复杂持力层条件下旋挖扩底后注浆灌注桩在桥梁工程中的应用

2015-03-22叶再

浙江建筑 2015年4期

叶再

YE Zaipeng

(杭州市交通运输发展服务中心，浙江杭州310006)

旋挖扩底后注浆灌注桩是近几年来伴随旋挖桩的迅速发展而产生的一种新桩型，是通过旋挖桩机挖至预定深度后改换扩孔钻头来实现扩大截面，并在混凝土灌注后一定时间范围内，通过预埋注浆管，用适宜的压力对桩底进行压力注浆，可消除旋挖桩桩底沉渣较厚的问题，此桩型适宜土层广泛，并可大幅度提高单桩承载能力。

1 工程概况

1.1 地质报告分析

浙江境内某段高速公路新建桥梁采用预应力混凝土连续梁桥，根据地勘报告描述，场地属浙江杭州湾南岸萧山-绍兴平原地貌，地基土由第四系滨海湖沼相沉积层组成，典型地层勘探孔剖面见图1，从中可以得出以下几点地层情况对桩基承载力影响较大。

(1)软弱土覆盖深度达25～45 m，形态为流塑或软塑状，桩侧摩阻较小。

(2)中风化岩层岩性变化很大，主要分布有三种不同中风化岩层，力学性状差异明显，单轴抗压强度标准值分别为:中风化凝灰岩30 MPa，中风化粉砂岩20 MPa，中风化泥质粉砂岩8 MPa。

图1 典型勘探孔土层分布图

(3)三种不同中风化岩层的分布无明显规律性，并且部分相邻的勘察孔分布不同的岩层，使得同一桥墩下桩端有不同的持力层。

(4)中风化岩层的分布起伏很大，岩面标高分布在45～60 m 之间，且地勘揭示有较多相邻勘察点的中风化岩样起伏较大。

1.2 确定桩型和试桩方案

根据地质分析，桩基设计采用混凝土灌注桩基础，并拟采用四桩承台基础，每个墩台承受约25 000 kN荷载，所需单桩承载能力约为6 500 kN，据此，桩基设计以中风化岩作为持力层，有效桩长50～60 m，端承受力为主。桩型可选择钻孔灌注桩、冲击成孔灌注桩、旋挖成孔灌注桩等形式，由于旋挖扩底灌注桩成孔速度快，质量高，扩孔后单桩承载力提高明显，连续梁桥对沉降变形控制严格，同时采用了桩底后注浆技术。

在勘探点附近选取三根不同的持力层且软弱土层相对较厚的位置进行试桩，根据《公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63—2007)》［1］可计算单桩抗压承载力。

灌注桩的受压承载力:

后注浆灌注桩受压承载力:

式中:Ra—单桩轴向抗压承载力(kN);

u—桩身周长(m);

Ap—桩端截面面积(m2);

n—土的层数;

li—各土层厚度(m);

qik—桩侧摩阻力标准值(kPa);

qr—桩端承载力容许值(kPa);

βsi—侧阻力增强系数;

βp—端阻力增强系数;各土层力学参数参考地质报告及规范推荐。

三根试桩等直径部分桩径1.0 m，扩孔部分桩径1.5 m，根据公式可得出承载能力理论值，见表1。

表1 试桩各参数列表

2 施工流程及操作要点

2.1 施工流程

旋挖扩底后注浆灌注桩主要的施工工艺流程如下［2］:旋挖成孔→桩端进入持力层更换扩底钻头扩孔→终孔后同时第一次清孔→下笼并第二次清孔→灌注混凝土→桩端后注浆施工。施工流程图见图2，现场施工所用旋挖钻头和扩孔钻头见图3、图4，注浆过程见图5。

图2 旋挖扩底后注浆灌注桩施工流程示意图

图3 等直径旋挖钻头

图4 扩孔钻头

图5 注浆过程

2.2 施工要点

成孔过程:旋挖成孔施工过程中，利用等直径钻头正转，进行孔内原始土的切削，然后提升钻斗、卸土;整个钻进过程中须加入调配好的护壁泥浆，泥浆液面应始终保持高于地下水位2 m，以保证孔内护壁泥浆能保持孔壁稳定;当穿越砾砂土层时，为防止塌孔，旋挖钻进入砂土层后进尺须放慢，以保证泥浆护壁质量;进入强风化层后，进尺速度明显放缓，卸土时有明显强风化岩出现，穿越强风化层数米后，等直径旋挖钻头进尺速度非常慢，并有钻头打滑现象出现，岩样也变硬，判断桩头已碰到中风化岩层，此时更换扩孔钻头。

扩孔及第一次清孔过程［3］:当旋挖桩机更换扩底钻头后开始扩底，首先缓慢下放钻头，避免钻头与孔壁相刮蹭，在下放钻头至孔底时轻微加压，依靠钻杆的重量使叶片慢慢张开，同时钻杆旋转切削岩体，叶片慢慢张开到设计要求1.5 m 直径时，在孔底形成设计要求的锥体，直至到达设计深度;扩底完成后上提钻头，缓慢将扩底钻头提出孔外。钻孔完成后采用捞渣筒进行第一次清孔，以使孔底沉渣满足设计要求为止。

桩底后注浆:注浆管采用DN25 焊接钢管，通过丝牙进行联接操作，在安装注浆管的过程中，需要将注浆钢管与钢筋笼绑扎在一起，且注浆钢管是位于钢筋笼的内侧。在钢筋笼的安装结束后，注浆管在完成下放后，需要注满水，且注浆管的高度要比地表高300 mm，长度不能太长，以便保护管头;注浆前须进行压水试验，可检查两根注浆管联通性和注浆通道的疏通。在灌注桩成桩7～14 d 后，对桩底进行注浆操作，通过注浆泵将水泥浆液输入注浆管中。在注浆之前，需要对水泥浆液进行检验，确定水泥浆液的各项性能与参数，在注浆操作的过程中，严格控制压入率、注浆压力、注浆量以及浆液浓度等参数，根据工程施工场地的实际情况进行合理调整，采用注浆量及注浆压力双控方式，一次注浆完成30 min后再进行二次补压。