以某工程為例分析微型樁施工技術(shù)

1微型樁主要特點(diǎn)

微型樁是一種較小口徑的鉆孔灌注樁。微型樁的直徑一般在10～30cm，樁體由壓力灌注的水泥砂漿或小石子混凝土與加勁材料所組成。根椐不同的用途，用于微型樁的加勁材料可以是鋼筋、鋼管或其他型鋼。微型樁可以是垂直布置，也可以傾斜布置；可以成排配置，也可交叉成網(wǎng)狀配置形如樹根。與普通鉆孔灌注樁相比，微型樁更為靈活方便，可根據(jù)使用的目的不同而靈活布置。其主要特點(diǎn)有：

(1)施工迅速安全，施工機(jī)具小，用普通的地質(zhì)鉆機(jī)甚至是手搖鉆就能成孔。

(2)所需施工場地較小，在平面尺寸為1.1m×2.5m和凈空高度2.5m，即可施工，且樁孔距構(gòu)造物邊緣最近距離小，僅為35cm。

(3)布置靈活方便，可根據(jù)需要或垂直或斜布，也可成排布置或交叉成網(wǎng)狀布置。

(4)網(wǎng)狀布置的微型樁群樁體系具有較好的承載能力，群樁中的單樁可以承受拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪力和彎曲應(yīng)力。

(5)豎直承載力高，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，一根直徑為14cm長度為4.7m，樁端進(jìn)入密實(shí)中砂層的微型樁的極限承載力為835kN；完全埋入土中的微型樁，能提供910kN的安全工作荷載。當(dāng)微型樁支承在巖層中時(shí)，能夠承受的安全工作荷載可高達(dá)2720kN。

(6)豎直受荷沉降量小，根據(jù)有關(guān)方面的單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果，一根樁端進(jìn)入硬塑粘性土長為7m的微型樁，當(dāng)荷載加至314kN時(shí)，樁頂沉降僅為3.8mm；而一根樁端進(jìn)入砂狀強(qiáng)風(fēng)化巖長度為11m的微型樁，當(dāng)荷載加至648kN時(shí)，樁頂沉降僅為2.2mm。

(7)樁孔孔徑小，因而對基礎(chǔ)和地基土產(chǎn)生的附加應(yīng)力甚微，施工時(shí)對原有基礎(chǔ)影響小；不干擾構(gòu)造物的正常使用。

(8)能穿透各種障礙物，適用于各種不同的土質(zhì)條件。

(9)滲透性壓力灌漿對樁周土壤產(chǎn)生固結(jié)效果，且立竿見影。

2工程實(shí)例

2.1大橋概述

某橋?qū)挒?3m，上部構(gòu)造為9×16m等跨鋼筋混凝土T形梁橋，總長為148.04m。下部構(gòu)造為3柱式墩、臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為:汽車-20級，掛車-100。該橋建于20世紀(jì)90年代初，建成后，由于上下游河床長期人工取砂，經(jīng)多年的水流沖刷，河床下降嚴(yán)重。

據(jù)實(shí)地調(diào)查，除1號(hào)、8號(hào)墩因位于河岸上，未見嚴(yán)重沖刷外，該橋2～7號(hào)橋墩均有不同程度的沖刷現(xiàn)象，尤其6號(hào)、7號(hào)墩沖刷最為嚴(yán)重，與原施工圖比較，河床位置下降近4m。該橋原設(shè)計(jì)的橋墩樁基橫系梁是埋于河床下的，現(xiàn)橫系梁已普遍露出河床2～4m。被沖刷后外露的樁基，部分表面混凝土剝落，鋼筋外露銹蝕。較早前，經(jīng)有關(guān)部門檢測，該橋上部構(gòu)造及總體承載能力尚可。但是，由于該橋河床下4～5m為易于沖刷的砂礫層，若河床進(jìn)一步?jīng)_刷，樁基鋼筋進(jìn)一步氧化銹蝕，勢必嚴(yán)重削弱橋梁的承載能力，進(jìn)而影響橋梁的整體穩(wěn)定。為保證橋梁的正常使用，必須對橋墩進(jìn)行加固。

2.2加固方案

該大橋交通量較大，加固維修時(shí)不便中斷交通。該橋的病害主要是由于河床降低造成樁基外露和鋼筋銹蝕，導(dǎo)致承載能力降低。也就是說，該橋的加固目的是要提高樁基的承載能力，并防止水流對樁周的沖刷，保持樁基的穩(wěn)定。但是，必須在不中斷交通的情況下，并在僅有6m凈空的橋下，進(jìn)行樁基加固作業(yè)。

經(jīng)過各方面分析比較，微型樁加固方案就成了必然的選擇。微型樁加固方案，不但可以在不中斷交通的情況下施工，而且可以在加固施工對地基及原橋墩產(chǎn)生的不利影響降至最小的前提下，達(dá)到加固的目的。具體措施是:橋墩每個(gè)樁采用4根φ30cm的微型樁，對2～7號(hào)橋墩進(jìn)行加固。

2.3加固設(shè)計(jì)

該大橋橋墩原設(shè)計(jì)的樁基，為3樁式單排鉆孔灌注樁，單樁直徑為112m，樁身穿過2～4m的粉質(zhì)粘土層和4～5m砂礫層，樁尖支承于風(fēng)化泥巖之中。樁基平均長度為14m，每個(gè)橋墩均設(shè)置了橫系梁。

(1)原橋墩受力分析

單跨T形梁恒載為289.3t，二期恒載為99.9t，控制設(shè)計(jì)的活載反力為210.5t，蓋梁恒載84.5t，系梁恒載為48.2t，單根φ1.0m的立柱恒載為8t。則原橋墩平均每根樁應(yīng)承受的豎向外力為:

Pp=(289.3+99.9+210.5+84.5+48.2)/3+8=252.1t。

考慮到橋墩的偏載，單樁須承受的最大豎直荷載為:

Pmax=352.9t。

(2)現(xiàn)橋墩單樁豎向容許承載力分析

按河床沖刷較為嚴(yán)重的7號(hào)橋墩考慮，原設(shè)計(jì)樁長為14.4m，已被沖刷4m，按繼續(xù)沖刷3m計(jì)算，現(xiàn)有樁基入土長度L=14.4-7=7.4m，按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱“橋基規(guī)”)的摩擦樁公式計(jì)算，則:

[P]樁=0.5(U?L?Tp+A?σR)

式中:U為樁周長度；Tp為樁側(cè)土平均極限摩阻力；L為樁的有效入土長度。

根椐橋位地質(zhì)情況，按“橋基規(guī)”的規(guī)定取值并計(jì)算得U=3.77m，A=1.13m2，

σR=662.48kPa，TP=100.54kPa，則:

[P]樁=0.5×(3.77×7.4×100.54+1.13×662.48)=1776kN≈178t。

(3)微型樁設(shè)計(jì)

考慮用微型樁補(bǔ)充原橋墩樁基的不足，并使原樁基與微型樁共同承受橋墩豎向荷載。按橋墩單樁最大外力和最不利沖刷情況考慮，原橋墩每根樁設(shè)置4根微型樁，若平均每根微型樁要承擔(dān)的外荷載為P′，則有:

P′=(Pmax-[P]樁)/4=(352.9-178)/4=43.72t，考慮偏載后Pmax′=61.2t。

微型樁的樁徑采用φ30cm，考慮到微型樁的口徑較小，忽略樁尖承載力，按摩擦樁計(jì)算，若每根微型樁的有效入土深度為L′，則有:

L′=2Pmax′/U?Tp

因微型樁施工是采用壓力注漿，尤其對于砂礫土及風(fēng)化巖而言，實(shí)際注漿量與理論注漿量之比可達(dá)2.1～3.5，這意味著微型樁注漿后，多余的漿液將在樁周形成“樁瘤”，或進(jìn)入樁周土層，對土層起固結(jié)作用，使樁周土的極限摩擦力增大。根據(jù)河床工程地質(zhì)情況，按規(guī)范中關(guān)于摩擦樁的有關(guān)規(guī)定，并取大值計(jì)算得Tp=168.8kPa，U=0.942m，則可算得微型的有效長度:

L′=7.7m，取8m。

考慮3m的沖刷深度，則微型樁的實(shí)際施工長度為12m。采用φ20cm的鋼管作微型樁的加勁骨架。

(4)承臺(tái)及傳力錨設(shè)計(jì)

承臺(tái)平面尺寸為216m×310m，厚度為114m，承臺(tái)頂面基本與河床平。微型樁伸入承臺(tái)20cm，微型樁的鋼管骨架伸入承臺(tái)50cm。

考慮到微型樁通過承臺(tái)與舊樁一起共同承擔(dān)橋墩荷載，為使微型樁與舊樁基能夠緊密合作，承臺(tái)與舊樁相接處，舊樁四周植入鋼筋，并與承臺(tái)底和承臺(tái)頂?shù)匿摻詈附印４送猓信_(tái)至原樁基橫系梁之間的高度段，將樁徑1.2m的舊樁擴(kuò)大至1.6m，并在樁周按普通鉆孔灌注樁配置鋼筋，縱向鋼筋伸入承臺(tái)內(nèi)，在原樁的四周植入鋼筋并與新設(shè)的縱向鋼筋相接。使新增縱筋、舊樁植筋和承臺(tái)鋼筋一起，形成錨塊骨架。新增截面混凝土與承臺(tái)澆筑成整體，形成錨塊。

2.4微型樁的施工

微型樁的施工工序?yàn)?圍堰→成孔→清孔→安放φ20鋼管→壓漿成樁→安放微型樁頂板→植筋→設(shè)置承臺(tái)及錨塊鋼筋→澆筑承臺(tái)與錨塊。

(1)圍堰:采用雙層草袋圍堰。

(2)成孔:采用地質(zhì)鉆泥漿循環(huán)護(hù)壁成孔，穿過砂礫層采用鋼護(hù)筒護(hù)孔。

(3)清孔:水沖清孔。

(4)安放φ20鋼管:由于橋下凈空的限制，鋼管須分3節(jié)安放。第1節(jié)、第2節(jié)長4.5～5m，第3節(jié)視各樁實(shí)際長度而定。先將第1節(jié)放入孔內(nèi)，然后與第2節(jié)焊接。第1節(jié)鋼管在底端2m范圍內(nèi)，四周鉆出φ2cm的壓漿孔，間距為30cm，用氣囊密封器密封；鋼管底端與樁孔底留出5cm的間隙，以保證漿液順利地通過管底向上翻出。

(5)壓漿成樁:先向孔內(nèi)拋入粒徑為1～3cm的小石子，然后向鋼管內(nèi)注入水泥砂漿，直到滿溢為止。注漿壓力不小于013MPa，水灰比采用117。為了盡可能地減少鉆孔對原樁基的不良影響，同一樁基的4根微型樁，應(yīng)逐根施工，待先完成的樁達(dá)到一定強(qiáng)度后，再行第2根樁的施工。

(6)澆筑承臺(tái)與錨塊:微型樁加固成功與否，承臺(tái)與錨塊是關(guān)鍵，它是新老樁緊密合作的保證。為了加強(qiáng)微樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)，在鋼管的頂部焊接φ40厚為3mm的鋼板，并在鋼管的四周焊接4塊耳板以加強(qiáng)鋼板的剛度。另外，在布設(shè)承臺(tái)鋼筋的同時(shí)，布設(shè)錨塊鋼筋，并在舊樁外露部分植入鋼筋，使植筋、承臺(tái)鋼筋及錨塊鋼筋聯(lián)成整體骨架。在澆筑混凝土?xí)r，須將舊混凝土接觸面去除碳化表層，露出新鮮骨料；對有鋼筋銹蝕現(xiàn)象的樁基，須鑿除保護(hù)層，對鋼筋除銹后，在接觸面涂上一層E200界面膠，才可澆注混凝土。

3結(jié)語

該大橋基礎(chǔ)加固，正在準(zhǔn)備施工階段，尚未取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。但是，由于微型樁采用壓力灌漿，漿液被壓迫滲透樁周土層，使地基承載力提高，同時(shí)，壓力漿液會(huì)在樁周形成“樁瘤”，這些都會(huì)大大提高樁與土的極限摩阻力。而采用《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的摩擦樁公式計(jì)算單樁承載力，是偏于安全的。

由于微型樁的施工工藝并不復(fù)雜，造價(jià)也不高，在公路橋梁工程中，特別是在舊橋基礎(chǔ)加固，高填、深挖路基邊坡的滑坡防治，路基擋土墻地基處理及舊墻基礎(chǔ)加固方面，均可大有作為，值得大力推廣應(yīng)用。