高压旋喷桩在现有桥梁基础加固中的应用

王礼兵　（安徽水利开发股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）



高压旋喷桩在现有桥梁基础加固中的应用

王礼兵（安徽水利开发股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

为设计高压旋喷桩加固桥梁基础，分析了高压旋喷桩的成桩机理，结合工程特点，确定了二重管法成桩方案，并对对旋喷桩直径、长度、数量、布置及相关参数进行设计。高压旋喷桩适应范围广，对周围地基的扰动小，成桩结构型式灵活多样，施工方便，造价较低，因此高压旋喷桩在现有桥梁基础加固中应用越来越广泛。

高压旋喷桩；加固；设计参数

0　前言

高压旋喷注浆法具有加固体强度高、加固质量均匀、加固体形态可控、经济实用以及基本无环境污染等优点，目前已经成为国内外工程界普遍接受的地基处理方法[1]。该方法就是利用钻机把有喷嘴管的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度向上提升，使浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体，从而提高地基承载力，改善地基土变形性质的目的[2-3]，且在成桩过程中基本不存在挤土效应，对周围地基的扰动小。高压旋喷成桩结构型式灵活多样，施工无振动，无噪音，施工空间要求不高，工程造价较低，因此高压旋喷桩在现有桥梁基础加固中应用越来越广泛。

1　高压旋喷桩的加固机理

高压旋喷桩加固机理主要体现三方面：①高压旋喷流切割破坏土体作用，喷流以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞；②混合搅拌作用，钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒与浆液搅拌混合后形成固结体;③压密作用，高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层具有一定的压密作用[4]。现有的高压喷射注浆技术施工压力已达40MPa，可分为高压与超高压两种工法，施工深度可达25m～40m，加固体最大直径可达2m，且强度稳定。旋喷法可控制加固范围，能够连成一片，旋喷成垂直桩、水平桩和斜桩，也可制成一定间距的桩柱体，只要适当调配硬化剂的用量，便能使各个施工对象得到相应的强度。

2　高压旋喷桩在桥梁基础加固中的工程应用

2.1工程概况

本桥是一座二级公路上的桥梁，桥长45m，上部结构为10m+25.0m+10m钢筋混凝土3孔悬臂箱型梁桥，桥面宽14m，左右幅由2座独立桥梁组合而成，桥面铺装成一体，桥面纵坡1.5%。桥梁下部结构为钢筋混凝土排架桩墩，桥梁基础为双层钢筋混凝土扩大基础。扩大基础底置于砂砾土层上。由于设计原因，在桥梁使用过程中出现沉降较大，桥面铺装已经出现局部损坏，经鉴定需进行加固。

2.2设计方案

根据桥梁的工程地质情况、施工能力及相应的工程经验，本设计方案采用高压旋喷二重管法成桩。高压旋喷二重管法就是用高压泥浆泵替代高压水泵，直接使浆液从喷嘴中高压喷出进行切割，使切割深度、浆液充填、泥浆结石情况都得到了改善和提高，在高压浆液流和它外围环绕空气的共同作用下，破坏土体的能量最大，最后形成固结体的直径也明显增加，桩径可达1m。

2.3设计参数选定

2.3.1确定旋喷桩直径

旋喷桩固体尺寸的大小主要由土的种类以及密实程度、注浆管类型、喷射技术参数等共同确定。经计算和结合工程经验，成桩固结体有效直径取0.45m，根据土壤情况、施工设备的选择以及复喷等因素，并通过工程类比确定固结体设计直径为0.8m。

2.3.2确定旋喷桩长度

旋喷桩的有效桩长按下式进行计算:

式中：LC为有效桩长；b为桩体与土之间的摩擦系数；rp为桩的半径；kr为朗肯压力系数，φ—水泥土内摩擦系角）。

b、φ的建议值　表1

综合有关影响因素和经验结论，在本桥梁基础加固时，旋喷桩的长度取值为距扩大基础顶面9.4m，即在扩大基础底面以下延伸7m。

2.3.3旋喷桩数量的确定

地基设计可按以下步骤进行：

①计算加固所必须的固结体的总面积A桩

式中：K1为柱桩的安全系数，一般桩基采用K1=2.0；W1为基础承担的最大荷载(kN)； A1为基础底面面积(m2)；σ0为地基的容许承载力(kPa)；σ桩为固结体材料强度(kPa)。

②旋喷桩加固总面积A桩求得以后，可用试桩或经验公式法确定旋喷桩固结体的有效直径D。有了有效直径，便可算出加固所需的旋喷桩根数。

③安全性的验算

设计完成后进行安全性验算，可用公式（4）计算：

在根据规范和基础情况，本桥梁基础加固时，旋喷桩的数量确定为19根。

2.3.4其他参数

根据工程特点高压旋喷桩成桩采用二重管法，在注浆中压缩空气压力拟定0.7MPa，流量为3m3/min，水泥浆液压力拟定30 MPa；流量100L/min，其参数可在试喷时调整。

2.4高压旋喷桩的布置

通过高压旋喷桩承载能力验算，根据工程条件采用高压旋喷桩桩径为0.8m，扩大基础共采用19根旋喷桩加固基础。根据以上设计参数，结合地质条件和工程经验，并通过对基础的受力分析，本工程的布孔形式采用分散群桩布孔，其中孔距为取值为2～3D（D为高压旋喷桩直径），即1.6～2.4m。布置形式如图1所示。

图1　扩大基础旋喷桩布置图（单位：cm）

3　结语

由于高压旋喷桩适用多种土质，对周围地基的扰动小；高压旋喷成桩结构型式灵活多样，施工无振动，无噪音，施工空间要求不高，工程造价较低。因此高压旋喷桩在现有桥梁基础加固中应用越来越广泛。在地基基础加固中设计中，应根据工程的特征，确定设计参数，设计经济合理可行的加固方案。

[1] 李小杰.高压旋喷桩复合地基承载力与沉降计算方法分析[J].岩土力学，2004，25（9）：1499-1502.

[2] 韩志超.高压旋喷桩施工技术[J].交通世界（建养·机械），2009（13）：107-108.

[3] 耿殿魁.旋喷桩复合地基技术在加固软土路基中的应用[J].铁道勘察，2009（3）：43-46.

[4] 牛志荣，李宏，等.复合地基处理及其工程实例[M].北京:中国建材工业出版社，2000.

U443.15

B

1007-7359(2016)03-0148-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.054

王礼兵（1978-），男，安徽和县人，毕业于长安大学，本科，工程师。