水運(yùn)工程施工中的灌注樁設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用分析

周長麗

(山東港通工程管理咨詢有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引 言

灌注樁設(shè)計(jì)施工是水運(yùn)工程的核心環(huán)節(jié)，相比早期的打樁施工技術(shù)，灌注樁設(shè)計(jì)施工具有噪聲低、振動影響范圍小、操控性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢[1]。并且傳統(tǒng)的打樁施工極易受到施工地形、地質(zhì)環(huán)境、工程材料等因素的影響，出現(xiàn)打入樁體結(jié)構(gòu)偏差問題，而此時僅需要按照灌注樁設(shè)計(jì)施工流程，合理配比混凝土并規(guī)劃施工流程，便可以起到提升樁體穩(wěn)固性的目的。

1 水運(yùn)工程施工中的灌注樁設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用

1.1 基于不同工況的灌注樁結(jié)構(gòu)選型

考慮到水運(yùn)工程施工的外界干擾條件較多，因此，需要在開展本文研究時，結(jié)合多種現(xiàn)場作業(yè)工況，進(jìn)行灌注樁結(jié)構(gòu)的選型[2]。常規(guī)的柱式橋墩結(jié)構(gòu)大多采用單排樁，即樁結(jié)構(gòu)與柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接連接，為了確保此種結(jié)構(gòu)在地下結(jié)構(gòu)中的穩(wěn)定性，需要在結(jié)合位置設(shè)置一個橫系梁結(jié)構(gòu)，以此確保樁柱結(jié)構(gòu)的剛度。其中單排樁結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 單排樁結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度的直徑>40.0 m時，可選擇雙排樁結(jié)構(gòu)，并在樁頂結(jié)構(gòu)中設(shè)置一個承臺結(jié)構(gòu)與墩柱體，以此種方式構(gòu)建一個聯(lián)成整體結(jié)構(gòu)。雙排樁結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 雙排樁結(jié)構(gòu)示意圖

在完成對灌注樁結(jié)構(gòu)的描述后，應(yīng)明確施工區(qū)地基土層的強(qiáng)度將直接影響樁身的直徑及其在土體結(jié)構(gòu)中的埋深深度。為了確保埋深深度符合水運(yùn)工程施工質(zhì)量要求，需要在相關(guān)研究前，對單樁結(jié)構(gòu)的承載受力進(jìn)行分析。計(jì)算公式如下：

(1)

式中：q為單樁結(jié)構(gòu)的承載受力；ms為結(jié)構(gòu)質(zhì)量修正系數(shù)，通常情況下，混凝土結(jié)構(gòu)的樁體修正系數(shù)取值為1.0；d為灌注樁樁身直徑；li為在第i層土層中樁體周圍土層厚度；f為土層摩擦力；E為樁頭截面面積；Rj為完成對土層的修正處理后，對應(yīng)層結(jié)構(gòu)的承載作用力；P為樁體結(jié)構(gòu)集中負(fù)荷作用力；K為灌注樁結(jié)構(gòu)自重。在計(jì)算過程中應(yīng)當(dāng)注意的是：當(dāng)灌注樁結(jié)構(gòu)持力端巖層為卵石層時，計(jì)算過程可以忽略結(jié)構(gòu)土層對樁體結(jié)構(gòu)的摩擦力。主要是由于荷載承載力是由前端先受力，當(dāng)前端承載力完全發(fā)揮后，才開始發(fā)揮對應(yīng)的摩擦力。

當(dāng)灌注樁結(jié)構(gòu)持力端巖層為堅(jiān)硬土層時，可以將樁端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為擴(kuò)大頭端[3]。此種設(shè)計(jì)方式可以節(jié)約水運(yùn)工程施工中的大量混凝土，從而起到降低施工支出成本的作用。當(dāng)使用鉆孔灌注樁結(jié)構(gòu)時，需要在樁底進(jìn)行壓力灌漿處理，以此保障整體結(jié)構(gòu)具有較高的承載力。

1.2 基于提高承載力的灌注樁后注漿設(shè)計(jì)

在上述完成對不同水運(yùn)工程工況的灌注樁結(jié)構(gòu)選型后，為了提高灌注樁整體的承載力，采用后注漿法對其注漿方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行注漿前，首先需要明確灌注樁施工的前提操作步驟為：鉆孔定位→孔壁定性→沉渣疏浚→放鋼筋籠→混凝管道安裝→澆筑鉆孔樁→管壁提取[4]。在明確施工具體步驟后，在進(jìn)行注漿操作時，需要對樁底進(jìn)行清洗，再噴上泥漿形成凝固結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連接。在這一過程中，將灌注樁的底部固定在碎石、石頭或堅(jiān)硬的地層結(jié)構(gòu)上。

在完成對鋼管的安裝后，進(jìn)行注漿施工。首先，在鋼筋籠底部連接3個或3個以上的鋼管，并選擇橫截面直徑在80～100 mm的鋼管。所有鋼管結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)與灌注樁形成中心對稱，并且與灌注樁之間的距離應(yīng)當(dāng)控制在15～25 cm[5]。其次，沿著上述完成安裝后的鋼管結(jié)構(gòu)，將灌注樁底部鉆透，可使用沖床完成這一步驟，直到樁頭與地層無限接近后停止鉆進(jìn)。由于完成鉆透工作后，灌注樁周圍會存在大量沉渣，為了保證后續(xù)灌注樁以及整個水運(yùn)工程的施工質(zhì)量，需要對灌注樁底部的沉渣進(jìn)行清洗。在清洗時采用壓力在19～22 MPa的高壓水槍對沉渣進(jìn)行疏浚，直到涌出的水與噴進(jìn)的水一樣干凈，證明沉渣已被完全疏浚。在灌漿時，需要將鋼管的一頭堵住，并在頂部注漿。在注漿的前5 min，注漿壓力應(yīng)當(dāng)為55 bar，隨后逐漸上升到75 bar。針對每一個灌注樁結(jié)構(gòu)，其注漿量應(yīng)當(dāng)控制在1 500～2 800 L。綜上所述，實(shí)現(xiàn)對灌注樁后注漿設(shè)計(jì)，確保其承載力能夠滿足水運(yùn)工程的施工需要。

2 對比實(shí)驗(yàn)

以某地區(qū)正在開展的水運(yùn)工程施工項(xiàng)目為依托，針對該工程項(xiàng)目需要，分別利用本文提出的灌注樁設(shè)計(jì)技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)對灌注樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。已知該工程施工項(xiàng)目位于某已修建完成的碼頭工程以東5 km，實(shí)質(zhì)為該碼頭的擴(kuò)建項(xiàng)目，在需要進(jìn)行灌注樁施工的位置上，對其各個地層結(jié)構(gòu)的對應(yīng)參數(shù)進(jìn)行記錄，見表1。

表1 水運(yùn)工程施工項(xiàng)目地層結(jié)構(gòu)及對應(yīng)參數(shù)記錄

結(jié)合表1中所示的土層結(jié)構(gòu)參數(shù)，對其灌注樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)后，針對每一個灌注樁的承載力進(jìn)行測算，以此對比兩種設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用效果。灌注樁承載力計(jì)算公式為：

Q=Q1+Q2=∑ULq+Aq

(2)

式中：Q為灌注樁承載力；Q1為樁側(cè)承載力；Q2為樁底承載力；U為土層壓力；L為灌注樁垂直方向結(jié)構(gòu)長度；A為灌注樁水平方向結(jié)構(gòu)長度；q為灌注樁單樁極限承載力。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出兩種灌注樁設(shè)計(jì)技術(shù)完成應(yīng)用后的灌注樁承載力大小，見表2。

表2 兩種灌注樁設(shè)計(jì)技術(shù)下灌注樁承載力對比

結(jié)合表2中數(shù)據(jù)得出，本文提出的灌注樁設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效提高灌注樁的承載力，并保證所有灌注樁的承載力均在1 200.0×103kN以上，能夠充分滿足水運(yùn)工程施工對灌注樁提出的承載力要求，為水運(yùn)工程施工提供可靠保障。

3 結(jié)束語

對于水運(yùn)工程而言，科學(xué)合理的灌注樁設(shè)計(jì)施工技術(shù)可以提高工程的品質(zhì)，因此本文對相關(guān)課題內(nèi)容展開了深入的設(shè)計(jì)。在完成設(shè)計(jì)后，為了證明研究的成果具有利用價(jià)值，提出了對比實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過檢驗(yàn)后證明本文設(shè)計(jì)的灌注樁結(jié)構(gòu)承載力更高，可為水運(yùn)工程提供更加良好的技術(shù)支撐。