復(fù)雜持力層條件下旋挖擴(kuò)底后注漿灌注樁在橋梁工程中的應(yīng)用

葉再

YE Zaipeng

(杭州市交通運(yùn)輸發(fā)展服務(wù)中心，浙江 杭州310006)

旋挖擴(kuò)底后注漿灌注樁是近幾年來伴隨旋挖樁的迅速發(fā)展而產(chǎn)生的一種新樁型，是通過旋挖樁機(jī)挖至預(yù)定深度后改換擴(kuò)孔鉆頭來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大截面，并在混凝土灌注后一定時(shí)間范圍內(nèi)，通過預(yù)埋注漿管，用適宜的壓力對(duì)樁底進(jìn)行壓力注漿，可消除旋挖樁樁底沉渣較厚的問題，此樁型適宜土層廣泛，并可大幅度提高單樁承載能力。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)報(bào)告分析

浙江境內(nèi)某段高速公路新建橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，根據(jù)地勘報(bào)告描述，場(chǎng)地屬浙江杭州灣南岸蕭山-紹興平原地貌，地基土由第四系濱海湖沼相沉積層組成，典型地層勘探孔剖面見圖1，從中可以得出以下幾點(diǎn)地層情況對(duì)樁基承載力影響較大。

(1)軟弱土覆蓋深度達(dá)25～45 m，形態(tài)為流塑或軟塑狀，樁側(cè)摩阻較小。

(2)中風(fēng)化巖層巖性變化很大，主要分布有三種不同中風(fēng)化巖層，力學(xué)性狀差異明顯，單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為:中風(fēng)化凝灰?guī)r30 MPa，中風(fēng)化粉砂巖20 MPa，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖8 MPa。

圖1 典型勘探孔土層分布圖

(3)三種不同中風(fēng)化巖層的分布無明顯規(guī)律性，并且部分相鄰的勘察孔分布不同的巖層，使得同一橋墩下樁端有不同的持力層。

(4)中風(fēng)化巖層的分布起伏很大，巖面標(biāo)高分布在45～60 m 之間，且地勘揭示有較多相鄰勘察點(diǎn)的中風(fēng)化巖樣起伏較大。

1.2 確定樁型和試樁方案

根據(jù)地質(zhì)分析，樁基設(shè)計(jì)采用混凝土灌注樁基礎(chǔ)，并擬采用四樁承臺(tái)基礎(chǔ)，每個(gè)墩臺(tái)承受約25 000 kN荷載，所需單樁承載能力約為6 500 kN，據(jù)此，樁基設(shè)計(jì)以中風(fēng)化巖作為持力層，有效樁長50～60 m，端承受力為主。樁型可選擇鉆孔灌注樁、沖擊成孔灌注樁、旋挖成孔灌注樁等形式，由于旋挖擴(kuò)底灌注樁成孔速度快，質(zhì)量高，擴(kuò)孔后單樁承載力提高明顯，連續(xù)梁橋?qū)Τ两底冃慰刂茋?yán)格，同時(shí)采用了樁底后注漿技術(shù)。

在勘探點(diǎn)附近選取三根不同的持力層且軟弱土層相對(duì)較厚的位置進(jìn)行試樁，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D63—2007)》［1］可計(jì)算單樁抗壓承載力。

灌注樁的受壓承載力:

后注漿灌注樁受壓承載力:

式中:Ra—單樁軸向抗壓承載力(kN);

u—樁身周長(m);

Ap—樁端截面面積(m2);

n—土的層數(shù);

li—各土層厚度(m);

qik—樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa);

qr—樁端承載力容許值(kPa);

βsi—側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù);

βp—端阻力增強(qiáng)系數(shù);各土層力學(xué)參數(shù)參考地質(zhì)報(bào)告及規(guī)范推薦。

三根試樁等直徑部分樁徑1.0 m，擴(kuò)孔部分樁徑1.5 m，根據(jù)公式可得出承載能力理論值，見表1。

表1 試樁各參數(shù)列表

2 施工流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工流程

旋挖擴(kuò)底后注漿灌注樁主要的施工工藝流程如下［2］:旋挖成孔→樁端進(jìn)入持力層更換擴(kuò)底鉆頭擴(kuò)孔→終孔后同時(shí)第一次清孔→下籠并第二次清孔→灌注混凝土→樁端后注漿施工。施工流程圖見圖2，現(xiàn)場(chǎng)施工所用旋挖鉆頭和擴(kuò)孔鉆頭見圖3、圖4，注漿過程見圖5。

圖2 旋挖擴(kuò)底后注漿灌注樁施工流程示意圖

圖3 等直徑旋挖鉆頭

圖4 擴(kuò)孔鉆頭

圖5 注漿過程

2.2 施工要點(diǎn)

成孔過程:旋挖成孔施工過程中，利用等直徑鉆頭正轉(zhuǎn)，進(jìn)行孔內(nèi)原始土的切削，然后提升鉆斗、卸土;整個(gè)鉆進(jìn)過程中須加入調(diào)配好的護(hù)壁泥漿，泥漿液面應(yīng)始終保持高于地下水位2 m，以保證孔內(nèi)護(hù)壁泥漿能保持孔壁穩(wěn)定;當(dāng)穿越礫砂土層時(shí)，為防止塌孔，旋挖鉆進(jìn)入砂土層后進(jìn)尺須放慢，以保證泥漿護(hù)壁質(zhì)量;進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層后，進(jìn)尺速度明顯放緩，卸土?xí)r有明顯強(qiáng)風(fēng)化巖出現(xiàn)，穿越強(qiáng)風(fēng)化層數(shù)米后，等直徑旋挖鉆頭進(jìn)尺速度非常慢，并有鉆頭打滑現(xiàn)象出現(xiàn)，巖樣也變硬，判斷樁頭已碰到中風(fēng)化巖層，此時(shí)更換擴(kuò)孔鉆頭。

擴(kuò)孔及第一次清孔過程［3］:當(dāng)旋挖樁機(jī)更換擴(kuò)底鉆頭后開始擴(kuò)底，首先緩慢下放鉆頭，避免鉆頭與孔壁相刮蹭，在下放鉆頭至孔底時(shí)輕微加壓，依靠鉆桿的重量使葉片慢慢張開，同時(shí)鉆桿旋轉(zhuǎn)切削巖體，葉片慢慢張開到設(shè)計(jì)要求1.5 m 直徑時(shí)，在孔底形成設(shè)計(jì)要求的錐體，直至到達(dá)設(shè)計(jì)深度;擴(kuò)底完成后上提鉆頭，緩慢將擴(kuò)底鉆頭提出孔外。鉆孔完成后采用撈渣筒進(jìn)行第一次清孔，以使孔底沉渣滿足設(shè)計(jì)要求為止。

樁底后注漿:注漿管采用DN25 焊接鋼管，通過絲牙進(jìn)行聯(lián)接操作，在安裝注漿管的過程中，需要將注漿鋼管與鋼筋籠綁扎在一起，且注漿鋼管是位于鋼筋籠的內(nèi)側(cè)。在鋼筋籠的安裝結(jié)束后，注漿管在完成下放后，需要注滿水，且注漿管的高度要比地表高300 mm，長度不能太長，以便保護(hù)管頭;注漿前須進(jìn)行壓水試驗(yàn)，可檢查兩根注漿管聯(lián)通性和注漿通道的疏通。在灌注樁成樁7～14 d 后，對(duì)樁底進(jìn)行注漿操作，通過注漿泵將水泥漿液輸入注漿管中。在注漿之前，需要對(duì)水泥漿液進(jìn)行檢驗(yàn)，確定水泥漿液的各項(xiàng)性能與參數(shù)，在注漿操作的過程中，嚴(yán)格控制壓入率、注漿壓力、注漿量以及漿液濃度等參數(shù)，根據(jù)工程施工場(chǎng)地的實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整，采用注漿量及注漿壓力雙控方式，一次注漿完成30 min后再進(jìn)行二次補(bǔ)壓。

3 靜載試驗(yàn)測(cè)試

三根試樁在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即做靜載試驗(yàn)，采用慢速維持荷載法試驗(yàn)具體步驟和要求等必須按有關(guān)規(guī)定［4］進(jìn)行，靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 三根試樁靜載測(cè)試結(jié)果

從表2 可以看出:三根試樁實(shí)際單樁承載能力比理論公式計(jì)算均要大，因此本工程在工程樁施工時(shí)可優(yōu)化設(shè)計(jì);雖然持力層中風(fēng)化凝灰?guī)r、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖巖性相差較大，但實(shí)際單樁承載力相差幅度較小，說明樁底后注漿后樁端力提高。

4 結(jié) 語

通過工程實(shí)例和靜載測(cè)試，后注漿旋挖擴(kuò)底灌注樁施工速度快，移位快，并且不受土層限制，同等承載力下可減少樁徑，并可減少后期沉降。因此，旋挖擴(kuò)底否注漿灌注樁，是公路橋梁樁基工程中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)理想樁型。

［1］ 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.JTG D63—2007 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］ 李海軍，王善清.后壓漿擴(kuò)底旋挖鉆孔灌注樁施工工藝在工程施工中應(yīng)用［J］.安徽地質(zhì)，2010(4):297 -299.

［3］ 雷斌，葉坤，李榛，等.旋挖鉆孔樁沉渣產(chǎn)生原因及清孔工藝優(yōu)化選擇［J］.施工技術(shù)，2014(19):48 -53.

［4］ 中國建筑科學(xué)研究院. JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.