浅谈高压旋喷桩加固桥梁地基

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【摘要】：桥梁墩台下地基由于土体较软弱或被压密，往往会出现沉降，特别是不均匀沉降，对桥梁来说这是极其危险的。本文结合工程实例，介绍了高压旋喷桩加固桥梁地基中，桩的设计方案、施工参数的确定，施工工艺流程以及质量的检验等。

【关键词】：桥梁地基；沉降；高压旋喷桩；加固

Abstract: This article combined with the engineering example, introduces the high-pressure rotary jet grouting pile in bridge foundation, pile design, the construction parameters, construction process and quality inspection.

Key words: bridge foundation; settlement; high pressure jet grouting pile; reinforcement

中图分类号：U445 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

前言

当桥梁墩台基础下的天然地基较松软，不能承受过大的荷载或上层土壤虽好，但深层土质不良引起的基础沉陷时，可采用注浆法加固地基，以改善和提高基础的承载能力。而高压喷射注浆法就是在注浆法的基础上，采用高压喷射技术而发展起来的一项人工加固地基的有效方法。此法由于加固质量可靠、效果显著并有较好的耐久性，因此，被广泛应用到市政建设、土木工程、水利水电，采矿，铁道等诸多领域。

高压旋喷法是利用地质钻孔，将带有喷嘴的旋喷注浆管置于预计的地基加固深度，借助注浆管的转动和提升运动，用高压从喷嘴中喷射加固浆液，高压水流冲击土体，把土颗粒和浆液搅拌混合，随后凝聚固结，形成一种新的有一定强度的人工地基。在旧桥加固中，旋喷时以一定的直径边旋转喷嘴边往上提升，形成的固结体呈圆柱状的旋喷桩，从而在原有基础下形成新的桩基础，达到提高基础承载力的目的。

1. 工程概况

湖北省随南岳高速公路中段一座2×16m空心板梁桥在施工过程中，一侧桥台发生下沉，下沉量达25mm以上，由于桥台下方土层属软基地质，主要由粘土和粉质粘土加砾石组成，且厚度较深达7m以上，经多种方案比选，最终确定采用高压旋喷注浆法进行加固。

2. 参数设计

2.1桩的设计与布置

2.1.1、桩径的确定

旋喷桩的直径可根据土的标准贯入值N进行估算：

对于0＜N≤5的粘性土

对于5＜N≤15的砂性土

式中：D—旋喷固结体直径； N—标准贯入度值。

若水泥浆压力高于20MPa，喷嘴孔径大于2.5mm时，则直径可略为增大。

2.1.2、桩长的确定

桩长主要取决于需要加固土层的厚度，一般视建筑物的设计要求和地质条件而定，应满足地基的强度和变形控制要求。一般可用下式来计算桩的有效长度：

式中：—有效长度； b—桩体与土的摩擦系数；—郎肯压力系数；—桩的半径。

2.13、桩数的确定与孔位布置

有了桩径，加固所需的旋喷根数为：

式中：F—工程结构的荷载；G—承台和承台上土体的自重；R—单桩承载力的标准值

在偏心荷载、桩基中各桩受力不均匀时，桩数可适当增加到计算值的1.1~1.2倍。

为使各桩受力均等，一般取桩距为1~2倍的桩径，排列方式可采用行列形或梅花形。当均匀沉降的基础时，布孔应尽量与基础重心成轴对称或使各桩受力均匀；当为不均匀下沉基础时，在沉降量较大的部位适当加密布置；加固无承台基础时，孔位应紧邻基础。

根据计算确定，桩径为0.8m，桩间距为1.2m，桩的有效长度取8m。按设计要求，旋喷桩采用行列形排列，共计108根，总长约为864延长米。

2.2注浆材料

在实际应用中，高压喷射注浆的材料主要为水泥浆液，其力学性能好、较稳定、施工时可喷性好，而且品种较多、来源广。通常无特殊要求时，宜采用325号或425号普通硅酸盐水泥，可以根据需要掺入外加剂以达到不同的工程目的。

2.3用浆量计算

2.3.1、体积法公式

式中： Q —需要用的浆量（m³）, —旋喷体直径（m）,—注浆管直径（m）

—填充率（0.75~0.90）,—旋喷长度（m）,—未旋喷范围土的填充率（0.5~0.75）

—未旋喷长度（m），—损失系数（0.1~0.2）

2.3.2、喷量法公式

式中： V —提升速度（m/min）， H —喷射长度（m），q —单位时间喷浆量（m³/min）

根据上面两种方法计算，取其大者作为喷射浆量。

该桥采用425号普通硅酸盐水泥，经计算每根桩的用浆量约为3.5m³，浆液比重取1.5，则用浆量约5.25吨，根据拟定水灰比1:1，算得每根桩的水泥和水的用量各为2.63吨。浆液中还掺加了3%的早强剂（氯化钙）以及在基础底面上下1m的范围内加了混凝土膨胀剂。

2.4喷射压力以及提升速度的确定

高压喷射注浆的压力越大，射流流量及流速就越大，其对土体的破坏强度就越强，地基的加固效果就越好，一般高压喷射流的压力不宜小于20MPa；但压力过高，会在接近喷射区域内产生真空，出现涡流，从而过早地形成雾状而导致相反的结果，一般根据情况可在20 MPa～32 MPa之间选择。

高压旋转喷射在加固过程中，为保证加固体质量，一般提升速度为0.05m/min~0.25 m/min，旋转速度可取10r /min～20 r/min。

本方案桩径设计值为0.8m，采用单管法进行注浆。注浆压力为20~24MPa，提升速度为0.25 m/min，转速约为20 r/min。

3. 施工工艺

3.1施工机具

高压旋喷注浆因不同的喷射方式，施工机具有所不同。本桥采用单管注浆的主要机具有钻机、高压泵、空压机和泥浆搅拌机等。

3.2工艺流程

3.2.1、钻机就位：将钻机安放在放出的孔位上，使钻杆中心对准桩中心，并调整钻机的水平和钻杆的垂直度。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm，垂直偏差不大于1%，。

3.2.2、钻孔：钻机就位后，将旋转钻头插入预成孔底部后，利用旋转钻头上的刃口钻进至设计标高。钻进时，要注意观察孔身是否垂直，要保证倾斜度不得大于1.5%；若遇实际孔位、孔深和地下障碍物、洞穴、漏水与地质报告不符等情况要详细记录。

3.2.3、插管、喷射：成孔后，将高压管插入预定深度后进行喷射作业。喷射过程中必须随时检查浆液初凝时间、注浆流量、注浆压力、提升速度等，以免和设计参数不符。对漏浆部位，可不提升或减慢提升速度；冒浆量大的部位，可适当加快提升速度。

3.2.4、冲洗机具：施工完毕后，将水泥浆液换成清水在地面喷射，以免水泥浆液凝固堵塞机具。

3.3质量检验

高压旋喷注浆固结体由于直接形成与地基土当中，其质量不能直接观察到，因此在注浆结束28d后，可采用开挖检查、取芯、标准贯入试验、荷载试验等方法进行检验，并结合工程测试、观测资料及实际效果综合评价加固效果。主要内容如下：

3.3.1、开挖检验：主要检验固结体外表是否粗糙、有无孔洞；桩体是否完成均匀、有无断桩、垂直度是否满足要求、桩中心是否有偏差、与设计桩径是否相符；与基础的结合是否密实等。

3.3.2、取芯检验：主要检验固结体有无蜂窝、孔洞、裂缝等质量问题以及抗压强度是否满足设计要求。

检验点的数量为施工注浆孔数的1%，并不少于3点；检验点一般布置在有代表性的桩位处或施工中出现异常情况的部位，以及地基情况复杂，可能对旋喷桩质量产生影响的部位。

荷载试验的检验数量为桩总数的0.5%~1%，且每项单体工程不应少于3点。

根据地基处理规范检验要求，本工程完工28天后，抽取了具有代表性的3根桩进行有效长度、桩径、桩体垂直度、桩身缺陷、单桩承载能力、复合地基承载力等多项指标的检验，结果均符合规范要求。

4. 结束语

此桥基础在经过旋喷法加固处理后取得了较好的效果，解决了地基承载力严重不足的问题，沉降得到了很好的控制，确保了桥梁的正常使用。此法与拆除后再加固相比，费用低，施工速度快，工期短，质量可靠，因此在桥梁地基加固中常常被采用。

参考文献

中华人民共和国建设部. JTJ–79-2002 建筑地基处理技术规范.人民交通出版社.2002

张劲泉. 王文涛.桥梁检测与加固手册（下）. 人民交通出版社.2007

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