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高壓旋噴樁在現有橋梁基礎加固中的應用

王禮兵（安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

為設計高壓旋噴樁加固橋梁基礎，分析了高壓旋噴樁的成樁機理，結合工程特點，確定了二重管法成樁方案，并對對旋噴樁直徑、長度、數量、布置及相關參數進行設計。高壓旋噴樁適應范圍廣，對周圍地基的擾動小，成樁結構型式靈活多樣，施工方便，造價較低，因此高壓旋噴樁在現有橋梁基礎加固中應用越來越廣泛。

高壓旋噴樁；加固；設計參數

0　前言

高壓旋噴注漿法具有加固體強度高、加固質量均勻、加固體形態(tài)可控、經濟實用以及基本無環(huán)境污染等優(yōu)點，目前已經成為國內外工程界普遍接受的地基處理方法[1]。該方法就是利用鉆機把有噴嘴管的注漿管鉆進至土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液或水成為20MPa左右的高壓流從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定速度向上提升，使?jié){液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，便在土中形成一個固結體，從而提高地基承載力，改善地基土變形性質的目的[2-3]，且在成樁過程中基本不存在擠土效應，對周圍地基的擾動小。高壓旋噴成樁結構型式靈活多樣，施工無振動，無噪音，施工空間要求不高，工程造價較低，因此高壓旋噴樁在現有橋梁基礎加固中應用越來越廣泛。

1　高壓旋噴樁的加固機理

高壓旋噴樁加固機理主要體現三方面：①高壓旋噴流切割破壞土體作用，噴流以脈沖形式沖擊土體，使土體結構破壞出現空洞；②混合攪拌作用，鉆桿在旋轉和提升的過程中，在射流后面形成空隙，在噴射壓力作用下，迫使土粒與漿液攪拌混合后形成固結體;③壓密作用，高壓噴射流在切割破碎土體的過程中，在破碎帶邊緣還有剩余壓力，這種壓力對土層具有一定的壓密作用[4]?，F有的高壓噴射注漿技術施工壓力已達40MPa，可分為高壓與超高壓兩種工法，施工深度可達25m～40m，加固體最大直徑可達2m，且強度穩(wěn)定。旋噴法可控制加固范圍，能夠連成一片，旋噴成垂直樁、水平樁和斜樁，也可制成一定間距的樁柱體，只要適當調配硬化劑的用量，便能使各個施工對象得到相應的強度。

2　高壓旋噴樁在橋梁基礎加固中的工程應用

2.1工程概況

本橋是一座二級公路上的橋梁，橋長45m，上部結構為10m+25.0m+10m鋼筋混凝土3孔懸臂箱型梁橋，橋面寬14m，左右幅由2座獨立橋梁組合而成，橋面鋪裝成一體，橋面縱坡1.5%。橋梁下部結構為鋼筋混凝土排架樁墩，橋梁基礎為雙層鋼筋混凝土擴大基礎。擴大基礎底置于砂礫土層上。由于設計原因，在橋梁使用過程中出現沉降較大，橋面鋪裝已經出現局部損壞，經鑒定需進行加固。

2.2設計方案

根據橋梁的工程地質情況、施工能力及相應的工程經驗，本設計方案采用高壓旋噴二重管法成樁。高壓旋噴二重管法就是用高壓泥漿泵替代高壓水泵，直接使?jié){液從噴嘴中高壓噴出進行切割，使切割深度、漿液充填、泥漿結石情況都得到了改善和提高，在高壓漿液流和它外圍環(huán)繞空氣的共同作用下，破壞土體的能量最大，最后形成固結體的直徑也明顯增加，樁徑可達1m。

2.3設計參數選定

2.3.1確定旋噴樁直徑

旋噴樁固體尺寸的大小主要由土的種類以及密實程度、注漿管類型、噴射技術參數等共同確定。經計算和結合工程經驗，成樁固結體有效直徑取0.45m，根據土壤情況、施工設備的選擇以及復噴等因素，并通過工程類比確定固結體設計直徑為0.8m。

2.3.2確定旋噴樁長度

旋噴樁的有效樁長按下式進行計算:

式中：LC為有效樁長；b為樁體與土之間的摩擦系數；rp為樁的半徑；kr為朗肯壓力系數，φ—水泥土內摩擦系角）。

b、φ的建議值　表1

綜合有關影響因素和經驗結論，在本橋梁基礎加固時，旋噴樁的長度取值為距擴大基礎頂面9.4m，即在擴大基礎底面以下延伸7m。

2.3.3旋噴樁數量的確定

地基設計可按以下步驟進行：

①計算加固所必須的固結體的總面積A樁

式中：K1為柱樁的安全系數，一般樁基采用K1=2.0；W1為基礎承擔的最大荷載(kN)； A1為基礎底面面積(m2)；σ0為地基的容許承載力(kPa)；σ樁為固結體材料強度(kPa)。

②旋噴樁加固總面積A樁求得以后，可用試樁或經驗公式法確定旋噴樁固結體的有效直徑D。有了有效直徑，便可算出加固所需的旋噴樁根數。

③安全性的驗算

設計完成后進行安全性驗算，可用公式（4）計算：

在根據規(guī)范和基礎情況，本橋梁基礎加固時，旋噴樁的數量確定為19根。

2.3.4其他參數

根據工程特點高壓旋噴樁成樁采用二重管法，在注漿中壓縮空氣壓力擬定0.7MPa，流量為3m3/min，水泥漿液壓力擬定30 MPa；流量100L/min，其參數可在試噴時調整。

2.4高壓旋噴樁的布置

通過高壓旋噴樁承載能力驗算，根據工程條件采用高壓旋噴樁樁徑為0.8m，擴大基礎共采用19根旋噴樁加固基礎。根據以上設計參數，結合地質條件和工程經驗，并通過對基礎的受力分析，本工程的布孔形式采用分散群樁布孔，其中孔距為取值為2～3D（D為高壓旋噴樁直徑），即1.6～2.4m。布置形式如圖1所示。

圖1　擴大基礎旋噴樁布置圖（單位：cm）

3　結語

由于高壓旋噴樁適用多種土質，對周圍地基的擾動小；高壓旋噴成樁結構型式靈活多樣，施工無振動，無噪音，施工空間要求不高，工程造價較低。因此高壓旋噴樁在現有橋梁基礎加固中應用越來越廣泛。在地基基礎加固中設計中，應根據工程的特征，確定設計參數，設計經濟合理可行的加固方案。

[1] 李小杰.高壓旋噴樁復合地基承載力與沉降計算方法分析[J].巖土力學，2004，25（9）：1499-1502.

[2] 韓志超.高壓旋噴樁施工技術[J].交通世界（建養(yǎng)·機械），2009（13）：107-108.

[3] 耿殿魁.旋噴樁復合地基技術在加固軟土路基中的應用[J].鐵道勘察，2009（3）：43-46.

[4] 牛志榮，李宏，等.復合地基處理及其工程實例[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2000.

U443.15

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1007-7359(2016)03-0148-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.054

王禮兵（1978-），男，安徽和縣人，畢業(yè)于長安大學，本科，工程師。