汪銀根

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017)

0 前 言

鉆孔灌注樁廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，但受施工工藝的影響，也存在諸多的不利于樁基承載特性的因素。為改善鉆孔灌注樁施工工藝的缺陷，消除樁端沉渣和樁側(cè)泥皮等隱患，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)樁端、樁側(cè)后壓漿技術(shù)開(kāi)展了大量的研究，尤其是對(duì)后壓漿樁的承載力性能進(jìn)行了研究，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證了后壓漿技術(shù)的有效性[1]。后壓漿技術(shù)采用對(duì)孔底和孔壁實(shí)施壓力注漿措施，利用高壓壓漿泵注入以水泥為主劑的漿液，對(duì)孔底沉渣和樁側(cè)泥皮進(jìn)行固化，從而提高樁端承載力以及漿液上返段樁體的側(cè)摩阻力，并減少樁基的沉降量[2]。后壓漿技術(shù)雖然優(yōu)點(diǎn)突出，但在蘇北地區(qū)無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可借鑒，有必要在工程應(yīng)用中進(jìn)行探索和完善，保證公路橋梁的安全和可靠。

1 工程概況

宿城至泗洪段高速公路(以下簡(jiǎn)稱“宿泗高速”)起止里程樁號(hào)K0+000.000～K38+183.791 m，路線全長(zhǎng)約38.184 km，道路全線建設(shè)主線橋23座，橋梁全長(zhǎng)16 363.0 m，包括2座特大橋、10座大橋和11座中橋。地質(zhì)勘察表明，線路范圍的地基穩(wěn)定性一般，樁基的側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值多為30～60 kPa，通過(guò)加大樁徑和樁柱個(gè)數(shù)，樁基長(zhǎng)度仍然在50 m以上，樁基施工難度較大，造價(jià)較高，而采用后壓漿技術(shù)能提高樁的豎向和水平承載力，降低樁基沉降，并可優(yōu)化設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，節(jié)約工程造價(jià)，帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2 鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)

2.1 后壓漿設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)荷載、地質(zhì)條件、樁型及樁的使用要求是鉆孔灌注樁壓漿設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重點(diǎn)。由于鉆孔灌樁采用泥漿護(hù)壁，沉渣在樁端聚集難以清理干凈，使用樁端壓漿有利于提升豎向承載力，而樁側(cè)壓漿則有利于提升樁體的抗拔力，樁端樁側(cè)壓漿有助于提升豎向與水平向的承載力。因此，通過(guò)先樁側(cè)后樁端的樁端樁側(cè)組合壓漿，可綜合提升鉆孔灌注樁的承載力；當(dāng)采用多斷面樁側(cè)壓漿設(shè)計(jì)時(shí)，壓漿則應(yīng)先上后下?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)和《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D63—2007)均對(duì)鉆孔灌注樁的承載力設(shè)計(jì)做出規(guī)定，按照規(guī)范的計(jì)算公式估算后壓漿單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，并通過(guò)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)最終確定壓漿樁極限承載力[4]。

為滿足鉆孔灌注樁的承載力要求，必須嚴(yán)格控制注漿量和注漿壓力。樁徑、樁長(zhǎng)、土層性質(zhì)、單樁承載力增幅等因素是影響單樁壓漿量的主要因素，獨(dú)立單樁、樁距較大群樁的壓漿量宜在計(jì)算單樁壓漿量數(shù)值基礎(chǔ)上再增加20%的注漿量。注漿壓力主要根據(jù)土層性質(zhì)、壓漿點(diǎn)深度來(lái)計(jì)算確定，是影響鉆孔灌注樁注漿施工效果的重要因素，應(yīng)按照規(guī)范規(guī)定的范圍取值，并根據(jù)試樁的結(jié)果進(jìn)行修正。漿體濃度的不同直接影響注漿量和注漿壓力，不同濃度的漿體具有不同的行為特性，稀漿的滲透性較好，中等濃度漿體具有充填、壓實(shí)、擠密的作用，濃漿對(duì)已壓入的漿體起脫水作用，應(yīng)根據(jù)土層的特點(diǎn)及加固需求選用不同濃度的漿液。

2.2 壓漿設(shè)備及施工工藝

為保證鉆孔灌注樁壓漿施工的質(zhì)量和效率，應(yīng)選擇符合工程需求的壓漿泵，壓漿泵一般應(yīng)具有實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)計(jì)量和實(shí)時(shí)傳輸?shù)墓δ?，漿液攪拌機(jī)及儲(chǔ)漿桶可根據(jù)施工條件選配。壓漿過(guò)程中水泥漿流量及壓漿壓力由電腦程序?qū)崟r(shí)監(jiān)控，并上傳數(shù)據(jù)。壓漿泵的額定壓力應(yīng)達(dá)到鉆孔灌注樁壓漿設(shè)計(jì)最大注漿壓力的1.5倍以上，在壓漿泵上配備的壓力表量程應(yīng)達(dá)到額定泵壓的1.5～2.0倍。導(dǎo)管及管閥的數(shù)量與地層情況、樁長(zhǎng)和承載力增幅要求等相關(guān)，樁端采用直管壓漿，在樁底設(shè)置單向閥。對(duì)于樁長(zhǎng)較長(zhǎng)、承載力增幅要求較高的孔灌注樁壓漿施工，應(yīng)在樁端和樁側(cè)均設(shè)置壓漿管，環(huán)向壓漿管應(yīng)固定在鋼筋籠上，按照設(shè)計(jì)位置綁扎在鋼筋籠外側(cè)，先從最上排壓漿管開(kāi)始?jí)簼{。

為保證壓漿管滿足壓漿壓力的要求，在鋼筋籠下放過(guò)程中必須檢查壓漿管的密封性，通常采用注入清水的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，若壓漿管出現(xiàn)漏水情況，必須及時(shí)補(bǔ)焊，并確保壓漿管全長(zhǎng)范圍內(nèi)的密封性完好。在樁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上時(shí)，在完成樁身完整性檢測(cè)后，可開(kāi)展壓漿工作。在開(kāi)始?jí)核囼?yàn)前，必須進(jìn)行試壓，試壓壓力宜達(dá)到壓漿控制壓力的1.2倍。

2.3 壓漿效果的檢測(cè)

鉆孔灌注樁后壓漿工程屬于地下隱蔽工程，壓漿效果檢測(cè)相對(duì)困難。當(dāng)前主要采用單樁靜載試驗(yàn)、鉆孔取芯及CT檢測(cè)等方法對(duì)鉆孔灌注樁后壓漿的施工效果進(jìn)行檢測(cè)[5]。現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求選用單樁豎向靜載試驗(yàn)、鉆孔取芯檢測(cè)及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢測(cè)等檢測(cè)方法中的至少一種方法對(duì)灌注樁后壓漿效果進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于鉆孔灌注樁后壓漿樁的承載力試驗(yàn)檢測(cè)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范的要求抽取相應(yīng)數(shù)量的檢測(cè)樁，并在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的條件下，后壓漿樁承載力試驗(yàn)須在壓漿結(jié)束20 d后進(jìn)行，漿液中摻入早強(qiáng)劑時(shí)可于壓漿結(jié)束15 d后進(jìn)行。鉆孔取芯方法要求在樁身及樁周土體中鉆孔取芯，觀察漿液在樁端附近土層中的擴(kuò)散范圍及與土層的膠結(jié)情況。CT檢測(cè)屬于無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量與取芯法檢測(cè)數(shù)量要求相同，不少于樁總數(shù)的2%，對(duì)每個(gè)基礎(chǔ)不少于兩根，并且其中至少一根為角樁。

3 鉆孔灌注樁后壓漿方案的比選

3.1 三種方案的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

結(jié)合宿城至泗洪段高速公路的具體情況，采用后壓漿技術(shù)提高樁基承載力。對(duì)該線路樁徑為1.2、1.5、1.6、1.8 m的2 983根鉆孔灌注樁進(jìn)行了后壓漿優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)比分析了壓漿后與原樁長(zhǎng)承載力相同(方案1)、縮短樁長(zhǎng)5 m 壓漿后(方案2)以及壓漿前為原樁長(zhǎng)90%的承載力(方案3)等三種方案的樁基后壓漿經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)地勘報(bào)告和計(jì)算公式可估算三種情況壓漿后樁基承載力，分別與壓漿前承載力對(duì)比分析。其中，不同樁徑的樁基每m費(fèi)用指標(biāo)見(jiàn)表1，后壓漿成本為1 500元/t。因此，可計(jì)算得到三種方案樁基后壓漿經(jīng)濟(jì)效益，具體情況見(jiàn)表2～4。

表1 不同樁徑每米費(fèi)用指標(biāo)

表2 樁基后壓漿經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比(方案1)

表3 樁基后壓漿經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比(方案二)

表4 樁基后壓漿經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比(方案三)

由表1的計(jì)算結(jié)果可知，壓漿后按原樁長(zhǎng)承載力進(jìn)行計(jì)算，2 983根樁可縮短樁長(zhǎng)約40 658 m，減少成本約1.36億元；壓漿水泥用量共約13 541 t，所產(chǎn)生的費(fèi)用約2 031萬(wàn)元，該方案可節(jié)約造價(jià)約1.16億元。由表2的計(jì)算結(jié)果可知，所有樁基均按5 m優(yōu)化縮短進(jìn)行計(jì)算，可縮短樁長(zhǎng)約14 915m，減少成本約4 836萬(wàn)元；壓漿水泥用量約14 781 t，所產(chǎn)生的費(fèi)用約2 217萬(wàn)元，該方案可節(jié)約造價(jià)約2 619萬(wàn)元。由表3的計(jì)算結(jié)果可知，壓漿前按90%原樁長(zhǎng)承載力計(jì)算，2 983根樁可縮短樁長(zhǎng)約15 611 m，減少成本約5 197萬(wàn)元；壓漿水泥用量共約12 551 t，所產(chǎn)生的費(fèi)用約1 883萬(wàn)元，該方案可節(jié)約造價(jià)約3 052萬(wàn)元。采用組合壓漿并按方案1計(jì)算樁基平均優(yōu)化長(zhǎng)度7.5～23.1 m，安全系數(shù)約為1.05；采用組合壓漿并按方案2計(jì)算樁基平均優(yōu)化長(zhǎng)度5 m，安全系數(shù)約為1.30；而采用組合壓漿并按方案3計(jì)算樁基平均優(yōu)化長(zhǎng)度2.8～8.5 m，安全系數(shù)約為1.36。

3.2 后壓漿方案的選擇

宿城至泗洪段高速公路樁基工程采用組合后壓漿優(yōu)化的三種方案經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表5。

表5 宿城至泗洪段高速公路樁基組合后壓漿優(yōu)化情況匯總表

由表5可知，在該工程場(chǎng)地?cái)M建區(qū)采用組合后壓漿技術(shù)可取得非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。宿城至泗洪段高速公路工程場(chǎng)區(qū)地質(zhì)在設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)主要分布為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土及中細(xì)砂，采用樁端(側(cè))后壓漿鉆孔灌注樁可以提高樁的承載力，減小樁的沉降量，能夠滿足工程應(yīng)用的需求。對(duì)優(yōu)化樁長(zhǎng)、壓漿后安全系數(shù)、壓漿用量以及節(jié)約造價(jià)等因素進(jìn)行綜合考慮，建議采用方案3的進(jìn)行后壓漿處理，方案3的安全系數(shù)約為1.36，可節(jié)約造價(jià)約3 052萬(wàn)元，整個(gè)項(xiàng)目可取得非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

4 結(jié) 論

1)樁端壓力注漿和樁側(cè)壓力注漿技術(shù)能夠改善鉆孔灌注樁施工工藝的缺陷，提高鉆孔灌注樁的使用性能。

2)壓漿方案的制定應(yīng)結(jié)合工程具體情況，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)荷載特點(diǎn)和地基地質(zhì)情況，制定科學(xué)合理的優(yōu)化方案。

3)綜合考慮優(yōu)化樁長(zhǎng)、壓漿后安全系數(shù)、壓漿用量以及節(jié)約造價(jià)等因素，采用后壓漿技術(shù)能夠滿足工程技術(shù)要求，同時(shí)還可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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