鄒 勇,杜海強(qiáng)

灌注樁后注漿技術(shù)在城市立交工程中的應(yīng)用

鄒 勇1,杜海強(qiáng)2

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院,鄭州 450001;2.湖南省電力勘測設(shè)計(jì)院,長沙 410000)

結(jié)合工程實(shí)例介紹灌注樁后注漿施工工藝,分析城市立交工程中的灌注樁后注漿技術(shù),并通過試驗(yàn)結(jié)果分析得出復(fù)合后注漿技術(shù)對樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的提高系數(shù),表明復(fù)合后注漿技術(shù)可大幅提高樁基承載力,節(jié)約工程投資。

橋梁基礎(chǔ);灌注樁;注漿;樁基承載力

1 工程概況

在鄭州市經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展的規(guī)劃背景之下,為了加強(qiáng)市區(qū)內(nèi)部區(qū)域之間的快速交通聯(lián)系,規(guī)劃確定了三環(huán)線高架橋快速通道工程,本工程項(xiàng)目建筑安裝費(fèi)約為90億元左右,其中樁基工程造價(jià)約為18億元,為了減少樁基工程造價(jià),優(yōu)化設(shè)計(jì)樁長,需提高鉆孔樁的承載力,經(jīng)反復(fù)論證,鄭州市三環(huán)路高架橋樁基工程決定引入灌注樁后注漿技術(shù)。

2 灌注樁后注漿技術(shù)的加固機(jī)理

根據(jù)國內(nèi)一些學(xué)者研究表明,灌注樁后注漿技術(shù)中土體后注漿的加固機(jī)理如下。

(1)充填膠結(jié)效應(yīng):在卵、礫、砂中實(shí)現(xiàn)滲入性注漿條件下,被注土體孔隙部分為漿液充填、散粒被膠結(jié),顯示“充填膠結(jié)效應(yīng)”,土體強(qiáng)度和變形模量大幅度提高。

(2)加筋效應(yīng):對于黏性土、粉土、粉細(xì)砂實(shí)現(xiàn)劈裂注漿的條件下,單一介質(zhì)土體被網(wǎng)狀結(jié)石分割加筋成復(fù)合土體。復(fù)合土體的強(qiáng)度變形性狀由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的制約和強(qiáng)化作用而大為改善,顯示“加筋效應(yīng)”。網(wǎng)狀結(jié)石與樁體緊密相連,樁頂受載后,樁側(cè)和樁底的復(fù)合土體能有效地傳遞和分擔(dān)荷載,從而提高總側(cè)阻力和總端阻力。

(3)固化效應(yīng):樁底沉淤和樁側(cè)泥皮與注入的漿液發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而固化,使單位端阻力和側(cè)阻力顯著提高,顯示“固化效應(yīng)”。

(4)擴(kuò)底(徑)效應(yīng):當(dāng)被加固體位于樁底時(shí),總樁端阻力因擴(kuò)底效應(yīng)而提高;當(dāng)被加固體處于樁側(cè)時(shí),總側(cè)阻力因樁身擴(kuò)徑效應(yīng)而顯著增大。從而使土體強(qiáng)度和剛度大幅度提高,樁的承載力、樁的穩(wěn)定性得到較大提高。

3 灌注樁后注漿施工工藝

灌注樁后注漿技術(shù)在國內(nèi)經(jīng)過多年發(fā)展,在不斷完善其施工工藝。后注漿方法從樁端注漿到樁端和樁側(cè)復(fù)合注漿;注漿裝置也呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢,由最初的閉式,發(fā)展到開式注漿;由以往傳統(tǒng)的一次性注漿,發(fā)展到循環(huán)注漿;由中小直徑的中短樁,發(fā)展到超長超大直徑的樁。

結(jié)合鄭州三環(huán)快速化工程,根據(jù)后注漿灌注樁的設(shè)計(jì)要求和本地區(qū)土層與地質(zhì)條件,形成了一套符合本工程特點(diǎn)的施工工藝。施工工藝流程如圖1所示。

圖1 壓力注漿工藝流程

4 后注漿灌注樁現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果及設(shè)計(jì)參數(shù)建議

為了更好地推廣后注漿技術(shù)在高架橋工程中的應(yīng)用,并指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工,鄭州市三環(huán)快速化工程選擇了8處試驗(yàn)場地進(jìn)行后注漿試驗(yàn),以測定注漿后各土層的樁側(cè)摩阻力和確定持力層的樁端阻力。其中西三環(huán)標(biāo)段選擇在西三環(huán)隴海路處。

(1)工程地質(zhì)情況(表1)

表1 西三環(huán)隴海路地質(zhì)勘察參數(shù)

(2)樁位布置

根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG_TF50—2011)》,試樁和錨樁中心距不得小于4 m,結(jié)合現(xiàn)場場地情況,錨樁與試樁的布置如圖2所示,其中,部分錨樁由工程樁兼做,其他錨樁為獨(dú)立錨樁。

圖2 試樁、錨樁布置(單位:m)

(3)試驗(yàn)加載方式

試驗(yàn)加載方式采用靜載試驗(yàn)反力裝置——錨樁作為反力系統(tǒng),并采用慢速維持荷載法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)根據(jù)單樁極限承載力大小擬采用4～6臺液壓千斤頂,通過高壓油管與GBJ-70型高壓油泵和RS-JYB型靜載測試儀相連接組成加載系統(tǒng)。

(4)實(shí)測數(shù)據(jù)及試驗(yàn)成果

①豎向靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次試驗(yàn)樁選擇的1.2 m樁徑,樁長40 m,混凝土強(qiáng)度等級C30,進(jìn)行了多組注漿試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果

②試驗(yàn)成果及設(shè)計(jì)參數(shù)建議(表3、表4)

表3 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)成果

樁端注漿灌注樁由于樁底沉渣注漿后,增加了端阻力,并在樁端附近一定范圍形成了成拱影響區(qū),可以有效地減少樁頂沉降量。對應(yīng)承載力極限荷載時(shí)的沉降量一般為10 mm左右。同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出適合本標(biāo)段的樁側(cè)阻力和樁端阻力。

表4 樁側(cè)阻力與樁端阻力設(shè)計(jì)參數(shù)建議

從表4中可以看出:

①復(fù)合注漿灌注樁樁側(cè)阻力承載力提高幅度較大,約2倍左右,且在試驗(yàn)荷載條件下樁基均未發(fā)生破壞,后注漿效果良好;

②根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,同時(shí)為了更好控制樁基沉降量,選擇土質(zhì)條件相對較好的第⑤或⑥層土作為樁基持力層,并根據(jù)單樁承載力設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁長優(yōu)化。

5 后注漿灌注樁豎向承載力計(jì)算方法

后注漿灌注樁技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展,《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》提出了建議方法

其中,βsi為第i層土的側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù);βp為端阻力增強(qiáng)系數(shù)。見表5。

表5 樁端后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)βs、端阻力增強(qiáng)系數(shù)βp

該方法僅考慮樁端注漿上返有效高度范圍的側(cè)阻增強(qiáng),未考慮樁端注漿后樁端阻力增強(qiáng)對樁側(cè)阻力的影響。

本工程采用樁端和樁側(cè)復(fù)合注漿,一方面樁端阻力增強(qiáng)了樁側(cè)阻力的延遲發(fā)揮的作用,另一方面樁側(cè)壓密注漿增加了樁側(cè)表面面積,因此能夠更有好地提高單樁承載力。

6 工程實(shí)例分析

鄭州市西三環(huán)段橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)跨度為30 m,橋面寬25.5 m,下部基礎(chǔ)采用6根φ1.5 m的群樁基礎(chǔ),樁頂作用力為7 300 kN,未注漿時(shí)設(shè)計(jì)樁長為55 m。采用后注漿技術(shù)后,根據(jù)試驗(yàn)提出的樁側(cè)阻力、樁端阻力建議值,并結(jié)合《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》,樁側(cè)阻力提高系數(shù)按平均1.5考慮,此值大于規(guī)范建議值,小于試驗(yàn)值,具有一定的安全儲備,優(yōu)化后設(shè)計(jì)樁長40 m。單根樁長減少15 m,節(jié)約工程造價(jià)約30%。

在施工完成后對優(yōu)化后的工程樁進(jìn)行了靜載試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

針對鄭州地區(qū)粉土、粉質(zhì)黏土和粉砂典型地層的后注漿大直徑灌注樁技術(shù),已成功應(yīng)用到整個(gè)三環(huán)快速化工程中,作為技術(shù)儲備,試驗(yàn)成果將可以應(yīng)用到鄭州地區(qū)及相似地層地區(qū)的其他市政基礎(chǔ)工程中,并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益。

7 結(jié)論

(1)通過灌注樁后注漿試驗(yàn)結(jié)果表明,后注漿技術(shù)成熟安全。

(2)與工程地質(zhì)報(bào)告相比,后注漿灌注樁單樁承載力提高約為2倍左右;結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范,與未注漿樁相比,樁側(cè)阻力提高1.5倍左右。

(3)灌注樁復(fù)合后注漿成套技術(shù)已應(yīng)用到三環(huán)快速化工程中,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)效益,節(jié)約樁基工程造價(jià)約30%,建議在類似工程進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

[1] 鄭州市市政工程建設(shè)中心,鄭州大學(xué).鄭州市重大科技專項(xiàng)課題——樁基后注漿技術(shù)試驗(yàn)與應(yīng)用研究[R].鄭州:2012.

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Application of Post-grouting Technology of Cast-in-situ Piles for City Overpass Bridge

ZOU Yong1,DU Hai-qiang2
(1.Zhengzhou Survey and Design Institute,China Railway Engineering Consulting Group Co.,Ltd., Zhengzhou 450001,China;2.Hunan Electric Power Survey and Design Institute,Changsha 410000,China)

In combination with actual project cases,the paper introduced the post-grouting technology of cast-in-situ piles,and analyzed the application of post-grouting technology of cast-in-situ piles in city overpass bridges.Meanwhile,through analysis on experiment results,the increasing coefficients of both the pile side friction and the pile tip resistance,which arose from the composite post-grouting technology, were obtained in this paper.And this proves that the composite post-grouting technology can be conducive to increasing the pile foundation bearing capacity and decreasing the project investment considerably.

bridge foundation;cast-in-situ pile;grouting;bearing capacity of pile foundation

U443.1

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.012

1004-2954(2014)04-0052-03

2013-07-21;

2013-08-05

鄭州市重大科技專項(xiàng)課題(113PSHKS439)

鄒 勇(1980—),男,工程師,2007年畢業(yè)于中南大學(xué),工學(xué)碩士。