高压喷射灌浆技术在桥墩基础加固工程中的应用

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[文章编号] 1002-0624(2000)04-0016-02

高压喷射灌浆技术在桥墩基础

加固工程中的应用

李志祥

(辽宁省水利水电科学研究院,辽宁沈阳110003)

[摘 要] 文中分析了沈阳二环公路快速道西南段高架桥段落141,142号墩浅基础沉降的原因,提出了在桥墩基础加固工程中采取的措施为高压喷浆技术,并介绍了其施工参数及设计方法,并对施工的成果进行了分析。

[关键词] 高压喷射灌浆;桥墩沉降;加固工程

[中图分类号] TV544+1923[文献标识码] B

  高压喷射灌浆技术在辽宁省水利工程的防渗加固工

程中有广泛的应用经验,但应用于桥梁基础的加固在辽

宁省尚属首次。沈阳二环公路快速道西南段为高架桥段,

始建于1997年初,至1997年11月7日,该桥141,142

号墩浅基础沉降约60mm。为了阻止继续沉降,确保行

车安全,采用高压喷射灌浆技术加固上述两个桥墩基础。

1 沉降分析

原桥墩基础多数为大直径人工挖孔单桩形式,天然

地基承载力标准值为350~800kPa,变形模量标准值

为20~60M Pa,其沉降量小于15mm。与此上行道毗

邻的下行道141,142号桥墩北侧浅基础设计沉降值也

小于15mm。这两桥墩在运行初期,达到设计荷载时,沉

降量小于10mm。但在运行中,经过连降2d大雨后,基

础沉降量突然增大到60~70mm,大大超过了设计允许

值。其原因如下:

(1)沉降仍是由于土层孔隙的减少而发生的,其计

算或表达式为

S=h E1-E2

1+E1

或S=h aP

1+E1

;

a=tg A=E1-E2

P

式中 h—土层的开始厚度;E1—土层原始状态下的孔隙比;E2—增加荷载P后土层的孔隙比。

(2)地基土及其周边地层土透水性强,大量的地表雨水由透水性极强的垫层渗入地层中,各层土的自重应力迅速增加,特别是回填土层达到了施工以来的最大荷

[收稿日期]1999212220载。这样,在自身及周边排水很畅的条件下,便造成沉降量的急骤增大。

其机理是,施工质量不好、干容重没达标的砂垫层,在振动荷载(桥上汽车、桥边40m火车频繁行驶)作用下,砂粒在饱和水的滑润作用下,不断错动、压密,造成一部分沉降量。而主要的沉降量产生在回填土层中。回填土中的粉土,以粉粒为主,结构疏松、大孔明显。这架空结构是以少量粘粒或水溶盐胶结起来的。遇水后,水溶盐被溶解或软化,结合水膜增厚,土粒联结显著减弱,结构破坏,大孔变小,排列趋于紧密,这种湿陷性往往是突然的。因此,比粉土结构还要架空、疏松的回填土,在历史以来最大荷载的作用下,产生突然沉降是必然的。

2 加固处理措施及工艺设计

211 加固措施

由于桥墩基础的沉降,桥面已出现凹陷,在高喷加固施工过程中,由于地基土受到扰动,从而产生进一步的沉降,高喷施工后,随着旋喷桩的固结,地基的综合承载力大大提高,此次构筑的桩土复合地基的承载力将会比原浅基础设计承载力提高5~10倍,沉降最终会停止。桥基础沉降停止以后,用千斤顶将桥面结构支起以校正桥面的凹陷,然后在桥面结构与桥墩横梁之间垫上混凝土块,最后撤出千斤顶。

212 高压喷射灌浆工艺设计

(1)通过天然地基的载荷试验曲线,可求出对应于设计沉降值S设时的荷载P D,则在结构物终止沉降时,旋喷桩所应承担的荷重为P z,其计算式为

P z=G-P D(A-

P

4D

2);P

z=

1

2U f L

;

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S设=4P z L

E P D2

; D=(8P2z P2f ES设)13

式中 Q—泄流量,m3s;G—承台荷重;D—旋喷桩直径;U—桩体截面平均周长;f—土层和桩体的极限摩阻力;L—桩体长度;E—桩体弹性模量。

据试验及计算,该工程设计要求为:旋喷桩直径在大于112m层范围内,旋喷桩直径为116m,桩体单轴平均抗压强度大于112M Pa。桩体长度一般为8m,其顶面均距地表013m,遇地下暗渠及排水涵管等障碍物,桩长可以减短。旋喷桩以1101~11075m的间距,围绕在412m×5m的浅基础周围。每个桥墩下面共布设18个旋喷桩。

(2)灌浆工艺参数如表1。

表1 灌浆技术参数表

喷射参数运动参数

P水 35~37M Pa升速 0110m m in

Q水 75L m in转速 10 r m in

P气 015~016M Pa

Q气 110~112m3m in

P浆 013~115M Pa

Q浆 64~72L m in

  (3)灌注浆液。采用425号普通硅酸盐水泥,灌注的水泥浆液水灰比为1∶1(重量比)。浆液中还掺加了早强剂及膨胀剂。早强剂选用氯化钙,掺加量为水泥用量的3%。膨胀剂选用了U型混凝土膨胀剂(U EA),仅在浅基础底面的上、下1~115m区段掺加,其用量为水泥量的10%。

3 施工

沈阳大二环公路是沈阳市政建设重点工程,施工中采取了合理的工艺流程、健全的岗位责任制以及严密的质量管理措施,从而使工程质量得到了确实的保证。全部工程施工历时20d,施工期间最低气温-24℃,平均气温-15℃。

4 成果分析

试验资料及现场测试成果表明,在浅基础以下,旋喷桩直径大于112m,在水撼砂层中达116m以上,旋喷桩体的抗压强度与地基土中含土量有关。该工程桩体在砂壤土层(回填土)中大于112M Pa,水撼砂层中达到215M Pa以上。该工程在完成旋喷桩群的同时,还对其周围土体进行了一定范围的固结灌浆。地基土经过雨季的沉降以及灌浆过程中的压密,承载力也有了大幅度的提高。

经取样试验,旋喷桩抗压强度试验结果如表2。

表2 旋喷桩抗压强度成果表

地 层岩 性土体承载力

(M Pa)

旋喷体抗压强度(M Pa)

7d14d28d3月6月

中粗砂0115~01450110~01211165~11972149~21782152~31062177~3108砂壤土0108~0120110~01380164~01971111~11561145~1163

表3 观测成果简要汇总表

时 间累计沉降(mm)

141墩142墩

距灌浆

开始时间(d)

完成旋

喷桩数量

1997212202001050%

19972122129103122080%

199721222391631531竣

199820120491531642

1998203216917317120工

施工过程中,对地基的扰动造成一些均匀沉陷。施工后半期以沉降控制进度,故工程后期,沉降趋于稳定。从竣工前10d开始,直至1998年3月,历时3个多月,基础累计沉降量小于1mm,以上的分析、论证及处理效果得到验证,沉降观测成果简要汇总如表3。

综上所述,工程中采用高压喷浆技术成功地解决了桥墩的沉降问题,体现了高喷技术高效、高速及适应性强的特点,为高喷技术在水利以外领域中的应用提供了一个成功的例证。

[作者简介] 李志祥(1967-),男,辽宁省东港市人,工程师,学士,现从事污水处理技术研究开发。

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2000年第4期(第18卷总189期)东北水利水电

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东北水利水电

2000 年第 4 期 ( 第 18 卷总 189 期)

[ 文章编号 ]  1002- 0624 ( 2000) 04- 0016- 02

高压喷射灌浆技术在桥墩基础 加固工程中的应用

李志祥

( 辽宁省水利水电科学研究院, 辽宁 沈阳 110003)

[ 摘 要 ]  文中分析了沈阳二环公路快速道西南段高架桥段落 141, 142 号墩浅基础沉降的原因, 提出了在桥墩

基础加固工程中采取的措施为高压喷浆技术, 并介绍了其施工参数及设计方法, 并对施工的成果进行了分析 。

[ 关键词 ]  高压喷射灌浆; 桥墩沉降; 加固工程 [ 中图分类号 ]  TV 544+ 1923 [ 文献标识码 ]  B

  高压喷射灌浆技术在辽宁省水利工程的防渗加固工 程中有广泛的应用经验, 但应用于桥梁基础的加固在辽 宁省尚属首次 沈阳二环公路快速道西南段为高架桥段, 。 始建于 1997 年初, 至 1997 年 11 月 7 日, 该桥 141, 142 号墩浅基础沉降约 60 mm 。 为了阻止继续沉降, 确保行 车安全, 采用高压喷射灌浆技术加固上述两个桥墩基础 。

载 这样, 在自身及周边排水很畅的条件下, 便造成沉降 。 量的急骤增大 。 其机理是, 施工质量不好 干容重没达标的砂垫层, 、 在振动荷载 ( 桥上汽车 桥边 40 m 火车频繁行驶) 作用 、 下, 砂粒在饱和水的滑润作用下, 不断错动 压密, 造成一 、 部分沉降量 而主要的沉降量产生在回填土层中 回填土 。 。 中的粉土, 以粉粒为主, 结构疏松 大孔明显 这架空结构 、 。 是以少量粘粒或水溶盐胶结起来的 遇水后, 水溶盐被溶 。 解或软化, 结合水膜增厚, 土粒联结显著减弱, 结构破坏, 大孔变小, 排列趋于紧密, 这种湿陷性往往是突然的 因 。 此, 比粉土结构还要架空 疏松的回填土, 在历史以来最 、 大荷载的作用下, 产生突然沉降是必然的 。

1 沉降分析

原桥墩基础多数为大直径人工挖孔单桩形式, 天然 地基承载力标准值为 350 800 kPa, 变形模量标准值 ~ 为 20 60 M Pa, 其沉降量小于 15 mm 。与此上行道毗 ~ 邻的下行道 141, 142 号桥墩北侧浅基础设计沉降值也 小于 15 mm 。 这两桥墩在运行初期, 达到设计荷载时, 沉 降量小于 10 mm 。但在运行中, 经过连降 2 d 大雨后, 基 础沉降量突然增大到 60 70 mm , 大大超过了设计允许 ~ 值 其原因如下: 。 (1) 沉降仍是由于土层孔隙的减少而发生的, 其计 算或表达式为

S = h

2 加固处理措施及工艺设计

211 加固措施

由于桥墩基础的沉降, 桥面已出现凹陷, 在高喷加 固施工过程中, 由于地基土受到扰动, 从而产生进一步的 沉降, 高喷施工后, 随着旋喷桩的固结, 地基的综合承载 力大大提高, 此次构筑的桩土复合地基的承载力将会比 原浅基础设计承载力提高 5 10 倍, 沉降最终会停止 ~ 。 桥基础沉降停止以后, 用千斤顶将桥面结构支起以校正 桥面的凹陷, 然后在桥面结构与桥墩横梁之间垫上混凝 土块, 最后撤出千斤顶 。 212 高压喷射灌浆工艺设计 (1) 通过天然地基的载荷试验曲线, 可求出对应于 设计沉降值 S 设 时的荷载 P D , 则在结构物终止沉降时, 旋喷桩所应承担的荷重为 P z , 其计算式为 P 2) 1 P z = G - P D (A D ; Pz = UfL; 4 2

E- E 1 2 aP 或S = h ; 1+ E 1+ E 1 1 E- E 1 2

P

a = tg A=

式中 h —土层的开始厚度; E —土层原始状态下的孔隙 1 比; E —增加荷载 P 后土层的孔隙比 。 2 (2) 地基土及其周边地层土透水性强, 大量的地表 雨水由透水性极强的垫层渗入地层中, 各层土的自重应 力迅速增加, 特别是回填土层达到了施工以来的最大荷

[ 收稿日期 ]1999212220

1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

2000 年第 4 期 ( 第 18 卷总 189 期) 4P zL

E PD

2 2 ;  D = ( 8P z P2 f E S 设) 3 1

东北水利水电

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S设=

式中 Q —泄流量, m 3 s; G —承台荷重; D —旋喷桩直 径; U —桩体截面平均周长; f —土层和桩体的极限摩阻 力; L —桩体长度; E —桩体弹性模量 。 据试验及计算, 该工程设计要求为: 旋喷桩直径在 大于 112 m 层范围内, 旋喷桩直径为 116 m , 桩体单轴 平均抗压强度大于 112 M Pa。 桩体长度一般为 8 m , 其 顶面均距地表 013 m , 遇地下暗渠及排水涵管等障碍物, 桩长可以减短 。旋喷桩以 1101 11075 m 的间距, 围绕 ~ 在 412 m ×5 m 的浅基础周围 每个桥墩下面共布设 18 。 个旋喷桩 。 ( 2) 灌浆工艺参数如表 1。

表 1 灌浆技术参数表

喷射参数 ~ P 水 35 37 M Pa

Q 水 75 L m in

剂及膨胀剂 早强剂选用氯化钙, 掺加量为水泥用量的 。 3% 。膨胀剂选用了U 型混凝土膨胀剂 (U EA ) , 仅在浅 基础底面的上 下 1 115 m 区段掺加, 其用量为水泥量 、 ~ 的 10% 。

3 施 工

沈阳大二环公路是沈阳市政建设重点工程, 施工中 采取了合理的工艺流程 健全的岗位责任制以及严密的 、 质量管理措施, 从而使工程质量得到了确实的保证 全部 。 工程施工历时 20 d, 施工期间最低气温- 24℃, 平均气 温- 15℃。

4 成果分析

试验资料及现场测试成果表明, 在浅基础以下, 旋 喷桩直径大于 112 m , 在水撼砂层中达 116 m 以上, 旋 喷桩体的抗压强度与地基土中含土量有关 该工程桩体 。 在砂壤土层 ( 回填土) 中大于 112 M Pa, 水撼砂层中达到 215 M Pa 以上 该工程在完成旋喷桩群的同时, 还对其 。 周围土体进行了一定范围的固结灌浆 地基土经过雨季 。 的沉降以及灌浆过程中的压密, 承载力也有了大幅度的 提高 。 经取样试验, 旋喷桩抗压强度试验结果如表 2。

运动参数 升速 0110 m m in 转速 10  r m in

~ P 气 015 016 M Pa ~ Q 气 110 112 m 3 m in ~ P 浆 013 115 M Pa ~ Q 浆 64 72 L m in

   ( 3) 灌注浆液 采用 425 号普通硅酸盐水泥, 灌注的 。 水泥浆液水灰比为 1∶1 ( 重量比) 。 浆液中还掺加了早强

表 2 旋喷桩抗压强度成果表

地 层 岩 性 中粗砂 砂壤土 土体承载力

(M Pa ) 0115 0145 ~ 0108 012 ~ 7d 0110 0121 ~ 14 d 1165 1197 ~ 0110 0138 ~

旋喷体抗压强度(M Pa )

28 d 2149 2178 ~ 0164 0197 ~ 3月 2152 3106 ~ 1111 1156 ~ 6月 2177 3108 ~ 1145 1163 ~

表 3 观测成果简要汇总表

时 间

1997 212202 1997 212212 1997 212223 1998 201204 1998 203216

距灌浆 累计沉降 (mm ) 141 墩 142 墩 开始时间 ( d )

0 910 916 915 917 0 312 315 316 317 10 20 31 42 120

完成旋 喷桩数量

50% 80%

从竣工前 10 d 开始, 直至 1998 年 3 月, 历时 3 个多月, 基础累计沉降量小于 1 mm , 以上的分析 论证及处理效 、 果得到验证, 沉降观测成果简要汇总如表 3。 综上所述, 工程中采用高压喷浆技术成功地解决了 桥墩的沉降问题, 体现了高喷技术高效 高速及适应性强 、 的特点, 为高喷技术在水利以外领域中的应用提供了一 个成功的例证 。

[ 作者简介 ]  李志祥 ( 1967- ) , 男, 辽宁省东港市人, 工程师, 学

竣 工

施工过程中, 对地基的扰动造成一些均匀沉陷 施 。 工后半期以沉降控制进度, 故工程后期, 沉降趋于稳定 。

士, 现从事污水处理技术研究开发 。

1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.


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