杭州市石祥路立交橋基礎加固技術

摘　要　結合工程實例,介紹了在特殊情況下對鐵路鋼筋混凝土框架橋淤泥質軟弱基礎采用打入鋼筋混凝土短樁+壓密注漿進行加固的TRANBBS施工TRANBBS技術,對今后解決類似工程問題有一定借鑒意義。

關鍵詞　地基　注漿　鋼筋砼小方樁　加固杭州市石祥路立交橋在宣杭線Ｋ4+193處下穿鐵路,與鐵路斜交,交角21.16°。立交橋主體結構為6.5+8.5+8.5+6.5ｍ分離式鋼筋混凝土框架,框架基礎采用35 35ｃｍ鋼筋混凝土小方樁,樁長10ｍ。TRANBBS設計為在不中斷宣杭鐵路行車條件下,采用Ｄ型鋼便梁架空線路,鋼筋混凝土框架采用先中孔后邊孔,邊頂進邊壓樁的方法進行施工。

1　地質、水文情況

鐵四院杭州勘測設計處的勘測資料揭示,橋址處地質情況自上而下為:①-1雜質土層,厚度3.0ｍ,σ=70-80ｋＰａ;②-2粉質粘土層,厚度約為2.0ｍ,軟塑-流塑,σ=100ｋＰａ;③淤泥質粘土層,厚度約8.5ｍ,流塑-軟塑,σ=75ｋＰａ;④-3粉質粘土層,厚度約為2.1ｍ,軟塑,σ=170ｋＰａ;⑥-1粘土層,厚度約為9.2ｍ,硬塑,σ=250～270ｋＰａ。框架橋基底及其影響范圍土層為弱透水性土層,地下水位距地表為0.5～2.1ｍ,屬孔隙潛水,主要由大氣降水補給。

2　問題的產生

為滿足杭州市關于石祥路全線通車的工期要求,經設計、監理同意,決定改頂入法施工為明挖現澆法施工。由此,產生以下兩個問題:(1)受軌下凈高限制,無法使用打樁機將鋼筋混凝土小方樁打入持力層,同時也無法采用其他樁基礎形式;(2)由于鋼筋混凝土小方樁無法打至設計持力層,設計基底置于淤泥質粘土層③,該土層壓縮性高,承載力低(σ=75ｋＰａ),無法滿足設計要求。同時,該土層又厚達8.5ｍ,無法采用換填、挖砂井等常規基礎處理方法。

3　加固方案的選定

經反復比較、分析、論證,在既不改變橋下凈高,又能滿足設計基底承載力要求的條件下,選定以下加固方案:(1)基坑開挖后將原設計鋼筋砼小方樁第一節4.35ｍ,按設計樁位打入持力層;(2)在鋼筋混凝土框架兩端各打2排水泥攪拌樁進行封閉,然后對封閉的持力層土體進行注漿,以達到提高承載力的目的。

4　加固方案的實施

(1)小方樁:在預制場按設計圖紙預制好,達到設計強度后運至現場,用汽車吊吊入簡易導向架,用經改裝的反鏟挖掘機將小方樁壓入土體并至規定的標高。施工時,要保持樁位準確,并使導向架垂直度誤差小于1%。

(2)框架兩端封閉樁:框架兩端封閉樁采用水泥攪拌樁,主要起封閉、約束框架基底持力層土體,防止注漿液滲出框架范圍以外的土體,達到擠密持力層和提高土體承載力的目的。施工前破除既有道路路面,用挖掘機挖除路面墊層和基層,場地平整后,框架兩端各采用一臺ＪＰＥＺ-ＩＩ型攪拌機按孔距、排距均為40ｃｍ的間距逐排、逐孔施打。成樁工藝采用兩次攪拌兩次噴漿的施工工藝,做到攪拌均勻,確保成樁質量。水泥攪拌樁樁徑不小于50ｃｍ,相鄰樁的搭接為10ｃｍ,相鄰樁的施工間隔不超過12ｈ。水泥采用32.5號普通硅酸鹽水泥,用量為70ｋｇ·ｍ-1,水灰比1:0.5,攪拌樁施打深度為:慢車道框架下12ｍ,快車道框架下11ｍ,深入粘土層分別為2.28ｍ和2.48ｍ。

(3)壓密注漿:總體施工順序為先中孔快車道框架,后邊孔慢車道框架;每個框架施工順序為先四周后中央,先下層后上層,最后全面補漿。注漿孔布設是根據漿液有效范圍,重疊,使被加固土體在平面和深度范圍內連成一個整體的原則確定的。通過試驗,據公式ｒ=(3Ｋｈ1ｒ0ｔ/βｎ)1/3計算,漿液擴散半徑ｒ=70ｃｍ,注漿孔間距ｄｍａｘ=100ｃｍ。設計地質勘測資料表明,承載力σ=250～270ｋＰａ的粘土層頂面標高為-9.5ｍ,為充分保證注漿加固深度達到承載力較高的下臥層(粘土層),從而確保基底持力層的承載力滿足設計要求,注漿孔深度為慢車道框架底以下10ｍ,絕對標高-9.78ｍ,穿入粘土層0.22ｍ(圖1)。

(4)注漿:注漿前連接好注漿管路,先注入清水檢查設備及管路連接是否完好和牢固;注漿設備檢查完好后即可進行注漿,注漿過程中按施工規范要求詳細記錄注漿時間、注漿壓力和注漿量;當注漿壓力和注漿量都達設計終值要求或發生竄漿、冒漿時,即可結束該孔的注漿;注漿全部結束后,應用清水將注漿管、注漿設備沖洗干凈,以防漿液在注漿管及壓漿泵中凝固堵塞。

(5)注漿機具設備:本工程所用注漿機具設備主要有:注漿泵(往復式ＹＳＢ-250/120型),注漿管路、流量計、壓力表、注漿管。注漿管采用自制花管,用Φ40ｍｍ鍍鋅鋼管加工而成,端部打尖封閉,距端部20ｃｍ處開眼,開眼長度100ｃｍ,眼孔直徑4～6ｍｍ。

(6)安設注漿管:將加工好的注漿管插入鋼筋砼框架底板預埋的套管,由小型振動壓管機將注漿管壓入規定的深度,并用麻絲嵌塞注漿管與套管之間的間隙。

(7)漿液制備:本工程采用雙漿液。根據現場試驗,采用水灰比為0.72的水泥漿和40°Ｂｅ’的水玻璃做配漿原料,雙液漿體積配合比為:水泥漿∶水玻璃=1∶0.35,為改變漿液和凝膠時間,配漿時摻入0.2%的緩凝劑。水泥漿采用立式攪拌機拌制。漿液攪拌要均勻,隨拌隨用,間斷注漿時,要對漿液不停地攪拌,防止漿液沉淀和離析影響吸漿管的暢通,并在送入注漿泵前要進行過濾,以免堵塞漿孔。

(8)注漿:由于注漿深度較大,現場采用分層注漿的方法,由深至淺逐層注漿,分層厚度80～100ｃｍ,盡量使注漿加壓范圍成為統一的整體。注漿壓力:最底層初始壓力為0.45～0.45ＭＰａ,終壓為0.55～0.85ＭＰａ,每提高一層按20ｋＰａ遞減。單孔注漿量根據下式計算:Ｑ=λπｒ2ｈβ;式中:Ｑ—單孔注漿量(ｍ3);λ—漿液利用系數;ｒ—漿液擴散半徑(ｍ);ｈ—注漿段長度(ｍ);β—土體孔隙率。

(9)注漿施工注意事項:要確保注漿設備狀態的良好,特別是壓力表、注漿流量表。因為通過壓力表可以了解土層中漿液的壓力變化;通過流量表可調整和控制兩種漿液之間的比例和注漿量。因此,應根據施工的實際需要選用相應性能的壓力表和流量表。在注漿過程中,特別是首孔注漿,應認真做好注漿記錄,包括:注漿孔位置、孔深、注漿壓力、時間、注漿量等,以便分析,總結并改進注漿參數和方法。為防止注漿管不易拔出的現象發生,在注漿過程中,每隔一定時間,人工晃動或錘擊一下注漿管。

5　效果檢驗

注漿28ｄ后,按注漿孔2%的比例,采用動力觸探測試加固的持力層土體的力學指標,檢驗點的合格率100%,平均值超過設計要求;快車道通車后通過對鋼筋砼框架長達3個月的沉降觀測,當平均沉降值達2.8ｃｍ后即趨于穩定。說明用鋼筋砼短樁+壓密注漿的方法對框架基礎進行加固處理,達到了預期目的,很好地解決了工期與質量的矛盾問題。

6　結束語

在特殊條件下,采用鋼筋砼短樁+壓密注漿的措施,達到了對軟弱地基加固的目的,在本工程中取得了成功,與其他加固方法相比,具有使用設備簡單、工序簡化,作業人員勞動強度低、降低工程造價幅度大的優點,但注漿施工是一項隱蔽性工程,注漿效果的好壞與加固土體的物理力學性能以及注漿參數的選擇有關,需要在今后的工程實踐中不斷總結、改進與完善。