联合后压浆技术在桥梁桩基础中的应用

王伟臣

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司深圳分公司,广东深圳 518000)

联合后压浆技术在桥梁桩基础中的应用

王伟臣

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司深圳分公司,广东深圳 518000)

结合工程实例,根据工程地质情况,介绍了桩端桩侧联合后压浆技术的应用、施工工艺和质量控制措施。桩基采用桩端桩侧联合后压浆技术后,单桩竖向承载力提高明显,技术经济效益良好。

桩基；联合后压浆；试桩

0 引言

钻孔灌注桩联合后压浆技术是近年来兴起的地基处理技术,在建筑基础工程领域得到了广泛的应用。其工作基本原理是通过预先设置在桩基钢筋笼上的压浆管,在桩身达到一定强度后,向桩底和桩侧同时压入能固化的浆液,这些浆液通过渗透、填充、置换、劈裂、压密和固结等多种形式的共同作用,改善了桩周、桩底一定范围内土体的物理力学性能,提高桩基承载力,减小桩基沉降量,从而可减少桩径和桩长,缩短工期,节省投资,具有明显的社会效益和经济效益。

郑州市西三环航海路立交由于地质条件较差,基础全部为钻孔灌注摩擦桩,单桩竖向承载力较高,设计桩长较长,因此在满足承载力要求的前提下,本着优化桩长、减少施工周期、降低工程造价的原则,对桥梁桩基采用了桩端桩侧联合后压浆技术,并取得了良好的工程效益。

1 工程概况

1.1 工程简介

郑州市西三环航海路立交是郑州市西三环快速化工程中的一个节点工程。桥梁总面积98 720 m2,东西向航海路主线桥梁全长1.12 km,南北向西三环主线桥梁全长1.47 km,同时设置5座匝道桥和两座辅道桥,上部结构均为预应力混凝土及钢筋混凝土连续箱梁,基础为钻孔灌注摩擦桩。设计桩基共1 106根(直径1.2 m的290根,直径1.5 m的800根,直径1.8 m的16根)。

根据设计概算,该工程采用联合后压浆技术前桩基造价12 452.58万元,采用联合后压浆技术后桩基造价10 926.17万元,节约造价12.3%。

1.2 地质特性

②层：全新世冲积层,岩性以粉土为主,厚度15～20 m,局部25～28 m。

③1粉土()：棕黄色,稍湿,密实,中等压缩性,土质不均匀,多与粉质黏土互层,含少量直径2～3 cm姜石,个别达5～8 cm,姜石质较硬,轻锤不易碎,分布于②层下,层厚8～18 m。

③2粉质黏土(：棕黄色,硬塑,局部坚硬～半干硬,压缩性中等偏低,土质不甚均匀,含少量铁锰质结核及直径2～5 cm姜石,分布于③1层下,该土层厚度不均,层厚1.3～19.3 m。

③3粉土(：棕黄色,湿,密实,压缩性中等偏低,土质不均,局部夹较多直径2～5 cm姜石,混粉砂、粉质黏土,分布于③2层下,层厚10～20 m。

③4粉质黏土()：棕红色为主,局部棕黄色,硬塑,局部坚硬～半干硬,压缩性中等偏低,土质不均,夹粉土薄层,含少量直径2～5 cm姜石,钻孔未揭穿此层。

1.3 岩土力学参数

场区各土层的基础设计参数建议值是根据土工试验及现场标准贯入试验的结果,按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)以及其它相关规范、规程综合考虑确定的,压浆前各土层的设计参数值见表1。

表1 压浆前岩土设计参数

2 联合后压浆试桩试验

钻孔灌注桩的后压浆工艺适用于无流动地下水的卵砾石层、中粗砂夹卵砾石层、中粗砂、稍密和中密粉细砂、粉土等土层,也可适用于风化岩。很明显,该工程场地土层特性为桩基后压浆技术的实施提供了良好的技术条件。

2.1 试桩目的

该工程通过后压浆试桩试验来确定桩基设计的相关技术参数和工艺要求,试桩的目的主要有以下几点。

(1)测定工程范围各土层的桩侧摩阻力和选定持力层的桩尖阻力,测定单桩承载力。

(2)在试桩的基础上,确定该工程钻孔灌注桩施工工艺。

(3)确定可靠的桩基后压浆工艺,包括压浆管的设置、浆液的配合比、压浆压力、压浆量、压浆工艺流程及技术控制指标等。

2.2 试桩基本情况

试桩数量确定为6根,试桩位置由设计单位与试桩单位根据设计需要和现场情况共同确定。试桩桩径均为1.2 m,混凝土强度等级C30,桩长38 m。试验具体情况为：1#桩不压浆；2#、3#桩仅桩底后压浆；4#、5#、6#桩采用桩底桩侧联合后压浆。

试桩采用单桩竖向静载试验(锚桩法),锚桩共24根(每根试桩布置4根锚桩),桩径1.5 m。

2.3 试桩成果

通过现场试桩试验,并通过承载力分析得到了后压浆灌注桩桩侧阻力、桩端阻力的设计参数(见表2)。

结合本文表1、表2技术参数,考虑后压浆桩侧阻力和桩端阻力的增强效应,修正后的桩侧摩阻力标准值和桩端阻力标准值明显提高。据此设计的桩长主线桥桩长平均缩短15 m,匝道及辅道平均缩短9 m,大大缩短了施工工期、降低了施工

表2 压浆后各土层设计参数

难度、节约了工程造价。

3 联合后压浆工艺流程

3.1 清孔

应严格按照相关规范进行二次清孔。二次清孔在下完导管后进行,二次清孔采用气举反循环或泵吸反循环,二次清孔后的孔底沉渣厚度小于100 mm,二次清孔完成后,测量沉渣厚度、孔径,合格后立即灌注水下混凝土。

3.2 压浆管布置

3.2.1 桩端压浆管布置

桩端后压浆管为3根Φ50钢管,布置在钢筋笼内侧,随钢筋笼一起下入孔底。需要压浆的2根压浆管下部1 m范围内设Φ80～100 mm花管(喷头),出浆孔直径Φ8,外套橡胶圈,最外缠塑料带。管端出口在下入孔内之前用胶带密封好。

顶端高出地面500 mm,并用堵头封严,防止泥浆等杂物进入。桩端压浆应在超声波检测后进行。

3.2.2 桩侧压浆管布置

桩侧后压浆管采用2根DN25 mm钢管,在距离桩底以上12 m、24 m位置各设置一道桩侧压浆阀,沿钢筋笼外侧布置,桩侧后压浆阀只设置两道。在每道压浆筏位置分别设置1根内径Φ25 mm带钢丝的柔性高压塑料管绕桩身环形布置,与桩侧压浆管连接,并设置环型喷头管,沿钢筋笼外侧布置。在桩侧压浆喷头管的外侧打孔,形成单向阀结构,其密封状况与桩底喷头相同。

3.3 开塞与压浆阀设置要求

为确保桩端阻力,该工程桩底不填碎石,开塞时间提前在混凝土浇注后12～24 h进行,开塞后用清水冲洗压浆管道,直至溢出清水,然后用堵头重新封闭压浆管。

压浆阀应具备逆止功能(单向阀),并能承受1 MPa以上的静水压力。

3.4 压浆量计算

压浆量按《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)第6.7.4条确定,单桩压浆量估算：

式中：Gc为单桩压浆量,t；αp为桩端压浆量经验系数,该工程取1.8；αs为桩侧压浆量经验系数,该工程取0.8；n为桩侧压浆断面数,该工程n=2；d为基桩设计直径,m。

对群桩初始压浆的基桩的压浆量应按上述估算值乘以1.2的系数。

桩端压浆两压浆管的压浆量应按等量均分进行。

3.5 压浆应力、压浆量控制

桩侧压浆压力2～2.5 MPa,桩底压浆压力2～3 MPa,压浆流量为75 L/min。

采用压浆压力和压浆量双控措施,当满足下列条件之一时可终止压浆：

(1)要求的压浆总量和压浆压力均达到设计要求；

(2)压浆量达到设计值,但压浆压力未达到设计最小值(桩侧压浆2.0 MPa,桩端压浆2.5 MPa)时改为间歇压浆,间歇压浆时间宜为30～60 min,再补注设计水泥量的30%为止,补浆水灰比可适当调小；

(3)当压浆压力满足设计要求值,但压浆量少于设计值时,需要保证压浆量不低于设计值的80%。

3.6 后压浆施工时间

成桩2 d后开始压浆,先侧压浆，后桩底压浆,桩侧压浆顺序为先上后下,桩侧压浆与桩底压浆间隔时间为3～6 h。

3.7 材料选用与水灰比

配制压浆浆液采用P.O 42.5级普通硅酸盐水泥,水泥要求新鲜、不结块,并按有关规定批次送检,合格后方可使用。浆液水灰比取0.6～0.65,搅拌时间不少于2 min,浆液用3 mm×3 mm的滤网进行过滤,浆液采用纯水泥浆。

3.8 常见问题的处理

3.8.1 正常压浆

压浆过程中经常出现的几种情况：

(1)压力逐渐上升,但达不到设计要求的压力,这可能是浆液在黏土中形成脉状劈裂渗透,或浆液浓度低、凝胶时间长,或部分浆液逸出。

(2)压浆开始后压力不上升,甚至离开初始压力值呈下降趋势,这可能是浆液外逸。

(3)压力上升后突然下降,这可能是浆液从压浆管周围溢走,或注速过大,扰动土层,或遇到空隙薄弱部位。

(4)压力上升很快,而速度上不去,表明土层密实或凝胶时间过短。

(5)压力上升后又下降,而后再度上升,并达到预定的要求值,可以认为是第3种情况的空隙部位已被浆液填满,这种情况表明压浆是成功的。

3.8.2 间歇压浆

出现压浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆时改为间歇压浆,间歇时间为30～60 min,或调低浆液水灰比继续压浆。

3.8.3 施工过程中其它应注意事项

(1)压浆管加工时一定要逐根检查,防止管内有杂物及管子破损裂缝。

(2)注水泥浆前要先用清水打通通道,注水畅通后再注水泥浆,水泥浆必须过筛,防止杂物堵塞出浆孔。

(3)按要求认真做好压浆记录,记清压浆时间、压浆压力、压浆量。

(4)在压浆管埋设时要严密组织,精心施工,尽量不要使压浆管堵塞,压浆管入孔时操作需小心谨慎,避免损坏。

(5)压浆前要检查设备是否正常运转,检查搅制的水泥浆的稠度及初凝结时间,配制的水泥量是否满足压浆需要。

3.9 压浆失败补救措施

任何工艺都有失败的可能,由于施工操作中不当(如压浆单向阀门反向安装或清水劈裂未及时进行)或土层本身性质导致导管压浆孔堵塞,从而引起后压浆施工中预置的两根压浆管全部不通,导致设计的浆液不能注入的情况,或管路虽通但设计浆液不能达到50%,且压浆压力达不到终止压力,压浆视之为失败。若发现压浆失败情况,应采取如下措施：在压浆失败的桩侧采用地质钻机形成对称的两个小孔,直径Φ90 mm左右,深度超过桩端500 mm为宜,然后在所成孔中重新放下两套压浆管并在距桩端2 m处用托盘封堵,用水泥浆液封孔,待封孔5 d后即进行重新压浆,补入设计压浆量即完成施工。

4 检验与检测

(1)后压浆施工完成后,应根据水泥材质检验报告、压力表检定证书、试压浆记录、设计工艺参数、后压浆作业记录、特殊情况处理记录等资料,进行检验与检测。

(2)在桩身混凝土强度达到设计要求的条件下,承载力检验应在压浆完成28 d后进行,浆液中掺入早强剂时可于压浆完成20 d后进行。

5 结语

(1)桩端桩侧联合后压浆技术是提高桩基础的承载力、减小桩基沉降的有力措施,可有效地保证桩底和桩侧承载力的充分发挥,提高承载力和基础刚度。

(2)在大中型桥梁桩基工程中采用桩端桩侧联合后压浆技术,可有效减少桩长,缩短施工工期,降低施工难度,节省工程造价。其技术经济效益显著,工程质量安全可靠。

U445.55+1

B

1009-7716(2015)09-0223-03

2015-04-21

王伟臣(1970-),男,黑龙江呼兰人,高级工程师,从事桥梁设计工作。