压浆技术在桥梁桩基地基处理中的应用

发表时间:2016/1/27   来源:《工程建设标准化》2015年11月供稿   作者:万宝林
[导读] 中铁二十局集团第一工程有限公司,江苏,苏州 提高了桩基的摩擦力,达到了加固处理的效果,够保证桥梁的正常运行,取得了良好的效果,经济效益和社会效益显著。

万宝林
  (中铁二十局集团第一工程有限公司,江苏,苏州,215151)
  【摘  要】结合工程实际介绍了压浆技术的作用机理、材料配合比的配制、施工工艺和质量控制等,对类似工程具有较好的指导作用。
  【关键词】桥梁病害;桩基地基加固;压浆技术
  一、工程概况
  济青高速公路淄河大桥自建成以来,运营状况良好。但是,近几年河床内滥采砂挖砂的现象非常严重,近两年上游水库泄洪,造成了7孔河床被严重冲刷,3排墩桩基已被冲刷至系梁以下5米。淄河的水质很差,污水对裸露的桩基具有很强的腐蚀作用,所以桥梁安全状存在隐患。
  淄河大桥(K124+895)是济青高速公路上主要桥梁之一,为了保证淄河大桥的安全,根据业主的要求,针对该桥存在的隐患特点,对7号墩1#桩,8号墩1#桩,9号墩2#、3#桩,10号墩1#、2#、4#,11号墩2#、3#桩,共9根桩基进行了加固处理,处理方案为:对开挖桩基裸露部分浇注钢筋混凝土加大截面的方法进行了桩基加固处理。考虑在桩基与河床防护施工后,河槽处的桩周土已开挖至冲刷线以下,影响了桩承载力。为了保证桥梁安全,决定对桩周土地基进行处理,以增大桩基的承载力,经过认真研究,提出桩基钻孔压浆的施工方案。
  二、压浆强度形成机理
  压浆就是通过人为加压,使水泥土浆液在周围土体中通过渗透充填,挤压扩展形成浆脉。由于土基中土体的不均匀性,通过钻孔孔道向土层中加压灌入一定水灰比的浆液,一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体,钻孔周围土体被挤压填实,紧靠浆体的土体遭受破坏和剪切,形成塑性变形区,离浆体较远的土体则发生弹性变形,土颗粒被挤压紧密,提高了土体强度;另一方面,随着压浆的进行,原土体将在压力下产生裂缝,浆液将顺着裂缝进行渗透,浆液在土体的各个层面中向各个方向进行挤压延伸,形成了厚薄不一的片状、条状及团块状浆体,纵横交错的浆脉凝结硬化,改变了土体结构,形成了复合地基,强度得到了明显提高,提高了土基的承载力,增加了土基稳定性,有效抑制了沉降的发生,从而加固了桥梁的桩基。此种地基加固方法能使水泥土浆液与土体很好的结合形成强度高、渗透性小、竖向摩阻力明显提高的的结合体,而且具有取材容易、操作简便、价格便宜、对交通影响小的优点。
  三、施工方案
  3.1压浆材料和设备的选择
  压浆是借助压浆泵的压力,将拌和良好的填充材料通过孔道挤入土基中,因而要求填充材料有较好的粘聚力、和易性和流动性,在压浆过程中不离析。
  3.1.1压浆配合比的选取
  试验室配合比计算程序如下:
  (1)确定试配强度;
  (2)确定基准配合比;
  (3)选用比较配合比采用水灰比分别增减常量,拌制三组拌合物,命名为A、B、C;
  (4)经测定A、B、C三组稠度、膨胀率、泌水率均符合要求,工作性良好,三组配合比经拌制成型,在标准条件下养护3d,7d,,28d后,测定其抗压强度值;
  (5)根据上述试验数据,本试验室要求采用基准配合比作为现场施工配合比。
  本次压浆使用P.O型普通硅酸盐水泥或高早效强水泥,不选用P.S型矿渣水泥,后者早期强度低,干缩性大,且抗碳化能力差。曾在多个工地进行两类试块的测试,其平均结果如表1。
  表1  两类混凝土试块无侧限抗压强度统计表

  3.1.2压浆设备的选择
  (1)压浆泵的选择按照《公路养护技术规范》(JTJ073—96)的规定,要求压浆的压力应在15MPa,泵量应不小于1.5m3/h。结合这个条件,选用了VB3型压浆泵。
  (2)灰浆搅拌机的选择:为了得到合格的水泥土浆,灰浆搅拌机的选择要与压浆泵相配套,选择的主要参数是工作效率不低于6m3/h,满足压浆泵3.0m3/h的作业量,搅拌轴转速达到70转/min。结合这个要求,选用了JW180型灰浆搅拌机。
  (3)钻孔机的选择:钻孔机是压浆不可缺少的一个组成部分,孔径范围选取为0~200mm、钻进深度为0~100m。此次压浆钻孔深度为7m,为此,选用了北探-100型钻孔机。
  (4)灌浆管:每孔采用外径110mmPVC管2根(4m*2),用手电钻在管壁上均匀的钻孔,孔直径约2cm,呈梅花形分布。
  3.2压浆施工流程
  整个压浆施工过程包括布孔、钻孔、制浆、压浆、封孔等。压浆工艺流程为:布孔、放样→钻机就位→钻孔→设置注浆管→制浆→压浆→封孔。
  3.2.1布孔
  根据设计图纸在桩体的周围距原桩基中心2米处均匀布设8个压浆孔。布孔过程需要两人配合,仅使用钢尺即可。具体孔位布置见图2。
  3.2.2钻孔
  用钻机在沉陷段分序钻进,孔径为φ108mm,孔深钻至河床下700cm。根据施工现场地质情况,地表以下2--3m为卵石,钻探过程中采用40cm空心合金钻头钻进,每钻进50cm提起钻头重锤敲击清空。当取出的芯为卵石沙土混合物时,更换为2m普通钻头以提高速度!灌浆孔钻至设计深度后,分序在孔内设置灌浆管,并在灌浆孔孔口用阻塞器进行堵塞。
  3.2.3制浆
  选用32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比选用范围在0.8,搅拌机进行充分搅拌后备用。每吨水泥可制备水泥浆0.856m3(1袋水泥=0.0428 m3)。根据设备情况实际操作过程中,每五袋水泥(0.25t)加200kg(0.2t)水拌合一罐水泥浆来控制水灰比。
  3.2.4压浆
  压浆施工使用北京250型泥浆泵注浆,使用钻机拔出套管,采用橡胶“灯笼式”阻浆塞封闭。压浆过程另需工人1人(制浆人员配合)。
  (1)要保持阻浆塞封闭效果良好,每次压浆施工经技术人员现场详细观察,确保无冒浆现象;
  (2)要控制拔管速度,孔底套管要缓慢拔出,只有套管拔离砂砾(卵)石层有0.5m以上高度时才能加快拔管速度;
  (3)要密切注意注浆压力的变化,灌浆升初始压力0.5kg/cm2~3kg/cm2,随着浆液的压入,砂砾层空隙的逐渐充填,泵压逐步增高,当稳定达到15kg/cm2时,要逐步减少注浆泵注入流量,当灌浆压力稳定达到20kg/cm2以上时,可终止压注。
  四、质量控制
  对影响工程施工质量的关键环节进行重点控制。
  (1)原材料:原材料是施工质量控制的第一关,我们在施工过程中加强对原材料的检查,对水泥从源头上进行控制,坚决杜绝无合格证、无检验报告的材料入场,保证了材料质量。
  (2)钻孔:钻孔针对坍孔现象比较严重的情况,我们在钻孔时在钻机下到位以后用螺旋钻进行清孔,从而保证达到设计要求。
  (3)制浆:水灰比的控制是施工质量控制的重要环节。我们在施工过程中严格控制水灰比,水泥浆不达标坚决停工。
  (4)压浆:压浆是工程的最后一道工序,也是工程质量的最后控制阶段。压浆施工中,压浆的顺序必须对称压浆,同时压注。同时,现场配备专业技术人员旁站检查、质量控制,并做好注浆孔的编号、水泥等材料的抽检、孔深、注浆压力、水灰比、注浆量、注浆时间和注浆孔周围情况等原始记录,严格遵照施工方案施工,保证工程质量。
  五、结束语
  压浆技术在处理桩基地基可以直接改善土体的结构,固结土体、增大桩基的负摩阻力,减缓或控制沉降,有效地提高桩基的承载力。此种施工方法简单易操作,无需封闭交通施工,能够有效地降低成本,是提高摩擦桩桩基承载力的重要方法之一。
  通过对济青高速公路淄河大桥的加固处理,经山东淄博市公路工程质量检测中心检测,加固桩基周围地质情况有了明显的改观,能够经受较大洪水及腐蚀水的冲刷,提高了桩基的摩擦力,达到了加固处理的效果,够保证桥梁的正常运行,取得了良好的效果,经济效益和社会效益显著。
  参考文献:
  [1]李传军,穆兴房。不良地质条件下桩基成孔技术[J]养护与管理论文集
  [2]JTJ 073-96公路养护技术规范[S]
  [3]JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范[S]

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