潮河大桥后压浆钻孔灌注桩承载特性分析.pdf
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1、133NO.6/DECEMBER.2023交通建设与管理 影响有影响的人 潮河大桥后压浆钻孔灌注桩承载特性分析张秀梅,张志超,司志增(青岛市水利勘测设计研究院有限公司,山东 青岛 266035)摘要:为研究桩端后压浆钻孔灌注桩承载机理,以拟建潮河大桥为例,设置 4 根试桩和 10 根锚桩展开承载特性现场试验,4 根试桩中 S1 S3 采用桩端后压浆施工工艺,S4 采用常规钻孔灌注桩施工。结果表明,不同地层下后压浆钻孔灌注桩成桩机理不同,对于潮河大桥弱透水性软弱地基土层,桩端承载力的提高主要由桩侧摩阻力提供,且桩端后压浆施工技术能显著提升钻孔灌注桩竖向抗压极限承载力,降低桩基沉降。关键词:潮河大
2、桥;后压浆;钻孔灌注桩;承载特性中图分类号:U445.4 文献标识码:B 文章编号:1673-8098(2023)06-0133-030 引言钻孔灌注桩成桩工艺简单、承载力高,在公路、桥梁等基础设施工程中应用广泛,但是施工期间因泥浆护壁,降低了桩侧阻力,又因孔底残渣的存在使桩端阻力降低,钻孔灌注桩实际承载力或明显低于设计水平。桩端后压浆技术能显著改善以上状况,直接向桩底注入浆液,通过桩端残渣的加固,起到提升桩端承载力的效果。1 工程概况拟建潮河大桥连接潮河左右岸大堤,与堤外城市主干道经十四路相接。路线全长 625.0m,其中桥梁长 115.84m,桥宽 41m,引道长 509.16m,路基宽
3、40m。该桥结构设计安全等级为一级。桥梁上部采用(20m+217.21m)+(217.21m+20m)先张法预应力混凝土空心板结构;下部则为柱式墩台;基础均采用钻孔灌注摩擦桩。结合地质勘察报告以及公路桥涵地基与基础设计规范(JTG 33632019)进行灌注桩有效桩长的确定,且均采用摩擦桩。桩基钻孔施工过程中在水压力作用下易引发缩孔塌孔,为此必须采取护壁措施,成桩后展开单桩静载试验,水泥土搅拌桩复合地基承载力应以现场载荷试验为准。2 后压浆灌注桩加固机理钻孔灌注桩桩端后压浆技术通过在灌注桩桩身预埋压浆管,待达到成桩状态后,通过预埋于桩底的压浆管压力注浆,将浆液均匀注入桩端地层及密闭腔室,进而对
4、桩端土和桩周土起到填充、渗透、固结、压密、劈裂、置换等效果1,使桩端土与浆液固结为高强、性能稳定的结石体,达到提升桩端阻力和桩体承载力,控制桩基沉降的工程效果。工程实践证明,桩端后压浆钻孔灌注桩具备以下性能优势:(1)持力层受力及传荷性能改善:后压浆灌注桩通过浆液的填充渗透、压密胶结等作用使桩端受力面积扩大,改善持力层受力,从而实现加固,桩侧摩阻力先于桩端承载力提升,此后随着相对位移的持续增大,桩侧摩阻力下降,而桩端承载力继续增大;(2)持力层强度提高:灌注桩成桩过程中,桩端土强度在桩周土的扰动及水的软化作用下持续降低,再通过渗透、压密及劈裂注浆等作用,持力层范围内的土体与浆液便密切结合,使土
5、体强度和物化性能进一步改善,提高土体稳定性;(3)桩土特性及桩周法向力改善:注浆压力及注浆量增大后,部分浆液将沿着桩侧薄弱部位呈上升趋势,渗入并充填桩土间隙,置换、充填桩周泥皮,在桩周形成结石体,改善桩周土物理力学性能,增大桩侧摩阻力和桩周法向力。(4)浆液与桩端土发生物化后可起到压密、加筋、离子交换及固化作用,提升桩端土刚度、强度和稳定性,增大桩端阻力。研究可知,粉质黏土层透水性不良,浆液主要面临土压力,134 Academic Papers学术交流影 响 有 影 响 的 人 且后压浆灌注桩侧土压力比桩顶土压力小,在注浆过程中,浆液不会直接沿着桩侧向上流动,而是对桩周不透水地层产生渗透、压密
6、、劈裂,形成较为明显的浆包;此后再沿着桩侧向上流动,在桩端形成扩大头,进而使桩身轴力分布发生改变,更多的承载力主要由桩身承担。圆砾石层透水性良好,浆液主要面临静水压力,且桩顶静水压力比桩侧和桩底小,灌注桩后压浆施工时,浆液直接沿桩侧向上流动。以上两种地层中后压浆灌注桩均能使桩承载力显著提高,但机理方面存在略微差异2:不透水地层中,主要依靠浆液对桩土接触面摩阻力的影响而提高承载力;透水地层中,则除了依靠浆液对桩侧摩阻力影响外,还离不开桩端扩大头的作用。3 灌注桩承载力测试3.1 测试方案为展开潮河大桥后压浆钻孔灌注桩承载力测试,设置 4 根试桩,编号为 S1 S4,桩长均为 30m,桩径 1.5
7、m。为便于比较,S1 S3 均采用桩端后压浆施工工艺,而 S4 则采用常规钻孔灌注桩施工。此外,在试桩四周设置 10 根桩长 38m、桩径1.8m 的锚桩,且锚桩全部通过桩侧后压浆施工,每根锚桩布置3 根桩端压浆管,且压浆管的设置高度应高出桩顶 50cm;在桩侧与桩顶相距 15m、25m、35m 处设置环向压降阀,通过壁厚2.75mm、公称直径 20mm 的套管焊接桩侧压浆管。出于灌注桩允许承载力和加载设备负荷等的考虑,在试验中将常规桩加载至破坏,桩侧后压浆桩最大加载量按照 30000kN 确定。试桩过程中使用主筋直径为 28mm 的 JXG-1 型钢筋计测力元件,标定后使用;桩顶正面设置 4
8、 个测量沉降的百分表。试验开始后逐级加载,直至满足终止加载条件后分级卸载。试桩 S1 设计单级荷载为 1500kN,按照 16 级加载,加载量最大为24000kN;试桩 S2 S4 设计单级荷载为 1500kN,均按照 20级加载,加载量最大为 30000kN。在完成每级加载后依次按照5min、10min、15min 的时间间隔进行一次测值读取。此后按照每级加载量的 2 倍确定每级卸载量,卸载后按照 15min 时间间隔进行残余沉降测值读取,连续读取 3 次后卸除一级荷载;待全部荷载均卸除的 180min 后进行最后一次测值读取。3.2 估算方法桩端后压浆钻孔灌注桩主要采用桩身几何参数扩大法和
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