,鉆孔未揭穿此層。

1.3 巖土力學(xué)參數(shù)

場(chǎng)區(qū)各土層的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)建議值是根據(jù)土工試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的結(jié)果,按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63-2007)以及其它相關(guān)規(guī)范、規(guī)程綜合考慮確定的,壓漿前各土層的設(shè)計(jì)參數(shù)值見表1。

表1 壓漿前巖土設(shè)計(jì)參數(shù)

2 聯(lián)合后壓漿試樁試驗(yàn)

鉆孔灌注樁的后壓漿工藝適用于無流動(dòng)地下水的卵礫石層、中粗砂夾卵礫石層、中粗砂、稍密和中密粉細(xì)砂、粉土等土層,也可適用于風(fēng)化巖。很明顯,該工程場(chǎng)地土層特性為樁基后壓漿技術(shù)的實(shí)施提供了良好的技術(shù)條件。

2.1 試樁目的

該工程通過后壓漿試樁試驗(yàn)來確定樁基設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和工藝要求,試樁的目的主要有以下幾點(diǎn)。

(1)測(cè)定工程范圍各土層的樁側(cè)摩阻力和選定持力層的樁尖阻力,測(cè)定單樁承載力。

(2)在試樁的基礎(chǔ)上,確定該工程鉆孔灌注樁施工工藝。

(3)確定可靠的樁基后壓漿工藝,包括壓漿管的設(shè)置、漿液的配合比、壓漿壓力、壓漿量、壓漿工藝流程及技術(shù)控制指標(biāo)等。

2.2 試樁基本情況

試樁數(shù)量確定為6根,試樁位置由設(shè)計(jì)單位與試樁單位根據(jù)設(shè)計(jì)需要和現(xiàn)場(chǎng)情況共同確定。試樁樁徑均為1.2 m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30,樁長(zhǎng)38 m。試驗(yàn)具體情況為：1#樁不壓漿；2#、3#樁僅樁底后壓漿；4#、5#、6#樁采用樁底樁側(cè)聯(lián)合后壓漿。

試樁采用單樁豎向靜載試驗(yàn)(錨樁法),錨樁共24根(每根試樁布置4根錨樁),樁徑1.5 m。

2.3 試樁成果

通過現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn),并通過承載力分析得到了后壓漿灌注樁樁側(cè)阻力、樁端阻力的設(shè)計(jì)參數(shù)(見表2)。

結(jié)合本文表1、表2技術(shù)參數(shù),考慮后壓漿樁側(cè)阻力和樁端阻力的增強(qiáng)效應(yīng),修正后的樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值和樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值明顯提高。據(jù)此設(shè)計(jì)的樁長(zhǎng)主線橋樁長(zhǎng)平均縮短15 m,匝道及輔道平均縮短9 m,大大縮短了施工工期、降低了施工

表2 壓漿后各土層設(shè)計(jì)參數(shù)

難度、節(jié)約了工程造價(jià)。

3 聯(lián)合后壓漿工藝流程

3.1 清孔

應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行二次清孔。二次清孔在下完導(dǎo)管后進(jìn)行,二次清孔采用氣舉反循環(huán)或泵吸反循環(huán),二次清孔后的孔底沉渣厚度小于100 mm,二次清孔完成后,測(cè)量沉渣厚度、孔徑,合格后立即灌注水下混凝土。

3.2 壓漿管布置

3.2.1 樁端壓漿管布置

樁端后壓漿管為3根Φ50鋼管,布置在鋼筋籠內(nèi)側(cè),隨鋼筋籠一起下入孔底。需要壓漿的2根壓漿管下部1 m范圍內(nèi)設(shè)Φ80～100 mm花管(噴頭),出漿孔直徑Φ8,外套橡膠圈,最外纏塑料帶。管端出口在下入孔內(nèi)之前用膠帶密封好。

頂端高出地面500 mm,并用堵頭封嚴(yán),防止泥漿等雜物進(jìn)入。樁端壓漿應(yīng)在超聲波檢測(cè)后進(jìn)行。

3.2.2 樁側(cè)壓漿管布置

樁側(cè)后壓漿管采用2根DN25 mm鋼管,在距離樁底以上12 m、24 m位置各設(shè)置一道樁側(cè)壓漿閥,沿鋼筋籠外側(cè)布置,樁側(cè)后壓漿閥只設(shè)置兩道。在每道壓漿筏位置分別設(shè)置1根內(nèi)徑Φ25 mm帶鋼絲的柔性高壓塑料管繞樁身環(huán)形布置,與樁側(cè)壓漿管連接,并設(shè)置環(huán)型噴頭管,沿鋼筋籠外側(cè)布置。在樁側(cè)壓漿噴頭管的外側(cè)打孔,形成單向閥結(jié)構(gòu),其密封狀況與樁底噴頭相同。

3.3 開塞與壓漿閥設(shè)置要求

為確保樁端阻力,該工程樁底不填碎石,開塞時(shí)間提前在混凝土澆注后12～24 h進(jìn)行,開塞后用清水沖洗壓漿管道,直至溢出清水,然后用堵頭重新封閉壓漿管。

壓漿閥應(yīng)具備逆止功能(單向閥),并能承受1 MPa以上的靜水壓力。

3.4 壓漿量計(jì)算

壓漿量按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)第6.7.4條確定,單樁壓漿量估算：

式中：Gc為單樁壓漿量,t；αp為樁端壓漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù),該工程取1.8；αs為樁側(cè)壓漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù),該工程取0.8；n為樁側(cè)壓漿斷面數(shù),該工程n=2；d為基樁設(shè)計(jì)直徑,m。

對(duì)群樁初始?jí)簼{的基樁的壓漿量應(yīng)按上述估算值乘以1.2的系數(shù)。

樁端壓漿兩壓漿管的壓漿量應(yīng)按等量均分進(jìn)行。

3.5 壓漿應(yīng)力、壓漿量控制

樁側(cè)壓漿壓力2～2.5 MPa,樁底壓漿壓力2～3 MPa,壓漿流量為75 L/min。

采用壓漿壓力和壓漿量雙控措施,當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)可終止壓漿：

(1)要求的壓漿總量和壓漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

(2)壓漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值,但壓漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)最小值(樁側(cè)壓漿2.0 MPa,樁端壓漿2.5 MPa)時(shí)改為間歇壓漿,間歇壓漿時(shí)間宜為30～60 min,再補(bǔ)注設(shè)計(jì)水泥量的30%為止,補(bǔ)漿水灰比可適當(dāng)調(diào)?。?/p>

(3)當(dāng)壓漿壓力滿足設(shè)計(jì)要求值,但壓漿量少于設(shè)計(jì)值時(shí),需要保證壓漿量不低于設(shè)計(jì)值的80%。

3.6 后壓漿施工時(shí)間

成樁2 d后開始?jí)簼{,先側(cè)壓漿，后樁底壓漿,樁側(cè)壓漿順序?yàn)橄壬虾笙?樁側(cè)壓漿與樁底壓漿間隔時(shí)間為3～6 h。

3.7 材料選用與水灰比

配制壓漿漿液采用P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水泥要求新鮮、不結(jié)塊,并按有關(guān)規(guī)定批次送檢,合格后方可使用。漿液水灰比取0.6～0.65,攪拌時(shí)間不少于2 min,漿液用3 mm×3 mm的濾網(wǎng)進(jìn)行過濾,漿液采用純水泥漿。

3.8 常見問題的處理

3.8.1 正常壓漿

壓漿過程中經(jīng)常出現(xiàn)的幾種情況：

(1)壓力逐漸上升,但達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的壓力,這可能是漿液在黏土中形成脈狀劈裂滲透,或漿液濃度低、凝膠時(shí)間長(zhǎng),或部分漿液逸出。

(2)壓漿開始后壓力不上升,甚至離開初始?jí)毫χ党氏陆第厔?shì),這可能是漿液外逸。

(3)壓力上升后突然下降,這可能是漿液從壓漿管周圍溢走,或注速過大,擾動(dòng)土層,或遇到空隙薄弱部位。

(4)壓力上升很快,而速度上不去,表明土層密實(shí)或凝膠時(shí)間過短。

(5)壓力上升后又下降,而后再度上升,并達(dá)到預(yù)定的要求值,可以認(rèn)為是第3種情況的空隙部位已被漿液填滿,這種情況表明壓漿是成功的。

3.8.2 間歇壓漿

出現(xiàn)壓漿壓力長(zhǎng)時(shí)間低于正常值或地面出現(xiàn)冒漿時(shí)改為間歇壓漿,間歇時(shí)間為30～60 min,或調(diào)低漿液水灰比繼續(xù)壓漿。

3.8.3 施工過程中其它應(yīng)注意事項(xiàng)

(1)壓漿管加工時(shí)一定要逐根檢查,防止管內(nèi)有雜物及管子破損裂縫。

(2)注水泥漿前要先用清水打通通道,注水暢通后再注水泥漿,水泥漿必須過篩,防止雜物堵塞出漿孔。

(3)按要求認(rèn)真做好壓漿記錄,記清壓漿時(shí)間、壓漿壓力、壓漿量。

(4)在壓漿管埋設(shè)時(shí)要嚴(yán)密組織,精心施工,盡量不要使壓漿管堵塞,壓漿管入孔時(shí)操作需小心謹(jǐn)慎,避免損壞。

(5)壓漿前要檢查設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn),檢查攪制的水泥漿的稠度及初凝結(jié)時(shí)間,配制的水泥量是否滿足壓漿需要。

3.9 壓漿失敗補(bǔ)救措施

任何工藝都有失敗的可能,由于施工操作中不當(dāng)(如壓漿單向閥門反向安裝或清水劈裂未及時(shí)進(jìn)行)或土層本身性質(zhì)導(dǎo)致導(dǎo)管壓漿孔堵塞,從而引起后壓漿施工中預(yù)置的兩根壓漿管全部不通,導(dǎo)致設(shè)計(jì)的漿液不能注入的情況,或管路雖通但設(shè)計(jì)漿液不能達(dá)到50%,且壓漿壓力達(dá)不到終止壓力,壓漿視之為失敗。若發(fā)現(xiàn)壓漿失敗情況,應(yīng)采取如下措施：在壓漿失敗的樁側(cè)采用地質(zhì)鉆機(jī)形成對(duì)稱的兩個(gè)小孔,直徑Φ90 mm左右,深度超過樁端500 mm為宜,然后在所成孔中重新放下兩套壓漿管并在距樁端2 m處用托盤封堵,用水泥漿液封孔,待封孔5 d后即進(jìn)行重新壓漿,補(bǔ)入設(shè)計(jì)壓漿量即完成施工。

4 檢驗(yàn)與檢測(cè)

(1)后壓漿施工完成后,應(yīng)根據(jù)水泥材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告、壓力表檢定證書、試壓漿記錄、設(shè)計(jì)工藝參數(shù)、后壓漿作業(yè)記錄、特殊情況處理記錄等資料,進(jìn)行檢驗(yàn)與檢測(cè)。

(2)在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的條件下,承載力檢驗(yàn)應(yīng)在壓漿完成28 d后進(jìn)行,漿液中摻入早強(qiáng)劑時(shí)可于壓漿完成20 d后進(jìn)行。

5 結(jié)語

(1)樁端樁側(cè)聯(lián)合后壓漿技術(shù)是提高樁基礎(chǔ)的承載力、減小樁基沉降的有力措施,可有效地保證樁底和樁側(cè)承載力的充分發(fā)揮,提高承載力和基礎(chǔ)剛度。

(2)在大中型橋梁樁基工程中采用樁端樁側(cè)聯(lián)合后壓漿技術(shù),可有效減少樁長(zhǎng),縮短施工工期,降低施工難度,節(jié)省工程造價(jià)。其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著,工程質(zhì)量安全可靠。

U445.55+1

B

1009-7716(2015)09-0223-03

2015-04-21

王偉臣(1970-),男,黑龍江呼蘭人,高級(jí)工程師,從事橋梁設(shè)計(jì)工作。