試論橋梁地基處理中高壓旋噴注漿法的應(yīng)用

王曉賓

【摘 要】橋梁基礎(chǔ)對(duì)承載力要求較高，地基承載力不足而發(fā)生較大變形會(huì)引起結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)裂縫、應(yīng)力集中等現(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)耐久性降低。本文主要針對(duì)橋梁地基處理中的高壓旋噴注漿法進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述，以提高地基的承載能力，減小地基的不均勻沉降。

【關(guān)鍵詞】橋梁地基；承載力不足；高壓旋噴注漿法

在高速公路建設(shè)中，橋梁工程占據(jù)了較大的比例。一些小橋采用天然地基，在橋梁竣工運(yùn)營(yíng)階段，由于基礎(chǔ)承載能力不足，造成橋梁基礎(chǔ)或者橋臺(tái)出現(xiàn)不均勻的沉降現(xiàn)象，影響橋梁工程的正常運(yùn)營(yíng)。造成橋梁基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降的主要原因是地基土質(zhì)不良而承載能力低，例如濕陷性黃土。為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要對(duì)地基出現(xiàn)不均勻沉降病害進(jìn)行加固治理。針對(duì)已建成的在役橋梁，由于施工場(chǎng)地較為狹窄，橋下凈空不足，以及其他結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致地基在出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象時(shí)，無(wú)法采用分層壓實(shí)、灰土樁、深層攪拌樁、強(qiáng)夯等傳統(tǒng)的地基加固方法。同時(shí)，若采用靜壓注漿法加固地基，其成孔施工工作量較大，無(wú)法保障注漿施工時(shí)的定域、定向、定量等，從而導(dǎo)致采用靜壓注漿加固效果較差，對(duì)加固質(zhì)量難以控制。而采用高壓旋噴注漿法，其可以有效避免上述困難，且對(duì)橋梁基礎(chǔ)的擾動(dòng)破壞程度較小、加固成本較低、施工速度快、加固效果好，該方法已逐漸應(yīng)用在橋梁地基加固治理中。

一、高壓旋噴樁的設(shè)計(jì)原則及特點(diǎn)

（一）設(shè)計(jì)原則

樁點(diǎn)布置原則：樁點(diǎn)布置在橋臺(tái)基礎(chǔ)周圍，其距離橋臺(tái)的尺寸需要滿足鉆孔噴注設(shè)備的施工的最小空間要求，樁基的邊緣不可大于基礎(chǔ)范圍。同時(shí)，在樁點(diǎn)布置時(shí)需要結(jié)合橋梁基礎(chǔ)局部荷載大小和基礎(chǔ)的不均勻沉降等因素進(jìn)行合理布置，以確保橋梁工程上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

樁徑設(shè)計(jì)：需要結(jié)合基礎(chǔ)超出承臺(tái)的范圍、旋噴注漿設(shè)備最小作業(yè)空間、地基土質(zhì)的承載能力等確定樁基直徑。根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)可知，填土、淤泥、砂層、淤泥質(zhì)土及可塑、軟塑、流塑狀粉土和粘土單管旋噴法的樁徑可達(dá)0.8m。

在高壓旋噴注漿施工過(guò)程中，由于導(dǎo)孔、噴注作業(yè)工序可能會(huì)使得地基中流入水，造成地基出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，需要采取具體預(yù)防措施，以保障高壓旋噴注漿施工質(zhì)量。

此外，為了提高地基加固治理的效果，針對(duì)摩擦樁或者端承樁需要對(duì)1/3樁長(zhǎng)的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行重復(fù)旋噴，以確保旋噴注漿效果。

（二）特點(diǎn)

根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)可知，高壓旋噴注漿加固橋梁地基的方法，具有以下特點(diǎn)：

第一，高壓旋噴注漿法加固地基基礎(chǔ)施工方法，操作簡(jiǎn)便、靈活，且工程適用范圍廣，可應(yīng)用于施工場(chǎng)地狹窄、橋下凈空低，以及對(duì)地基加固效果高的區(qū)域，已成為橋梁工程地基基礎(chǔ)加固施工的第一選擇。

第二，高壓旋噴注漿法的成樁長(zhǎng)度、樁體強(qiáng)度、成樁數(shù)量、單樁直徑等加固參數(shù)較為容易確定，以便于進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，從而可以有效地提高地基加固效果，提高地基承載能力。

第三，對(duì)于施工區(qū)域存在的已有橋梁結(jié)構(gòu)和道路路基，為了避免高壓旋噴注漿對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生二次損傷，如產(chǎn)生二次不均勻沉降，需制定合理的加固施工方案，并對(duì)方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，以保障高壓旋噴注漿施工質(zhì)量。

第四，該類型的加固治理方法為隱蔽工程，其加固治理效果難以用常規(guī)普通方法進(jìn)行檢測(cè)，因此，為確保施工質(zhì)量，需要對(duì)加固方案參數(shù)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保地基加固治理效果滿足設(shè)計(jì)要求。

二、高壓旋噴注漿施工工藝

（一）樁點(diǎn)定位

在高壓旋噴注漿施工之前，需要按照設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行樁點(diǎn)位置放樣，然后鉆機(jī)根據(jù)樁點(diǎn)進(jìn)行停放就位，且需要對(duì)鉆機(jī)的垂直度進(jìn)行測(cè)量，以確保樁基的垂直度滿足要求。

（二）孔鉆進(jìn)

在導(dǎo)孔鉆進(jìn)施工時(shí)，其鉆機(jī)要最大程度靠近橋臺(tái)基礎(chǔ)，并根據(jù)施工需要配置起吊塔和泥漿泵。由于針對(duì)已建的橋梁地基進(jìn)行加固時(shí)，需要鉆穿基礎(chǔ)層、分層壓實(shí)層或砂石墊層等，為了最大限度的減少地基被水體侵蝕后而發(fā)生不均勻沉降，成孔常采用回轉(zhuǎn)法，或者采用跟管鉆進(jìn)法鉆至砂石底層。

（三）漿液配制

漿液配制機(jī)主要由電機(jī)、攪拌葉片、水罐等組成，且還有一個(gè)可儲(chǔ)存較大體積的儲(chǔ)漿罐。在配制時(shí)，根據(jù)配合比設(shè)計(jì)需求，首先加入清水，然后再邊進(jìn)行攪拌邊加入水泥，最后加入外加劑，再進(jìn)行充分的攪拌后儲(chǔ)存在儲(chǔ)漿罐內(nèi)。

（四）旋噴成樁

旋噴成樁設(shè)備主要有旋噴鉆機(jī)、高壓泵、鉆桿、噴頭、漿液輸送管線等構(gòu)件組成。其中，高壓泵可以產(chǎn)生在注漿時(shí)產(chǎn)生20MPa～25MPa的壓力，通過(guò)可以承受高壓的輸送管將配制的漿液輸送至噴鉆機(jī)鉆頭位置，再?gòu)母邏簢娚漕^噴出漿液。高壓旋噴施工時(shí)從下而上按照設(shè)計(jì)確定的鉆桿提升速度、噴頭旋轉(zhuǎn)速度、輸送泵壓等參數(shù)進(jìn)行噴注施工，直到噴注至設(shè)計(jì)高程時(shí)結(jié)束高壓旋噴。

（五）返漿處理

在高壓旋噴注漿施工過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)部分漿液夾帶土粒從注漿導(dǎo)孔內(nèi)冒出，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，稱該部分漿土混合物為返漿。對(duì)于返漿混合料，可以根據(jù)夾帶土粒的多少，進(jìn)行分別處置，若夾帶土粒較少，可以用于回灌，其余部分則可以通過(guò)清運(yùn)車輛進(jìn)行拉走，從而可以避免返漿混合物影響后續(xù)注漿施工作業(yè)。

（五）噴注設(shè)備機(jī)具的清洗

在某一根樁基注漿施工結(jié)束后，可以根據(jù)移動(dòng)噴注機(jī)械設(shè)備所需要的時(shí)間和漿液凝固時(shí)間確定是否需要對(duì)注漿機(jī)械設(shè)備內(nèi)殘余漿液進(jìn)行清洗。此外，在每天注漿施工完成以后，需要對(duì)注漿設(shè)備進(jìn)行清洗，并將儲(chǔ)漿罐內(nèi)剩余的漿液排放，并對(duì)儲(chǔ)漿罐進(jìn)行清洗。

（七）漿液回罐

在高壓旋噴注漿完成后6h-8h內(nèi)，樁體內(nèi)的注漿以流塑狀態(tài)為主，該時(shí)間段內(nèi)漿液內(nèi)的水分逐漸被樁體周圍的土體吸收，從而造成樁體體積縮小，樁體表現(xiàn)出逐漸下沉現(xiàn)象。而樁體縮小會(huì)對(duì)于已建的橋梁承臺(tái)基礎(chǔ)底部脫空，無(wú)法實(shí)現(xiàn)地基對(duì)承臺(tái)的有效支撐。因此，需要及時(shí)觀察樁體縮小量，并及時(shí)采取漿液回灌措施，確保樁體頂面與基礎(chǔ)底部有效接觸。

三、高壓旋噴注漿施工質(zhì)量監(jiān)控

對(duì)于高壓旋噴注漿的樁體，其埋于地下，無(wú)法直觀評(píng)判注漿成樁質(zhì)量。根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)于旋噴樁的成樁質(zhì)量，可采取開(kāi)挖檢查、鉆孔取芯檢查、標(biāo)準(zhǔn)貫入、和荷載試驗(yàn)等方法。但是上述方法部分無(wú)法啊應(yīng)用于已建橋梁地基加固質(zhì)量檢測(cè)，或者檢測(cè)成本相對(duì)較高。因此，針對(duì)已建橋梁地基的高壓旋噴注漿施工可從以下幾方面進(jìn)行質(zhì)量控制。

第一，在地基加固施工前，針對(duì)設(shè)計(jì)的加固方案參數(shù)進(jìn)行試注漿1根或2根，在成樁后，采取開(kāi)挖檢查的方法對(duì)成樁進(jìn)行檢測(cè)，并以檢測(cè)結(jié)果修正加固設(shè)計(jì)參數(shù)。

第二，對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)等因素進(jìn)行把控，重點(diǎn)對(duì)施工材料、施工工藝進(jìn)行施工前、施工中、施工后的把控，例如，對(duì)于施工中的噴注壓力、噴頭提升速度、旋轉(zhuǎn)速度等進(jìn)行復(fù)核。

第三，鉆桿搭接長(zhǎng)度需進(jìn)行合理控制，對(duì)于卸桿提升和停噴后再噴的鉆桿搭接長(zhǎng)度需不小于10cm，避免出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

四、工程實(shí)例

（一）工程概況

某高速公路13m空心板橋地基承載能力不足，需要對(duì)其進(jìn)行加固。該橋?qū)?1.74 m×2，2. 0 m厚的素混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下緊鄰?fù)翆訛?. 5 m厚的砂礫石墊層。該橋建成后運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)橋身和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的沉降，根據(jù)對(duì)橋上布置的12個(gè)位移沉降測(cè)點(diǎn)，在2015年9月15日至10月15日對(duì)12測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，其中月累計(jì)沉降量最大部位253 mm，最小部位157 mm，兩半幅橋橋臺(tái)沿沉降縫錯(cuò)開(kāi)56 mm。經(jīng)過(guò)專家分析，認(rèn)為沉降主要原因是橋梁承臺(tái)基礎(chǔ)下部土體為軟弱土質(zhì)，其承載能力無(wú)法滿足上部結(jié)構(gòu)傳遞下來(lái)的荷載，并且全橋不同地基土質(zhì)承載能力差異較大。

經(jīng)過(guò)研究，提出了三種地基加固治理方案：人工挖孔素砼灌注樁托換、靜壓注漿法和高壓旋噴注漿法。通過(guò)三種加固方案的比選，最終選擇高壓旋噴注漿法對(duì)橋梁地基進(jìn)行加固處理。

擬在橋臺(tái)周圍布設(shè)高壓旋噴樁，每個(gè)橋臺(tái)處不知27根旋噴樁，如圖1所示，樁基直徑為70cm，樁基有效長(zhǎng)度為15m。且每個(gè)橋臺(tái)1#-9#樁基強(qiáng)度不小于7MPa，10#-27#樁基強(qiáng)度不小于6MPa。

（二）施工過(guò)程及加固效果

1.施工過(guò)程

根據(jù)工程的當(dāng)?shù)丨h(huán)境、施工機(jī)具、工程特點(diǎn)等，對(duì)高壓旋噴注漿的配漿工藝及漿液參數(shù)、噴注工藝及參數(shù)、成孔工藝及參數(shù)、返漿回灌、沉降觀測(cè)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。為了確保旋噴施工過(guò)程的安全，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況，選取了低塔全液壓泥漿循環(huán)跟管鉆進(jìn)、腳手架加鉆機(jī)組合鉆孔上部干鉆成孔下半部泥漿循環(huán)鉆進(jìn)等3種成孔工藝。采用TCL-400型高壓泵進(jìn)行高壓噴射注漿，注漿壓力控制在20MPa-25MPa范圍內(nèi)；噴射作業(yè)采用WT50的全液壓鉆機(jī)，并為了確保樁基上部1/3長(zhǎng)度的強(qiáng)度，需對(duì)該長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴。同時(shí)，為了防止樁頂與基礎(chǔ)底面之間發(fā)生脫空現(xiàn)象，需要在噴注作業(yè)施工結(jié)束后12h內(nèi)對(duì)樁頂區(qū)域進(jìn)行回灌漿液，確保樁頂與承臺(tái)底部接觸有效結(jié)合。

2.成樁質(zhì)量和加固效果

為確保高壓旋噴注漿施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，由監(jiān)理工程師對(duì)注漿施工細(xì)節(jié)和施工參數(shù)采取旁站觀測(cè)，而對(duì)于成樁強(qiáng)度，可采用返漿制成的試塊和兩根試樁進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)過(guò)對(duì)檢測(cè)， 返漿試塊的最大強(qiáng)度11. 0 MPa，最小強(qiáng)度6. 2 MPa，平均強(qiáng)度7. 6 M Pa；通過(guò)開(kāi)挖試樁檢驗(yàn)樁體強(qiáng)度，最大強(qiáng)度10. 2 MPa，最小強(qiáng)度7. 4 MPa，平均強(qiáng)度7. 9 MPa；樁徑最大82 cm，最小74 cm，平均75 cm。并且樁體混合材料攪拌較為均勻，固結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

在成樁后，對(duì)橋上12測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，其中平均沉降速度為3.2mm/周，加固過(guò)程的33 d中平均沉降速度為3. 6 mm /周，加固以后平均沉降速度為1.4mm/周，并隨著成樁齡期逐漸增長(zhǎng)，測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的沉降逐漸減小，最后無(wú)沉降，表明沉降加固治理效果良好。

五、結(jié)論

綜上所述，針對(duì)橋梁地基承載力不足引起的地基不均勻沉降，可采用高壓旋噴注漿施工加固方案，可有效提高地基的承載能力，減小或消除橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降，提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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