樁底樁側(cè)組合壓漿施工技術(shù)及現(xiàn)場試驗(yàn)

葉建國，付迎春，劉 國，李莉莉

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

1 工程及試樁概況

1.1 工程概況

工程位于東平湖滯洪區(qū)內(nèi)，橋梁總長21.586 km，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土簡支小箱梁、預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)小箱梁，橋墩采用柱式墩與薄壁墩，橋臺采用肋板臺，墩臺基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)。

橋位處地質(zhì)主要為洪水沖積粉質(zhì)黏土，上部覆蓋約0.3 m 的黃河沖淤土，未見風(fēng)化巖石面。全橋樁基類型均為摩擦樁，共2 968 顆，樁基總長度149 726 m。

1.2 試樁概況

試樁采用工程原位樁，選取57#-4、126#-1、130#-3、443#-1、443#-3、446#-1 共6 顆樁進(jìn)行試樁。為便于對比，443#-1 樁未采用后壓漿，其余試驗(yàn)樁均采用后壓漿技術(shù)。試樁主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 試樁主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 組合壓漿施工工藝

2.1 壓漿管布置

結(jié)合橋址處地質(zhì)情況，環(huán)形壓漿管對樁側(cè)阻力的增強(qiáng)范圍按10 m 考慮。設(shè)計(jì)樁長為30 m 左右，樁端布置3 根直管，樁側(cè)布置2 道環(huán)管+直管，壓漿管布置見圖1。

圖1 壓漿管布置

壓漿管材質(zhì)為鋼管，外徑32 mm，壁厚2.75 mm。每根壓漿管的出漿口需均勻設(shè)置不少于4 個(gè)鉆孔，孔徑一般為Φ6 ～Φ8 mm，每個(gè)鉆孔處設(shè)置單向閥，采用圖釘和橡膠管封閉，并焊接角鋼保護(hù)回路，防止樁底沉渣、土體侵入堵塞壓漿通道。

2.2 壓漿管的開塞

試樁水下混凝土灌注完成后，需用清水對樁底后壓漿回路進(jìn)行沖洗，防止壓漿管局部進(jìn)水泥漿液，因水泥漿初凝而堵管。若發(fā)現(xiàn)堵塞，應(yīng)及時(shí)用高壓水進(jìn)行沖洗，在后壓漿施土前也應(yīng)對注漿回路進(jìn)行開塞，以確保壓漿回路暢通。

采用工作壓力大于10 MPa 的三缸壓漿機(jī)對注漿回路進(jìn)行高壓注水開塞。步驟：（1）接好注漿管；（2）開啟出漿閥；（3）打開出漿口；（4）壓水；（5）出漿口均勻出清水后關(guān)閉出漿口；（6）待水壓達(dá)到0.5 ～0.8 MPa 時(shí)關(guān)閉進(jìn)漿管閥門；（7）待水壓達(dá)到5 MPa 時(shí)打開進(jìn)漿管閥門，利用瞬間高壓開塞［1］。

2.3 后壓漿施工工藝

壓漿液采用等級42.5 級普通硅酸鹽水泥、外加劑及水配置而成的水泥漿液，水灰比為0.5。本次后壓漿的壓漿設(shè)備采用雙控智能注漿機(jī)，用電腦控制原材料數(shù)量并自動攪拌，攪拌完成后漿液被抽入儲漿捅內(nèi)，然后開啟注漿設(shè)備，儀器將自動開始注漿，壓漿情況見表2［2］。

表2 壓漿情況匯總

3 自平衡載荷試驗(yàn)

3.1 自平衡測試原理

基樁自平衡法的主要裝置是荷載箱，它與鋼筋籠相接置于樁身下部。試驗(yàn)時(shí)，從樁頂通過輸壓管對荷載箱內(nèi)腔施加壓力，箱蓋與箱底被推開，從而調(diào)動樁周土的摩阻力與端阻力，直至破壞。將樁側(cè)土摩阻力與樁底土阻力疊加而得到單樁抗壓承載力。

3.2 自平衡測試方法及過程

荷載箱中的壓力可用壓力表測得，荷載箱的向上、向下位移可用位移傳感器測得。因此，可根據(jù)讀數(shù)繪出相應(yīng)的“向上的力與位移圖”及“向下的力與位移圖”，根據(jù)向上、向下Q-s 曲線判斷樁承載力、樁基沉降、樁彈性壓縮和巖土塑性變形。

基樁自平衡試驗(yàn)開始后,荷載箱產(chǎn)生的荷載沿著樁身軸向往上、往下傳遞。在各級荷載作用下混凝土產(chǎn)生的應(yīng)變量等于鋼筋產(chǎn)生的應(yīng)變量，通過量測預(yù)先埋置在樁體內(nèi)的鋼筋應(yīng)變計(jì)，可以實(shí)測到各鋼筋應(yīng)變計(jì)在每級荷載作用下所得的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，可以推出相應(yīng)樁截面的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，那么相應(yīng)樁截面微分單元內(nèi)的應(yīng)變量亦可求得。由此求得在各級荷載作用下各樁截面的樁身軸力及軸力、摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，試樁分析結(jié)果見表3。

表3 試樁分析結(jié)果

3.3 后壓漿對樁基承載力的影響分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及分析，采用樁端樁側(cè)后壓漿技術(shù)后側(cè)摩阻力、端阻力壓漿增強(qiáng)系數(shù)見表4。

表4 承載力增強(qiáng)系數(shù)

本項(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)采用樁端、樁側(cè)組合壓漿技術(shù)，有效提高了樁基的承載力及剛度，減少了工程造價(jià)。普通鉆孔灌注樁443#-1 達(dá)到設(shè)計(jì)承載力對應(yīng)樁頂位移為6.01 mm，后壓漿鉆孔灌注樁達(dá)到設(shè)計(jì)承載力對應(yīng)樁頂位移平均為3.09 mm，樁頂位移減少48.6%；1.2 m 直徑的樁基縮短160 m，1.4 m 直徑的樁基縮短720 m，1.6 m 直徑的樁基縮短24 311 m，1.8 m 直徑的樁基縮短10 975 m，2.0 m 直徑的樁基縮短408 m。樁基縮短總長度36 574 m，占原總樁長149 726 m 的24.4%。

4 結(jié)語

（1）后壓漿不僅可以提高樁承載力，還可以有效提高其剛度，有利于控制基礎(chǔ)沉降，因此，后壓漿對提高樁承載力和改善荷載傳遞性能有明顯的效果。（2）樁端壓漿對樁端上體產(chǎn)生預(yù)壓作用，使樁端阻力在豎向荷載作用下提前發(fā)揮，改善了樁端阻力與樁側(cè)阻力發(fā)揮的異步性和不協(xié)調(diào)性；后壓漿樁是在漿液對樁端上的加固、樁端壓漿的預(yù)壓作用、壓漿形成樁底擴(kuò)大頭及漿液上返對樁側(cè)加固四方面因素共同作用下顯著增強(qiáng)樁端阻力和樁側(cè)阻力。（3）鉆孔灌注樁后注漿在該類地基中可有效減短樁長，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。