摘要:本文結合工程實例,對微型樁的構造進行了介紹,并闡明了微型樁的施工方法。微型樁用途廣泛,對路橋建設具有極大的推廣作用。
　　關鍵詞：微型樁，施工，應用
　　1微型樁概況
　　微型樁是一種較小口徑的鉆孔灌注樁。微型樁的直徑一般在10～30cm,樁體由壓力灌注的水泥砂漿或小石子混凝土與加勁材料所組成。根椐不同的用途,用于微型樁的加勁材料可以是鋼筋、鋼管或其他型鋼。微型樁可以是垂直布置,也可以傾斜布置；可以成排配置,也可交叉成網狀配置形如樹根。因此微型樁又稱為樹根樁。早在20世紀30年代,微型樁就在歐洲開始應用,我國于80年代開始研究,并于上海首先使用。最初的微型樁主要用于老舊建筑的基礎補強和托換等。由于微型樁的技術較為簡單,施工方便,近年來迅速發展,已廣泛運用于各種土木建筑工程,尤其用于樓房基礎的托換,深開挖基坑支護,地下連續墻壁溝的穩定及滑坡的防治等方面,均取得了很大的成功。
　　2微型樁施工方法和特點
　　與普通鉆孔灌注樁相比,所不同的是,由于微型樁口徑較小,須用不同的鉆孔機具成孔,而且,微型樁須采用壓力灌漿。與普通鉆孔灌注樁相比,微型樁更為靈活方便,可根據使用的目的不同而靈活布置。微型樁的施工方法一般如下。
　　(1)成孔:一般可采用地質鉆機進行鉆孔,根據不同的工程地質情況,可以采用干成孔或循環泥漿護壁成孔。
　　(2)清孔:如采用循環泥漿成孔,則鉆至所需深度后,用沖水清孔；如采用干成孔時,則需反復提鉆取土清孔
　　(3)植入加勁鋼材及注漿管:清孔完成后,須立即植入加勁鋼材和注漿導管,其中加勁鋼材,可以根據設計使用的不同目的,而采用鋼筋籠(孔徑較大時)、單根鋼筋(孔徑較小時)、鋼管或其他型鋼。
　　(4)壓力灌漿:可以先向孔內投入粒徑為1～3cm的碎石,然后,向孔內灌注純水泥漿或水泥砂漿,也可以不投入碎石而直接向孔內用壓力灌注水泥砂漿。若采用套管灌漿時,在拔除套管的同時,施加壓力將漿液壓入土層中,直到滿溢為止。注漿的壓力一般可采用0.3～0.5MPa,視具體的工程地質情況做適當的調整。
　　3微型樁的主要特點
　　(1)施工迅速安全,施工機具小,用普通的地質鉆機甚至是手搖鉆就能成孔。
　　(2)所需施工場地較小,在平面尺寸為1.1m×2.5m和凈空高度2.5m,即可施工,且樁孔距構造物邊緣最近距離小,僅為35cm。
　　(3)布置靈活方便,可根據需要或垂直或斜布,也可成排布置或交叉成網狀布置。
　　(4)網狀布置的微型樁群樁體系具有較好的承載能力,群樁中的單樁可以承受拉應力、壓應力、剪力和彎曲應力。
　　(5)豎直承載力高,根據有關文獻的研究結果,一根直徑為14cm長度為4.7m,樁端進入密實中砂層的微型樁的極限承載力為835kN；完全埋入土中的微型樁,能提供910kN的安全工作荷載。當微型樁支承在巖層中時,能夠承受的安全工作荷載可高達2720kN。
　　(6)豎直受荷沉降量小,根據有關方面的單樁靜載試驗結果,一根樁端進入硬塑粘性土長為7m的微型樁,當荷載加至314kN時,樁頂沉降僅為3.8mm；而一根樁端進入砂狀強風化巖長度為11m的微型樁,當荷載加至648kN時,樁頂沉降僅為2.2mm。
　　(7)樁孔孔徑小,因而對基礎和地基土產生的附加應力甚微,施工時對原有基礎影響小；不干擾構造物的正常使用。
　　(8)能穿透各種障礙物,適用于各種不同的土質條件。
　　(9)滲透性壓力灌漿對樁周土壤產生固結效果,且立竿見影。綜上所述,微型樁的主要特點是:工作場地要求低,承載力高,沉降量小,施工時對構造物的正常使用影響較小,是建筑物基礎加固的好方法。多年來,微型樁在土建工程中應用的成功實例不勝枚舉。但是,微型樁用于橋梁加固的案例尚不多見。本文試圖通過某大橋基礎的加固實例,說明微型樁不僅在土建工程中能發揮效用,在路橋工程中也大有作為。
　　4工程實例
　　4.1大橋概述
　　該大橋是省道某路段的一座大橋,橋寬為23m,上部構造為9×16m等跨鋼筋混凝土T形梁橋,總長為148.04m。下部構造為3柱式墩、臺,鉆孔灌注樁基礎。設計荷載為:汽車-20級,掛車-100。該橋建于20世紀90年代初,建成后,由于上下游河床長期人工取砂,經多年的水流沖刷,河床下降嚴重。
　　據實地調查,除1號、8號墩因位于河岸上,未見嚴重沖刷外,該橋2～7號橋墩均有不同程度的沖刷現象,尤其6號、7號墩沖刷最為嚴重,與原施工圖比較,河床位置下降近4m。該橋原設計的橋墩樁基橫系梁是埋于河床下的,現橫系梁已普遍露出河床2～4m。被沖刷后外露的樁基,部分表面混凝土剝落,鋼筋外露銹蝕。較早前,經有關部門檢測,該橋上部構造及總體承載能力尚可。但是,由于該橋河床下4～5m為易于沖刷的砂礫層,若河床進一步沖刷,樁基鋼筋進一步氧化銹蝕,勢必嚴重削弱橋梁的承載能力,進而影響橋梁的整體穩定。為保證橋梁的正常使用,必須對橋墩進行加固。
　　4.2加固方案
　　該大橋,交通量較大,加固維修時不便中斷交通。該橋的病害主要是由于河床降低造成樁基外露和鋼筋銹蝕,導致承載能力降低。也就是說,該橋的加固目的是要提高樁基的承載能力,并防止水流對樁周的沖刷,保持樁基的穩定。但是,必須在不中斷交通的情況下,并在僅有6m凈空的橋下,進行樁基加固作業。
　　在這種情況下,若采用淺基礎加固方案,則難以遏止河床繼續沖刷后的淘空；而深基礎中的普通鉆孔灌注樁、打入樁等加固方案,就算忽略在已有橋墩旁鉆掘出過大的孔洞或打樁時過大的震動對原結構造成不良影響,也無法在高度有限的橋下進行施工。
　　經過分析比較,微型樁加固方案就成了必然的選擇。微型樁加固方案,不但可以在不中斷交通的情況下施工,而且可以在加固施工對地基及原橋墩產生的不利影響降至最小的前提下,達到加固的目的。具體措施是:橋墩每個樁采用4根φ30cm的微型樁,對2～7號橋墩進行加。
　　4.3加固設計
　　該大橋橋墩原設計的樁基,為3樁式單排鉆孔灌注樁,單樁直徑為112m,樁身穿過2～4m的粉質粘土層和4～5m砂礫層,樁尖支承于風化泥巖之中。樁基平均長度為14m,每個橋墩均設置了橫系梁。
　　(1)原橋墩受力分析
　　單跨T形梁恒載為289.3t,二期恒載為99.9t,控制設計的活載反力為210.5t,蓋梁恒載84.5t,系梁恒載為48.2t,單根φ1.0m的立柱恒載為8t。則原橋墩平均每根樁應承受的豎向外力為:
　　Pp=(289.3+99.9+210.5+84.5+48.2)/3+8=252.1t。
　　考慮到橋墩的偏載,單樁須承受的最大豎直荷載為:
　　Pmax=352.9t。
　　(2)現橋墩單樁豎向容許承載力分析
　　按河床沖刷較為嚴重的7號橋墩考慮,原設計樁長為14.4m,已被沖刷4m,按繼續沖刷3m計算,現有樁基入土長度L=14.4-7=7.4m,按《公路橋涵地基與基礎設計規范》(以下簡稱“橋基規”)的摩擦樁公式計算,則:
　　[P]樁=0.5(U•L•Tp+A•σR)
　　式中:U為樁周長度；Tp為樁側土平均極限摩阻力；L為樁的有效入土長度。
　　根椐橋位地質情況,按“橋基規”的規定取值并計算得U=3.77m,A=1.13m2,
　　σR=662.48kPa,TP=100.54kPa,則:
　　[P]樁=0.5×(3.77×7.4×100.54+1.13×662.48)=1776kN≈178t。
　　(3)微型樁設計
　　考慮用微型樁補充原橋墩樁基的不足,并使原樁基與微型樁共同承受橋墩豎向荷載。按橋墩單樁最大外力和最不利沖刷情況考慮,原橋墩每根樁設置4根微型樁,若平均每根微型樁要承擔的外荷載為P′,則有:
　　P′=(Pmax-[P]樁)/4=(352.9-178)/4=43.72t,考慮偏載后Pmax′=61.2t。
　　微型樁的樁徑采用φ30cm,考慮到微型樁的口徑較小,忽略樁尖承載力,按摩擦樁計算,若每根微型樁的有效入土深度為L′,則有:
　　L′=2Pmax′/U•Tp
　　因微型樁施工是采用壓力注漿,尤其對于砂礫土及風化巖而言,實際注漿量與理論注漿量之比可達2.1～3.5,這意味著微型樁注漿后,多余的漿液將在樁周形成“樁瘤”,或進入樁周土層,對土層起固結作用,使樁周土的極限摩擦力增大。根據河床工程地質情況,按規范中關于摩擦樁的有關規定,并取大值計算得Tp=168.8kPa,U=0.942m,則可算得微型的有效長度:
　　L′=7.7m,取8m。
　　考慮3m的沖刷深度,則微型樁的實際施工長度為12m。采用φ20cm的鋼管作微型樁的加勁骨架。
　　(4)承臺及傳力錨設計
　　承臺平面尺寸為216cm×310cm,厚度為114cm,承臺頂面基本與河床平。微型樁伸入承臺20cm,微型樁的鋼管骨架伸入承臺50cm。承臺構造見圖1所示。
　　             
　　圖1微型樁基礎加固構造
　　考慮到微型樁通過承臺與舊樁一起共同承擔橋墩荷載,為使微型樁與舊樁基能夠緊密合作,承臺與舊樁相接處,舊樁四周植入鋼筋,并與承臺底和承臺頂的鋼筋焊接。此外,承臺至原樁基橫系梁之間的高度段,將樁徑1.2m的舊樁擴大至1.6m,并在樁周按普通鉆孔灌注樁配置鋼筋,縱向鋼筋伸入承臺內,在原樁的四周植入鋼筋并與新設的縱向鋼筋相接。使新增縱筋、舊樁植筋和承臺鋼筋一起,形成錨塊骨架。新增截面混凝土與承臺澆筑成整體,形成錨塊。錨塊構造見圖2所示。
　　      
　　                     圖2微型樁與原有樁基的連接錨塊構造
　　4.4微型樁的施工
　　微型樁的施工工序為:圍堰→成孔→清孔→安放φ20鋼管→壓漿成樁→安放微型樁頂板→植筋
　　設置承臺及錨塊鋼筋→澆筑承臺與錨塊。
　　(1)圍堰:采用雙層草袋圍堰。
　　(2)成孔:采用地質鉆泥漿循環護壁成孔,穿過砂礫層采用鋼護筒護孔。
　　(3)清孔:水沖清孔。
　　(4)安放φ20鋼管:由于橋下凈空的限制,鋼管須分3節安放。第1節、第2節長4.5～5m,第3節視各樁實際長度而定。先將第1節放入孔內,然后與第2節焊接…。第1節鋼管在底端2m范圍內,四周鉆出φ2cm的壓漿孔,間距為30cm,用氣囊密封器密封；鋼管底端與樁孔底留出5cm的間隙,以保證漿液順利地通過管底向上翻出。
　　(5)壓漿成樁:先向孔內拋入粒徑為1～3cm的小石子,然后向鋼管內注入水泥砂漿,直到滿溢為止。注漿壓力不小于013MPa,水灰比采用117。為了盡可能地減少鉆孔對原樁基的不良影響,同一樁基的4根微型樁,應逐根施工,待先完成的樁達到一定強度后,再行第2根樁的施工。
　　(6)澆筑承臺與錨塊:微型樁加固成功與否,承臺與錨塊是關鍵,它是新老樁緊密合作的保證。為了加強微樁與承臺的聯結,在鋼管的頂部焊接φ40厚為3mm的鋼板,并在鋼管的四周焊接4塊耳板以加強鋼板的剛度。另外,在布設承臺鋼筋的同時,布設錨塊鋼筋,并在舊樁外露部分植入鋼筋,使植筋、承臺鋼筋及錨塊鋼筋聯成整體骨架。在澆筑混凝土時,須將舊混凝土接觸面去除碳化表層,露出新鮮骨料；對有鋼筋銹蝕現象的樁基,須鑿除保護層,對鋼筋除銹后,在接觸面涂上一層E200界面膠,才可澆注混凝土。
　　5結語
　　由于微型樁采用壓力灌漿,漿液被壓迫滲透樁周土層,使地基承載力提高,同時,壓力漿液會在樁周形成“樁瘤”,這些都會大大提高樁與土的極限摩阻力。而采用《公路橋涵地基與基礎設計規范》的摩擦樁公式計算單樁承載力,是偏于安全的。
　　微型樁的應用歷史悠久,在土建工程中積累了不少的經驗,不管是在基礎托換或基坑支護,還是邊坡防治,均有不少的成功實例可以借鑒。由于微型樁的施工工藝并不復雜,造價也不高,在橋梁工程中,特別是在舊橋基礎加固,高填、深挖路基邊坡的滑坡防治,路基擋土墻地基處理及舊墻基礎加固方面,均可大有作為,值得大力推廣應用。
　　微型樁采用壓力灌漿,使樁與土體的關系變得更為復雜,到目前為止,微型樁的設計計算尚未形成系統的理論,其配置樁徑、樁長等,仍然依賴于實踐和經驗。微型樁用途廣泛,單樁乃至多排樁、網狀樁群的承載能力問題值得進一步研究。
　　參考文獻
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