钻孔压浆微型钢管桩施工在基础加固中的应用

彭小文叶秋群

摘要：本文结合工程实例就桥梁基础下沉，通过新增钢管桩承载力，以达到提高基础安全系数，降低工程造价的目的。

关键词：压浆微型钢管桩施工基础加固试验加载

Abstract ：Combining with the engineering example of foundation sinking through the new bridge, the bearing capacity of steel pipe pile foundation, so as to improve the safety factor, the goal that reduce project cost.

Key Words：Grouting pile; Construction; Foundation reinforcement; Test load.

中图分类号: U443.15+4 文献标识码：A 文章编号：

引言

随着国民经济的快速发展，交通量日益增多，与此同时，旧桥设计承载较低及当时施工条件有限，造成道路、桥梁等结构物破坏加剧，特别是沿海地区软土地基，有些桥梁桩基缓慢下沉，使桥梁出现了各种病害，为了防止沉降继续发展，必须对原桩基进行处理。

目前，对上述病害进行维修加固难以按照常规施工工艺进行，采用新增钢管桩施工，钢管桩采用引孔的方法施工，钢管桩下沉到位后，在钢管桩内填碎石然后压水泥浆。通过该项目研究确定新增钢管桩承载力，从而了解钢管桩施工过程中对大桥安全造成的影响，判断钢管桩桩施工工艺是否可行。

1工程概况

虎坑大桥位于江门市新会区省道S270线上。全桥长769米，共39跨，桥跨组合为16m（T梁）+20m(T梁)＋16×16m（T梁）+（52.5+80+52.5）＋16×16m（T梁）+20m(T梁)+ 16m（T梁），桥面宽13m。桥梁上部结构主跨为T构箱梁和25米T型挂梁，下部结构主桥为空心薄壁墩，主桥19#～20#墩为低桩承台形式，钻孔灌注桩基础。设计荷载：汽车－20级，挂－100。

由于主墩两排桩基发生了不均匀沉降。经查该桥的地质资料，该桥墩桩基为摩擦桩，桩基上部有厚达20几米的淤泥质粘土，占桩长的一半多，而持力层为强风化岩层且岩面向80m主跨跨中倾斜，在以上不利因素作用下同一个墩两排桩基发生不均匀沉降。不考虑非受力的因素，20#墩相对于原设计线(实际为19#墩)有4.85cm的整体沉降。

2工程特点与难点

（1）20#墩桥下净空低（不足10米）且在河流中央，水位比较深；

（2）219钢管桩桩径较大（相对于微型钢管桩），河水涨退潮高差大，要搭设稳固工作平台，覆盖层厚且有厚达20几米的淤泥质粘土，增加钢管桩孔径形成的护壁难度。

（3）施工在通车、通航的情况下进行。

3微型钢管桩施工工艺及控制方法

3.1基础加固施工顺序如下：

20#桩基加固采用加宽原承台，在加宽承台范围内，两个方向等间距布置28根219钢管桩。先施工钢管桩再施工承台，钢管桩采用引孔的方法施工，钢管桩下沉到位后，在钢管桩内填碎石然后压水泥浆。钻孔沉钢管桩施工顺序：

施工船及吊机移动就为→施工前进行地质钻孔，摸清地质情况→放置护筒→钻孔引孔→下沉钢管桩→接桩→至设计深度→放置钢筋→管内填碎石→压水泥浆→进行静载试验→钻孔引孔------压水泥浆。

3.2钻孔沉桩

（1）钢管桩构造、型式、规格及桩长

按照设计要求采用D219钢管桩，壁厚8mm，由于施工净空的限制，同时，为了减少接头数量，采用每节6m，节与节件焊接。钢管采用焊接镀锌钢管。

钢管桩桩身采用钢管和注浆组合而成，设计桩长45m，桩顶入承台0.6米，钢管桩中间放三根28mm钢筋，钢筋采用双面搭接焊。钢管顶面放置一层10×10㎝φ10mm钢筋网，钢筋网与纵横主筋焊接。

（2）沉桩方法

根据设计方案布置桩，进行放线定位，将钻机平衡牢固按照在预定孔位，钻机的垂直偏斜度不超过1％。钻孔时用水平尺校正导向架及钻机的垂直度，然后钻进1~2m，再次校正垂直度后正式钻孔。当钻到设计标高时停止钻孔，进行清孔下沉钢管桩、钢筋笼。

按设计要求，钻孔孔径大小及场地施工条件选择￠250的钻头，钻孔时，采用优质泥浆护壁，钻孔时进行各土层确认，检验所参照的地质资料是否与设计符合。钢管底部要求入中风化岩1～1.5米，钢管分段接长，分段长度根据现场情况而定。钢管间焊接采用驳接对焊并加焊钢板焊接。钢管桩表面进行热浸镀锌防锈处理，镀锌量为550g/㎡。钢管分节吊放安装，下放时对准孔位，吊直扶稳，避免碰撞孔壁，钢管吊放安装后(离管底20～40cm),注浆管与钢筋骨架一齐下放到管底,待管底压浆后,再在管内投入碎石作骨料,碎石骨料采用10～15mm碎石。压浆水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45～0.6，安装好管路系统，将配制好的浆液通过管路以一定压力（约0.4MPa）灌入，并注浆至浆液泛出孔口方可结束。

（3）接桩及切割

由于受箱梁下空间的限制，每节桩的长度也受到限制，因此在沉桩过程中必须不时进行接桩，接桩采用焊接法。焊接须采用效率高、焊接质量好、焊接变形小、适应全位置焊接、操作方便等优点的焊机。

焊接前，应将下节桩管顶变形部分修整（如果出现变形），将上节桩管端部泥砂、水或油污清除，铁锈用角向磨光机磨光，并打焊接剖口。将内衬箍放置在下节桩内侧的挡块上，紧贴桩管内壁并分段电焊，然后吊接上节桩，其坡口搁在焊道上，使上下节桩对口的间隙为2~4㎜，再用水平尺校正垂直度，在下节桩顶端外周安装好铜类箍，再进行电焊。焊接应对称进行，焊3层。

焊接时应注意以下几点：

①焊完每层焊缝后，及时清除焊渣。

②每层焊缝的接头应错开。

③充分熔化内衬箍，保证根部焊透。

④遇大风时，要安装挡风板。

⑤当气温低于0℃时，在焊件上下各100㎜要预热。

⑥焊接完毕后应冷却1~5min，在进行震动沉桩。

截桩头采用锯桩器截割，每根桩都对照地质资料预计桩长，选用合理的桩节组合。

（6）注意事项

①钻孔沉桩施工前应对施工区的土质层环境及水文情况了解清楚，应做好设备检查工作，接桩用电焊机等必须可靠，应保证沉桩过程中不出毛病以免中断；

②钻孔过程中，应密切注视钻孔引孔是否偏心，钢管桩是否发生倾斜现象。一些机具有同步的要求，应给予严格满足，发生问题应及时调整；

③在需要接桩的过程中，其接桩占用的时间应尽量缩短，但接头要平顺光滑，应保证两桩段轴线尽量一致；

④施工过程中需要对新旧承台及结合部进行全程监控，并确保桩身的竖直度，以确保安全，防止意外发生。

4、微型钢管桩静载试验方案

4.1试验目的

采用在实际工作条件下的钢管桩沉桩试验。

1、评价钢管桩桩施工工艺是否可行，了解钢管桩施工过程中对大桥安全造成的影响；

2、判断钢管桩基础 能否达到设计承载力要求。

4.2试验桩选择

根据施工现场的工作条件，选择Z2或Z9桩为试验桩。

4.3加载反力装置

试验加载装置：采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置根据现场实际条件采取如下图所示方案：

4.4试验加载实施方案

1、试验加载方式：采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到稳定后加下一级荷载，直到荷载加到600kN，然后分级卸载到零。

2、加卸载与沉降观测：每级加载为100kN，每级加载后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1h后每隔30min测读一次。每次测读值计入试验记录表。

3、沉降相对稳定标准：每一小时的沉降不超过0.1mm，并连续出现两次（由1.5h内连续三次观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。

4、终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载：

A、某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；

B、某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h 尚未达到相对稳定；

C、已达到600kN，且沉降量达到相对稳定。

5、卸载和卸载沉降观测：每级卸载值为每级加载值的2倍，即200kN。每级卸载后隔15min测读一次残余沉降，读两次后，隔30min再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后，隔3~4h再读一次。

6、将试验过程中的相关数据整理成表格形式，并对沉桩和试验过程中的异常现象做补充说明。

严格按照方案要求观测设计荷载作用下钢管桩下沉位移量，得出沉降与荷载及时间关系的可靠数据，确定桩基施工方案在桥梁维修加固中是否可行。

3.5试验观测内容

试验观测内容为试验桩沉降、压力传感器压力值，监测点布置如下图所示：

4.5反力装置复核计算

反力横梁采用4片贝雷梁，单片贝雷梁的力学参数如下表所示，其抗弯承载能力为785.14KN·m。

4片贝雷梁的抗弯承载能力为3140.56KN·m，贝雷梁精轧螺纹粗钢筋锚固点处弯矩为600×1.5=900KN·m，满足要求。

经计算，贝雷梁千斤顶位置处在600 KN的竖向力作用下的位移为1.3mm（↑）。

精轧螺纹钢锚固点处的反力R为：

600×2=1200KN

3根精轧螺纹粗钢筋能提供的反力为：3×32×32×3.14×785/4＝1893KN，满足要求。

4.6本次静载试验所采用主要仪器设备见表1。

4.8 通过静载试验记录新增钢管桩单桩承载力符合设计要求70t，总沉降量不大于40mm，每一级沉降量为前一级沉降量的2倍以下，且24h桩的沉降量趋于稳定。

5. 结论

对营运期间的桥梁结构进行桩基加固抢修施工，通过本课题研究评判钢管桩新施工工艺的可行性，具有施工方便、进度快同时满足设计要求等特点，解决了桥梁深基础加固受施工条件限制等难题，确保了业主良好经济效益和社会效益。

作者简介：彭小文（1965.08）广东，广州市人，路桥工程师。从事路桥施工与管理，工作单位：广东省长大公路工程有限公司。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。