以某工程为例分析微型桩施工技术

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1微型桩主要特点

微型桩是一种较小口径的钻孔灌注桩。微型桩的直径一般在10～30cm,桩体由压力灌注的水泥砂浆或小石子混凝土与加劲材料所组成。根椐不同的用途,用于微型桩的加劲材料可以是钢筋、钢管或其他型钢。微型桩可以是垂直布置,也可以倾斜布置；可以成排配置,也可交叉成网状配置形如树根。与普通钻孔灌注桩相比,微型桩更为灵活方便,可根据使用的目的不同而灵活布置。其主要特点有：

(1)施工迅速安全,施工机具小,用普通的地质钻机甚至是手摇钻就能成孔。

(2)所需施工场地较小,在平面尺寸为1.1m×2.5m和净空高度2.5m,即可施工,且桩孔距构造物边缘最近距离小,仅为35cm。

(3)布置灵活方便,可根据需要或垂直或斜布,也可成排布置或交叉成网状布置。

(4)网状布置的微型桩群桩体系具有较好的承载能力,群桩中的单桩可以承受拉应力、压应力、剪力和弯曲应力。

(5)竖直承载力高,根据有关文献的研究结果,一根直径为14cm长度为4.7m,桩端进入密实中砂层的微型桩的极限承载力为835kN；完全埋入土中的微型桩,能提供910kN的安全工作荷载。当微型桩支承在岩层中时,能够承受的安全工作荷载可高达2720kN。

(6)竖直受荷沉降量小,根据有关方面的单桩静载试验结果,一根桩端进入硬塑粘性土长为7m的微型桩,当荷载加至314kN时,桩顶沉降仅为3.8mm；而一根桩端进入砂状强风化岩长度为11m的微型桩,当荷载加至648kN时,桩顶沉降仅为2.2mm。

(7)桩孔孔径小,因而对基础和地基土产生的附加应力甚微,施工时对原有基础影响小；不干扰构造物的正常使用。

(8)能穿透各种障碍物,适用于各种不同的土质条件。

(9)渗透性压力灌浆对桩周土壤产生固结效果,且立竿见影。

2工程实例

2.1大桥概述

某桥宽为23m,上部构造为9×16m等跨钢筋混凝土T形梁桥,总长为148.04m。下部构造为3柱式墩、台,钻孔灌注桩基础。设计荷载为:汽车-20级,挂车-100。该桥建于20世纪90年代初,建成后,由于上下游河床长期人工取砂,经多年的水流冲刷,河床下降严重。

据实地调查,除1号、8号墩因位于河岸上,未见严重冲刷外,该桥2～7号桥墩均有不同程度的冲刷现象,尤其6号、7号墩冲刷最为严重,与原施工图比较,河床位置下降近4m。该桥原设计的桥墩桩基横系梁是埋于河床下的,现横系梁已普遍露出河床2～4m。被冲刷后外露的桩基,部分表面混凝土剥落,钢筋外露锈蚀。较早前,经有关部门检测,该桥上部构造及总体承载能力尚可。但是,由于该桥河床下4～5m为易于冲刷的砂砾层,若河床进一步冲刷,桩基钢筋进一步氧化锈蚀,势必严重削弱桥梁的承载能力,进而影响桥梁的整体稳定。为保证桥梁的正常使用,必须对桥墩进行加固。

2.2加固方案

该大桥交通量较大,加固维修时不便中断交通。该桥的病害主要是由于河床降低造成桩基外露和钢筋锈蚀,导致承载能力降低。也就是说,该桥的加固目的是要提高桩基的承载能力,并防止水流对桩周的冲刷,保持桩基的稳定。但是,必须在不中断交通的情况下,并在仅有6m净空的桥下,进行桩基加固作业。

经过各方面分析比较,微型桩加固方案就成了必然的选择。微型桩加固方案,不但可以在不中断交通的情况下施工,而且可以在加固施工对地基及原桥墩产生的不利影响降至最小的前提下,达到加固的目的。具体措施是:桥墩每个桩采用4根φ30cm的微型桩,对2～7号桥墩进行加固。

2.3加固设计

该大桥桥墩原设计的桩基,为3桩式单排钻孔灌注桩,单桩直径为112m,桩身穿过2～4m的粉质粘土层和4～5m砂砾层,桩尖支承于风化泥岩之中。桩基平均长度为14m,每个桥墩均设置了横系梁。

(1)原桥墩受力分析

单跨T形梁恒载为289.3t,二期恒载为99.9t,控制设计的活载反力为210.5t,盖梁恒载84.5t,系梁恒载为48.2t,单根φ1.0m的立柱恒载为8t。则原桥墩平均每根桩应承受的竖向外力为:

Pp=(289.3+99.9+210.5+84.5+48.2)/3+8=252.1t。

考虑到桥墩的偏载,单桩须承受的最大竖直荷载为:

Pmax=352.9t。

(2)现桥墩单桩竖向容许承载力分析

按河床冲刷较为严重的7号桥墩考虑,原设计桩长为14.4m,已被冲刷4m,按继续冲刷3m计算,现有桩基入土长度L=14.4-7=7.4m,按《公路桥涵地基与基础设计规范》(以下简称“桥基规”)的摩擦桩公式计算,则:

[P]桩=0.5(U?L?Tp+A?σR)

式中:U为桩周长度；Tp为桩侧土平均极限摩阻力；L为桩的有效入土长度。

根椐桥位地质情况,按“桥基规”的规定取值并计算得U=3.77m,A=1.13m2,

σR=662.48kPa,TP=100.54kPa,则:

[P]桩=0.5×(3.77×7.4×100.54+1.13×662.48)=1776kN≈178t。

(3)微型桩设计

考虑用微型桩补充原桥墩桩基的不足,并使原桩基与微型桩共同承受桥墩竖向荷载。按桥墩单桩最大外力和最不利冲刷情况考虑,原桥墩每根桩设置4根微型桩,若平均每根微型桩要承担的外荷载为P′,则有:

P′=(Pmax-[P]桩)/4=(352.9-178)/4=43.72t,考虑偏载后Pmax′=61.2t。

微型桩的桩径采用φ30cm,考虑到微型桩的口径较小,忽略桩尖承载力,按摩擦桩计算,若每根微型桩的有效入土深度为L′,则有:

L′=2Pmax′/U?Tp

因微型桩施工是采用压力注浆,尤其对于砂砾土及风化岩而言,实际注浆量与理论注浆量之比可达2.1～3.5,这意味着微型桩注浆后,多余的浆液将在桩周形成“桩瘤”,或进入桩周土层,对土层起固结作用,使桩周土的极限摩擦力增大。根据河床工程地质情况,按规范中关于摩擦桩的有关规定,并取大值计算得Tp=168.8kPa,U=0.942m,则可算得微型的有效长度: