聯合后壓漿技術在橋梁樁基礎中的應用

王偉臣

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司深圳分公司,廣東深圳 518000)

聯合后壓漿技術在橋梁樁基礎中的應用

王偉臣

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司深圳分公司,廣東深圳 518000)

結合工程實例,根據工程地質情況,介紹了樁端樁側聯合后壓漿技術的應用、施工工藝和質量控制措施。樁基采用樁端樁側聯合后壓漿技術后,單樁豎向承載力提高明顯,技術經濟效益良好。

樁基；聯合后壓漿；試樁

0 引言

鉆孔灌注樁聯合后壓漿技術是近年來興起的地基處理技術,在建筑基礎工程領域得到了廣泛的應用。其工作基本原理是通過預先設置在樁基鋼筋籠上的壓漿管,在樁身達到一定強度后,向樁底和樁側同時壓入能固化的漿液,這些漿液通過滲透、填充、置換、劈裂、壓密和固結等多種形式的共同作用,改善了樁周、樁底一定范圍內土體的物理力學性能,提高樁基承載力,減小樁基沉降量,從而可減少樁徑和樁長,縮短工期,節省投資,具有明顯的社會效益和經濟效益。

鄭州市西三環航海路立交由于地質條件較差,基礎全部為鉆孔灌注摩擦樁,單樁豎向承載力較高,設計樁長較長,因此在滿足承載力要求的前提下,本著優化樁長、減少施工周期、降低工程造價的原則,對橋梁樁基采用了樁端樁側聯合后壓漿技術,并取得了良好的工程效益。

1 工程概況

1.1 工程簡介

鄭州市西三環航海路立交是鄭州市西三環快速化工程中的一個節點工程。橋梁總面積98 720 m2,東西向航海路主線橋梁全長1.12 km,南北向西三環主線橋梁全長1.47 km,同時設置5座匝道橋和兩座輔道橋,上部結構均為預應力混凝土及鋼筋混凝土連續箱梁,基礎為鉆孔灌注摩擦樁。設計樁基共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)。

根據設計概算,該工程采用聯合后壓漿技術前樁基造價12 452.58萬元,采用聯合后壓漿技術后樁基造價10 926.17萬元,節約造價12.3%。

1.2 地質特性

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,中等壓縮性,土質不均勻,多與粉質黏土互層,含少量直徑2～3 cm姜石,個別達5～8 cm,姜石質較硬,輕錘不易碎,分布于②層下,層厚8～18 m。

③2粉質黏土(：棕黃色,硬塑,局部堅硬～半干硬,壓縮性中等偏低,土質不甚均勻,含少量鐵錳質結核及直徑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,壓縮性中等偏低,土質不均,局部夾較多直徑2～5 cm姜石,混粉砂、粉質黏土,分布于③2層下,層厚10～20 m。

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

1.3 巖土力學參數

場區各土層的基礎設計參數建議值是根據土工試驗及現場標準貫入試驗的結果,按《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG D63-2007)以及其它相關規范、規程綜合考慮確定的,壓漿前各土層的設計參數值見表1。

表1 壓漿前巖土設計參數

2 聯合后壓漿試樁試驗

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

2.1 試樁目的

該工程通過后壓漿試樁試驗來確定樁基設計的相關技術參數和工藝要求,試樁的目的主要有以下幾點。

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

(2)在試樁的基礎上,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,包括壓漿管的設置、漿液的配合比、壓漿壓力、壓漿量、壓漿工藝流程及技術控制指標等。

2.2 試樁基本情況

試樁數量確定為6根,試樁位置由設計單位與試樁單位根據設計需要和現場情況共同確定。試樁樁徑均為1.2 m,混凝土強度等級C30,樁長38 m。試驗具體情況為：1#樁不壓漿；2#、3#樁僅樁底后壓漿；4#、5#、6#樁采用樁底樁側聯合后壓漿。

試樁采用單樁豎向靜載試驗(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

通過現場試樁試驗,并通過承載力分析得到了后壓漿灌注樁樁側阻力、樁端阻力的設計參數(見表2)。

結合本文表1、表2技術參數,考慮后壓漿樁側阻力和樁端阻力的增強效應,修正后的樁側摩阻力標準值和樁端阻力標準值明顯提高。據此設計的樁長主線橋樁長平均縮短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 壓漿后各土層設計參數

難度、節約了工程造價。

3 聯合后壓漿工藝流程

3.1 清孔

應嚴格按照相關規范進行二次清孔。二次清孔在下完導管后進行,二次清孔采用氣舉反循環或泵吸反循環,二次清孔后的孔底沉渣厚度小于100 mm,二次清孔完成后,測量沉渣厚度、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,布置在鋼筋籠內側,隨鋼筋籠一起下入孔底。需要壓漿的2根壓漿管下部1 m范圍內設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之前用膠帶密封好。

頂端高出地面500 mm,并用堵頭封嚴,防止泥漿等雜物進入。樁端壓漿應在超聲波檢測后進行。

3.2.2 樁側壓漿管布置

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

3.3 開塞與壓漿閥設置要求

為確保樁端阻力,該工程樁底不填碎石,開塞時間提前在混凝土澆注后12～24 h進行,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 壓漿量計算

壓漿量按《建筑樁基技術規范》(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為樁端壓漿量經驗系數,該工程取1.8；αs為樁側壓漿量經驗系數,該工程取0.8；n為樁側壓漿斷面數,該工程n=2；d為基樁設計直徑,m。

對群樁初始壓漿的基樁的壓漿量應按上述估算值乘以1.2的系數。

樁端壓漿兩壓漿管的壓漿量應按等量均分進行。

3.5 壓漿應力、壓漿量控制

樁側壓漿壓力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,當滿足下列條件之一時可終止壓漿：

(1)要求的壓漿總量和壓漿壓力均達到設計要求；

(2)壓漿量達到設計值,但壓漿壓力未達到設計最小值(樁側壓漿2.0 MPa,樁端壓漿2.5 MPa)時改為間歇壓漿,間歇壓漿時間宜為30～60 min,再補注設計水泥量的30%為止,補漿水灰比可適當調??；

(3)當壓漿壓力滿足設計要求值,但壓漿量少于設計值時,需要保證壓漿量不低于設計值的80%。

3.6 后壓漿施工時間

成樁2 d后開始壓漿,先側壓漿，后樁底壓漿,樁側壓漿順序為先上后下,樁側壓漿與樁底壓漿間隔時間為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級普通硅酸鹽水泥,水泥要求新鮮、不結塊,并按有關規定批次送檢,合格后方可使用。漿液水灰比取0.6～0.65,攪拌時間不少于2 min,漿液用3 mm×3 mm的濾網進行過濾,漿液采用純水泥漿。

3.8 常見問題的處理

3.8.1 正常壓漿

壓漿過程中經常出現的幾種情況：

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

(2)壓漿開始后壓力不上升,甚至離開初始壓力值呈下降趨勢,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,表明土層密實或凝膠時間過短。

(5)壓力上升后又下降,而后再度上升,并達到預定的要求值,可以認為是第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

出現壓漿壓力長時間低于正常值或地面出現冒漿時改為間歇壓漿,間歇時間為30～60 min,或調低漿液水灰比繼續壓漿。

3.8.3 施工過程中其它應注意事項

(1)壓漿管加工時一定要逐根檢查,防止管內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)按要求認真做好壓漿記錄,記清壓漿時間、壓漿壓力、壓漿量。

(4)在壓漿管埋設時要嚴密組織,精心施工,盡量不要使壓漿管堵塞,壓漿管入孔時操作需小心謹慎,避免損壞。

(5)壓漿前要檢查設備是否正常運轉,檢查攪制的水泥漿的稠度及初凝結時間,配制的水泥量是否滿足壓漿需要。

3.9 壓漿失敗補救措施

任何工藝都有失敗的可能,由于施工操作中不當(如壓漿單向閥門反向安裝或清水劈裂未及時進行)或土層本身性質導致導管壓漿孔堵塞,從而引起后壓漿施工中預置的兩根壓漿管全部不通,導致設計的漿液不能注入的情況,或管路雖通但設計漿液不能達到50%,且壓漿壓力達不到終止壓力,壓漿視之為失敗。若發現壓漿失敗情況,應采取如下措施：在壓漿失敗的樁側采用地質鉆機形成對稱的兩個小孔,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后即進行重新壓漿,補入設計壓漿量即完成施工。

4 檢驗與檢測

(1)后壓漿施工完成后,應根據水泥材質檢驗報告、壓力表檢定證書、試壓漿記錄、設計工藝參數、后壓漿作業記錄、特殊情況處理記錄等資料,進行檢驗與檢測。

(2)在樁身混凝土強度達到設計要求的條件下,承載力檢驗應在壓漿完成28 d后進行,漿液中摻入早強劑時可于壓漿完成20 d后進行。

5 結語

(1)樁端樁側聯合后壓漿技術是提高樁基礎的承載力、減小樁基沉降的有力措施,可有效地保證樁底和樁側承載力的充分發揮,提高承載力和基礎剛度。

(2)在大中型橋梁樁基工程中采用樁端樁側聯合后壓漿技術,可有效減少樁長,縮短施工工期,降低施工難度,節省工程造價。其技術經濟效益顯著,工程質量安全可靠。

U445.55+1

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1009-7716(2015)09-0223-03

2015-04-21

王偉臣(1970-),男,黑龍江呼蘭人,高級工程師,從事橋梁設計工作。