CN101565955B - 一种采用微型应力隔离桩加固既有桩基的方法 - Google Patents

Abstract

一种微型应力隔离桩基础加固方法，涉及在既有城市桥梁桩基下进行地下空间施工而采取的桥梁桩基加固技术。本方法是在桥梁基础或承台周围打设微型应力隔离桩，将其包围范围内的桥基下的地层与其包围范围以外的地层进行隔离。微型应力隔离桩在施工和安装过程中，实施分层高压注浆，通过高压注浆，桩和桩之间由于浆液的扩散而连为整体，形成一道隔离墙，减少地下空间开挖导致的应力重分布效应的传递，避免桩侧摩阻力的大幅降低，减轻原桩承载力的下降，同时可阻止周围土体位移向原桩体的转移，有效控制桥基横向变形和抑制由于地下空间的开挖而引起的原桥桩沉降，实现在有限空间下的便捷、高效施工。

Description

一种采用微型应力隔离桩加固既有桩基的方法

技术领域

本发明涉及一种在既有城市桥梁桩基下进行地下空间施工而采取的桥基加固技术，尤其涉及能起到应力隔离作用的微型桩。

背景技术

在土木工程建设中，当地下工程施工影响到既有桥基稳定性需要对其进行加固时，传统的方法有扩大承台增加深桩(陈永栓.北京地铁10号线国贸站北风道59号桥基加固施工技术.探矿工程(岩土钻掘工程)，2007(6)：24-26.)、常规隔离桩(贾喜涛.暗挖隧道过既有建筑物采用隔离桩法施工分析.隧道建设26(1)：25-26.)、树根桩(中国建筑科学研究院.既有建筑地基基础加固技术规范(JGJ123-2000).中国建筑工业出版社出版，2000，北京)、桩底注浆(朱玉明.砂卵石地层超前注浆加固与桩基保护施工技术.市政技术，2008(1)：22-26.)等加固措施。

扩大承台增加深桩就是在地面选择合适的地点打设深桩，深桩的长度达一定岩(土)层后，通过后植筋技术将承台扩大，并将部分荷载转移至新增设的深桩上，使之与原桩基共同受力，一起抵抗变形；树根桩即用旋转法钻进成孔，穿过原有建筑物的基础进入地基土中至设计标高，清孔后下放钢筋再用压力灌注浆成直桩或者斜桩；而桩底压力注浆主要是对桩底地基土进行注浆提高其模量的一种方法。桩底注浆可提高桩底土层的端承作用，但由于其自身刚度受限，对桩周土体制约能力较弱。当地下空间开挖在桩基础下施工或者距离桩基很近时，扩大承台增加深桩和树根桩法在应用上受到限制，这时可以采用隔离桩技术进行即有桥基的加固，隔离桩技术一般是围绕原桩基四周打一圈工程桩或钢板桩进行隔离，其施工方法是首先采用人工挖孔或者机械作业方式成孔，然后绑扎钢筋笼放入孔中再灌注混凝土成桩，或者采用机械振动或静压的方法将预制桩打入既有桥基周围土层来保护桥梁基础。但传统的隔离桩技术在具体实施时有如下困难：

(1)城市桥梁净空一般较低，没有施工空间，无法架设大型成桩设备，传统围护桩施工工艺如钻孔灌注桩施工机械安置及钢筋笼拼接受到很大限制；

(2)在原有桩基周围或基础上打桩，会造成土的结构被扰动，进而导致原桥桩摩阻力下降，尤其是土层中存在稳定性较差的砾卵石层和粉砂层的情况，扰动更为明显；

(3)传统方案施工工期长，施工费用过高。

鉴于上述原因，在既有城市桥梁桩基下进行地铁施工，采取的桥基加固技术必须打破常规，采用一种既有可实施性，又能满足安全要求的新技术。

发明内容

为了克服传统加固方法的不足，本发明提供一种城市桥梁既有桩基的微型应力隔离桩加固方法，在有限施工空间下，不仅可以减少施工对土体扰动，而且施工便捷、经济高效。

本方法是在既有桩基周围打设微型应力隔离桩，将微型应力隔离桩包围范围内的既有桩基下的地层与微型应力隔离桩包围范围以外的地层进行隔离；实施分层高压注浆，通过高压注浆，桩和桩之间由于浆液的扩散而连为整体，形成一道隔离墙，使地下开挖空间潜在破坏面的应力传递至微型应力桩处被隔离，具体步骤是：

(a)测量放线，桩定位，在既有桥梁基础周围打设微型应力隔离桩，将微型应力隔离桩包围范围内的桥基下的地层与其包围范围以外的地层(通常为新建地下结构空间)进行隔离，使因地下空间开挖造成的土体破裂面不致延伸到桥梁基础下方的地基。

微型应力隔离桩可以单排打设，也可以多排打设，距离既有桩承台周边可取0.1-0.15m或视具体工程而定；桩径0.15-0.25m，桩间距可取1.0-1.2m，排距取0.8-1.0m；桩长度以超过开挖地下空间底部2.0-3.0m为准。

(b)杆体制作与连接；

(c)采用干法作业的套管跟进设备成孔，作业时进行间隔施做，先外排，后内排；

(d)成孔后采用简易支撑架吊放杆体，人工配合就位；

(e)杆体就位后，拔出钻孔套管进行分层高压注浆，注浆分层视桩周具体土层和工程需要而定，每层注浆分三次进行，注浆采用42.5或52.5级普通硅酸盐水泥，掺加万分之4-8的微膨胀剂，注浆参数可参考下值：第一次注浆采用常压注浆，注浆压力0.5-0.6MPa，孔口溢浆时结束本次注浆，水泥浆水灰比0.5∶1；第二次注浆采用中高压注浆，注浆压力1.2-1.5MPa，在第一次注浆完成后10～15h进行，水泥浆水灰比0.75∶1；第三次注浆压力1.8-2.0MPa，在第二次注浆完成后5～10h进行，水泥浆水灰比0.75∶1，上述注浆参数可根据工程实际作适当调整；

(f)全部注浆完成后形成微型应力隔离桩，隔离桩的存在使原桩土界面的应力损失小于15％。

本发明的特点在于：

1、成桩过程中分层高压注浆的实施，形成比原地层强度大的小直径桩体，同时注浆液渗入地层，与原地基土结合后能明显改善土体的物理力学性质。通过高压注浆，桩和桩之间由于浆液的扩散而连为整体，变成了一道隔离墙，其不仅具有较高的横向承载力，控制桥基的横向变形，还可以有效地阻止地铁开挖所引起的周围土体位移向原桩体的转移，减缓原桩承载力的下降，有效地抑制由于地铁的开挖而引起的原桥桩沉降。当注浆目标地层位于桥梁桩底时，不仅提高了原有基础桩桩周摩擦力，还提高了桩端阻力。

2、高压注浆的实施，浆液的扩散不仅加固了微型应力隔离桩本身，而且更重要的是通过浆液的劈裂、压密和渗透，对既有桥桩体周围的土体进行了加固，使桩侧及桩端阻力和土层的承载力与变形模量均有相当幅度的提高，增大了原桥桩的摩阻力，提高了其承载能力。

3、微型应力隔离桩集中了微型桩、隔离墙、高压注浆等各自的特点，其不同于一般工程隔离桩单纯的隔离作用：作为桩，它在垂直方向上又不受力，但连成一片则发挥了隔离墙的作用；作为墙，它又是由单根微型桩组成的；而高压注浆的实施，又是桩-墙效应必不可少的有效媒介，更重要的是，高压注浆又起到了对周围土体的加固改性作用。

本发明的有益效果是：可以在有限施工空间下，采用便捷设备对城市桥梁既有桩基进行有效加固。通过采用微型应力隔离桩，开挖空间潜在破坏面的应力传递在微型应力隔离桩处被隔离，周围土层被注浆加固后呈现空间受压状态，原桥基下的地基具有复合地基的力学性状。

附图说明

图1是微型应力隔离桩加固原有桥基的平面图。

图2是微型应力隔离桩平剖图。

图3是微型应力隔离桩加固原有桥基的剖面图。

图中，1为原有桥桩基，2为承台，3为微型应力隔离桩，4为地铁隧道，5为开挖潜在破坏面，6为定位支撑，7为隔离内环，8为纵向螺纹钢筋，9为隧道周围注浆区，10为桥桩底部注浆区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在图1中，从地面上在桥桩基1和承台2周围打设微型应力隔离桩3，微型应力隔离桩可以单排，也可以多排。

在图2中，每根微型应力隔离桩3的杆体由定位支撑6、隔离内环7和2-5根纵向螺纹钢筋8构成。

具体实施中采用干法作业的套管跟进设备成孔，采用简易支撑架吊放，人工配合就位。杆体就位后，拔出钻孔套管准备注浆。

在图3中，微型应力隔离桩3桩径一般取0.15-0.25m，间距和排距根据具体工程确定，一般间距可取1.0-1.2m，排距取0.8-1.0m，桩长度以超过开挖地铁隧道4底板2.0-3.0m为准。

微型应力隔离桩3在安装过程中，由于实施分层高压注浆，通过注浆将桩连成一片形成隔离墙，使开挖空间潜在破坏面5的应力传递在微型应力隔离桩3处被隔离。

为提高加固效果，在进行微型应力隔离桩3加固的同时，在开挖地铁隧道4洞室周围实施注浆加固，在隧道周围形成注浆区9，并在原有桥桩底部注浆，形成注浆区10，以提高地基的承载能力，也起到减少施工对桩底土层扰动的作用。

以地下隧道穿过立交桥工程的加固为例说明本发明：

隧道开挖底面在既有桥桩桩底标高以，桥原有桩基持力层位于地铁开挖破裂面之上，地层由填土、粘性土、粉土、粉细砂、中粗砂、圆砾卵石及中细砂等交互沉积而成，施工扰动将对地基土强度影响很大。直接开挖将导致既有桥基产生较大沉降，严重影响到桥桩的稳定性，为此需要对既有桥桩进行加固。

桥桩所在桥面位置较低时，操作空间很小。传统隔离桩施工工艺如钻孔灌注桩施工机械安置及钢筋笼拼接等均受到很大限制，且对桩底的卵石圆砾层加固作用不大。采用本发明提出的微型应力隔离桩加固，在桥墩基础周围采用内外双排微型应力隔离桩进行加固，作为围护桥桩结构。根据实际工程情况确定桩长、间距、内外排间距等参数，并对桩底周围进行注浆加固，具体加固过程为：

(1)平整施工场地，测量放线、桩定位，微型应力隔离桩两排打设，距离既有桩承台周边取0.15m，桩径0.15m，桩间距取1.2m，排距取1.0m；

(2)杆体制作与连接，每根杆体由3根22mm螺纹钢构成；

(3)采用干法作业的套管跟进设备成孔，作业时进行间隔施做，先外排，后内排。微型应力隔离桩深度超过开挖隧道底板2.5m的距离；

(4)成孔后采用简易支撑架吊放安装杆体，人工配合就位。

(5)杆体安装过程中，实施分层高压注浆。每层实施三次注浆，注浆采用三根注浆管，注浆管直径18-20mm，注浆管在需要加固的土层范围内每隔一定距离在同一断面上设置四个出浆孔，出浆孔直径4mm。同时，在隧道开挖过程中对洞室周围实施注浆加固地层，改善地层的物理力学指标，以减少地层的松动范围，从而达到减少地层变形的目的。

注浆采用42.5或52.5级普通硅酸盐水泥，掺加万分之5的微膨胀剂，注浆参数为：第一次注浆采用常压注浆，注浆压力0.6MPa，孔口溢浆时结束本次注浆，水泥浆水灰比0.5∶1；第二次注浆采用中高压注浆，注浆压力1.4MPa，在第一次注浆完成后12h进行，水泥浆水灰比0.75∶1；第三次注浆压力2.0MPa，在第二次注浆完成后7h进行，水泥浆水灰比0.75∶1。

(6)全部注浆完成后即形成微型应力隔离桩加固体系，原桩土界面的应力损失小于15％。

采用本加固方法，施工机械灵活，噪音小，无水作业，环境保持好，非常适合城市施工，且自身有较强的刚度以及可进行桩底注浆，能起到桩身围护及桩底加固以提高承载力的作用。

Claims (4)

1.一种采用微型应力隔离桩加固既有桩基的方法，其特征在于，在既有桩基周围打设微型应力隔离桩，将微型应力隔离桩包围范围内的既有桩基下的地层与微型应力隔离桩包围范围以外的地层进行隔离；实施分层高压注浆，通过高压注浆，微型应力隔离桩之间连为整体，使地下开挖空间潜在破坏面的应力传递至微型应力桩处被隔离。

2.如权利要求1所述的加固方法，其特征在于，微型应力隔离桩单排打设或多排打设，距离既有桩承台周边取0.1-0.15m；桩径0.15-0.25m，桩间距取1.0-1.2m，排距取0.8-1.0m；桩长度以桩的下端部低于开挖地下空间底部2.0-3.0m为准。

3.如权利要求1所述的加固方法，其特征在于，分层高压注浆是每层注浆分三次进行，第一次注浆采用常压注浆，注浆压力0.5-0.6MPa，孔口溢浆时结束；第二次注浆采用中高压注浆，注浆压力1.2-1.5MPa，在第一次注浆完成后10～15h进行；第三次注浆压力1.8-2.0MPa，在第二次注浆完成后5～10h进行。

4.如权利要求1所述的加固方法，其特征在于，全部注浆完成后形成的微型应力隔离桩使原桩土界面的应力损失小于15％。

Images