高压旋喷注浆在南华大桥桩基加固工程中的应用

【摘　要】　南华大桥是一座科研试验桥, 首次采用了多种新结构、新工艺, 但由于设计施工等原因桩基需要加固。文中论述了该桥旋喷加固桩基的成桩机理、加固方案、施工工艺、质量保证措施

及加固效果。


【关键词】　桥梁　桩基加固　高压旋喷注浆　固结体　强度

1　概述南华大桥是湘北干线1804 线上的一座重要桥梁, 系交通部“八五”行业联合科技攻关课题――“洞庭湖区桥梁修建新技术开发研究”的科研试验桥。主桥全长598 m , 斜拉2连续梁桥转钻进都是一个必需的工序。钻(爆) : 填石工序结束后, 如孤石巨大, 可下筒状钢粒钻头进行钻进, 将孤石钻出一个环状自由面, 一般钻入0. 8～ 1. 2 m , 注意不要取心, 以防钻具被挤夹。由破岩理论可知, 增加岩石自由面可加速岩体的破坏, 钢粒破岩不仅可以加快孤石的解体, 并可直接形成规则的圆型桩孔, 无需修孔。或者可以采用潜式钻机将孤石

面钻入许多小孔, 孔数多少视桩径大小而定, 一般钻6～ 8 个, 钻入深度一般为孤石厚度的1ö3左右, 每钻一孔, 在孔内装填炸药, 最后, 各钻孔一起采用导爆索起爆法炸裂孤石。对于较小的孤石, 其产状和位置适合于直接冲击钻进的可将此工序省去。

冲: 下冲击钻头将孤石冲碎, 冲入软岩2. 0～ 3. 0 m 左右, 冲程应控制在0. 5～ 1. 0 m 左右, 冲程不宜过高, 以免对孔底震动较大而引起

坍孔事故, 同时冲击过程中应注意泥浆稠度, 根据实际情况向孔内投入适量的粘土或水泥。

抓: 用冲抓锥将冲击成小块的孤石抓掉, 被冲成40～ 50 cm 的孤石碎块沉入软岩后, 很难被击碎, 因而无法恢复循环钻进, 必须抓取, 但注意不要让冲抓锥爪子碰撞孔壁上的残余孤石, 以防冲抓锥抓空或滚石卡钻; 如遇浅孔桩或孤石较小, 可直接用冲击钻钻进成孔, 将孤石碎块冲挤入孔壁, 省去用冲抓锥“抓”这一工序。

2　处理后的效果与体会通过把钻进硬岩、破碎硬岩、清除硬岩的技

术方法优化组合在一起, 组成一个工艺流程处理孤石, 桩基成孔速度大大提高, 既能满足施工进度要求, 又能保证工程质量, 同时, 又可以提高经济效益。在派从一级公路改建段的桥梁桩基施工中采用钻孔爆破法处理孤石, 其中从化台2# 桩采用潜式钻机钻入孤石最深达3. 60m , 其钻进速度由原来1～ 2 cm öh 提高至8～ 10cm öh , 派潭台4# 桩钻进速度由原来1～ 3 cmöh 提高至10～ 14 cm ö h。通过实践, 体会如下:

1) 桥梁桩基施工遇孤石群时要在现有的物质条件下, 灵活地采用综合性的技术方法和施工方案, 将几种技术方法的长处有机地组合

起来, 形成特定的工艺。

2) 施工前要精心进行施工组织设计, 配齐破岩的设备、材料和工具。

3) 施工过程中工程技术人员应严格管理, 及时控制施工现场, 以防发生事故。

大桥地处湖区腹地, 基础软弱, 设计中采用了多种新结构、新技术、新工艺, 其中下构桩基全部为大直径、无承台、预制安装PC 空 心桩, 独桩独柱结构。由于某些原因, 其主桥桩基抗弯刚度偏小, 工程留有隐患, 必需进行加固处理。经反复论证, 决定采用高压旋喷结合钻孔补筋办法进行加固。 

2　成桩机理

旋喷桩是高压喷射注浆的一支系, 它利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至预定深度, 然后用高压泥浆泵将浆液与水加高压从喷嘴中喷出来, 形成高压流, 强力冲击破坏土体。

成桩机理包括射流的冲动掺搅、升扬置换、充填挤压和渗透凝结四个过程: 当高压喷射流以大能量快速度的旋转压超过土体结构强度时, 土粒便从土体中分解剥落下来, 部分细小土粒随浆液冒出水面, 其余土粒在高压喷射流的冲击力、离心力和重力作用下与浆液旋转搅拌混合,并按一定的浆土比例重新排列, 浆液凝固后便在土中形成固结体, 加固地基, 提高抗剪强度,改善土的变形性质, 使其在上构荷载直接作用下, 避免产生破坏或过大的变形, 高压喷射注浆的基本方法有单管、二重管、三重管和多重管法。南华大桥采用的是三重管法。

3　桩基加固方案

南华大桥桥宽15 m , 主桥下构系独桩、独柱预制安装PC 空心桩(柱) , 盖梁悬臂较大; 上构采用纵向分节预制、横向逐条安装的预应力箱梁, 接头部分现浇混凝土(设计称之为滚移法箱梁)。施工时, 由于施工单位缺乏经验, 为省材料, 盲目地将桩基钢护筒拔出; 主体工程完成后, 设计复核时发现安全系数偏小, 墩柱的入土部位横桥向两侧出现拉应力, 桩基抗弯刚度不够。为弥补设计、施工缺陷, 经有关专家反复论证, 决定采用在地面线以下10 m 范围内, 高压旋喷注浆后钻孔补筋的方法进行加固， 且旋喷桩桩径不小于80 cm。

4　施工工艺

4. 1　施工设备选择

施工设备: 

①水系统: 采用3D12SZ 系列三柱塞高压水泵, 此泵具有高压状况下排水量稳定, 射流切割能力大的特征, 功率75 kW , 额定

工作压力可达50M Pa。

②气系统: 采用YV 26ö8 型空压机, 功率37 kW , 排量0. 4～ 1. 8 m 3öm in。

③浆系统: 采用ZL 2800 型水泥制浆机, 功率6 kW , 分上、下桶制浆, 该机具有转速慢, 制浆量大, 拌和均匀的特点。BW 2250 型泥浆泵送浆, 功率13 kW , 可分档调节浆量。

④喷射转动

提升装置: 喷射装置包括三重管式喷头, 水气嘴间隙设置, 射浆口呈“人”字型向下, 最适合在砂、土地层中应用; 转动装置为SH230 转盘, 无级调速。⑤造孔系统: 液压岩心钻机。

4. 2　施工参数

针对南华大桥地面以下5. 6～ 6. 2 m 为粉细砂层, 其下为5. 5～ 6. 8 m 的淤泥质粘土这一地质情况, 按照设计要求, 施工前在桥上游河

滩上试喷了3 孔, 以此选定适合于该地层高压旋喷注浆的施工参数及高压水喷嘴。

4. 3　施工工艺

施工工艺及程序: 高压旋喷注浆在南华大桥桩基加固工程中的应用　4. 3. 1　钻孔就位: 将钻机安装在设计孔位上,使钻杆垂直对准孔中心位置。


4. 3. 2　钻孔: 钻孔分三序, 即每隔两孔钻一孔,采用泥浆护壁钻进, 孔径<150 mm , 孔斜率严格控制在1% 以内, 钻孔穿过承台混凝土、粉细砂层, 进入淤泥质粘土层, 自承台表面起算, 孔深10 m。

4. 3. 3　高压旋喷: 当钻机钻进至设计深度及所有设备运行正常后, 用卷扬机将喷射管慢慢下入孔底并输送高压浆液, 待浆液从孔底冒出地面后, 喷射杆开始旋转与提升, 自下而上进行喷射。操作中严格按照所确定的提升速度及技术参数控制, 严密监视注浆量的变化, 防止喷嘴堵塞出现断桩。在作业过程中, 随时做好施工记录。为确保桩体质量, 桩头以上超喷0. 2 m 左右并适当减压; 对淤泥质粘土层进行复喷: 即第一次喷射时不带水泥浆, 只在浆管内输入少量的水(约45 L öm in) , 以防止浆管堵塞, 当高压水、气喷射上升至砂层1 m 后, 再将喷射杆插入孔底, 带水泥浆高压旋喷至终孔, 两次喷射注浆的提升速度一致, 进浆与回浆密度基本一致。

4. 3. 4　封孔回填注浆: 封孔回填注浆是保证旋喷桩顶部质量的关键, 当喷射注浆完成后, 随即进行静压注浆, 并随沉随补, 直至孔口浆液不再析水下沉为止。

4. 3. 5　钻孔补筋: 待旋喷桩达到一定强度后,按照设计要求, 采用岩心钻机清水循环钻孔, 孔径<150 mm , 然后下入扎有35 16 纵向钢筋的钢筋笼, 再将浆管从钢筋笼内插入孔底, 从孔底输入密度为1. 7 gö cm 3, 掺有铝粉的浓水泥浆,置换孔内渣水, 直到浓水泥浆返出孔口为止, 拔出注浆管, 专人值班, 对孔内浆液随沉随补。

5　质量控制及检验旋喷固结体系在地层下直接形成, 属于隐蔽工程, 一般情况下不能直接观察到桩体全部。在施工过程中须采用科学的手段进行控制检查, 工程完工后对其内在质量进行检验鉴定。

5. 1　施工中的质量控制要点施工中的要点:

①通过试桩选定施工技术参数, 在施工过程中除严格按设计平面尺寸要求外, 对钻杆长度、余尺认真核测以保证有效桩长。

②旋喷过程中, 冒浆量略小于注浆液量的20% 为正常, 若超过20% 或者完全不冒浆时应查明原因及时处理。

③钻杆旋转和提升须按照所定参数进行, 拆卸钻杆后继续旋喷时, 要保持钻杆有10 cm 的搭接长度以免出现断桩。如因机械故障而中断旋喷时应重新钻至桩底标高,重新旋喷。

④制作浆液时要求做到干灰过筛, 浆液过滤。准确掌握水灰, 严格控制喷射浆液泵量, 以保证桩体的内在质量。

⑤随旋喷提升到桩顶时抽取制做反浆试块, 以检测判定其桩体强

度是否达到设计要求。

5. 2　加固结果

南华大桥桩基在地面线10 m 范围内采用高压旋喷注浆后钻孔补筋的方法, 是为了提高桩基入土部位的抗弯刚度和抗水流冲刷能力,弥补设计安全系数小, 施工时盲目拔出钢护筒之不足。钻孔取样表明, 芯样完整, 表面光滑, 无小孔结构, 致密、坚硬, 获得率达98% 以上, 采取率达100% , 芯长一般为0. 3 m 左右, 最长的一根达1. 5 m , 芯样呈青灰色, 风干后呈灰白色。试件28 d 龄期平均抗压强度为22. 3M Pa, 

【摘　要】　论述了高速公路交通控制的必要性, 介绍并提出了高速公路交通控制原理及相应交通控制对策, 指出了我国高速公路交通控制的发展方向。

【关键词】　高速公路　匝道控制　主线控制　交通管理　对策

目前, 我国公路运输已进入了高速公路时代, 公路运输的速度和效益发生了质的飞跃。湖南高速公路也由起步到飞速发展, 方兴未艾。规划到2000 年, 湖南高速公路还要修建1 100 km。但公路运输发展的同时, 也带来了交通安全问题, 如1996 年, 我国高速公路发生交通事故6 797 起, 死亡864 人。同年11 月4日, 沪宁高速公路发生的汽车追尾事故引发了4 辆车受损或报废, 导致10 人死亡, 11 人受伤。

高速公路发展初期, 并没有交通控制设施, 人们想当然以为高速公路本来就应该让车辆自由地高速行驶而毋需控制。另一方面, 随着交通需求的迅速增长, 高速公路出现了交通拥挤状况, 在高速公路上行驶反而不如在一般公路上行驶更快捷、畅通, 如广佛高速公路平均车速仅为60km öh 左右。在一定程序上讲, 产生拥挤的原因就在于高速公路本身。其一, 高速公路开通后,沿线地区成片开发, 并吸引大量建设资金, 金融、商业活动加剧, 从而引起交通需求大幅增加; 其二, 高速公路的开通带动了该地区的经济起飞, 沿线住宅区迅猛发展, 居民生活不断提高和改善, 其参加社会活动和文娱活动的愿望加强, 交通也更便捷, 导致出行次数大幅增加。因此, 如何对高速公路交通流本身进行合理调控和引导, 避免和缓解高速公路上出现的交通拥挤, 从而保证高速公路始终运行在畅通安全的状态, 成为几十年来世界各国竞相研究和实验的一大课题。

1　高速公路交通控制原理

在交通控制系统中, 控制对象是交通流, 这意味着可以把交通流视为一个可控工程, 该过远大于设计要求的10M Pa, 说明高压旋喷注浆是成功的。计算表明: 加固段的断面面积是原设计的6. 3 倍, 桩基抗弯刚度E I 由_______加固前的2. 11×106 kN ・m 2提高到19. 4×106 kN ・m 2,极限承载力由4 262 kN 增加到9 663 kN , 加固后安全系数、抗弯刚度等显著提高, 达到了预期目的和规范要求。但压区相对高度系数N加固前后基本不变, 为0. 91, 横桥向小区域将出现

拉应力, 在此区域内适当加密钢筋是必需的。

南华大桥已于1998 年4 月通过了质量鉴定检测, 5 月正式通车, 经受了洞庭湖区百年罕见洪水考验, 运行良好。大桥在湘北地区的经济建设和抗洪抢险中发挥了极其重要的作用。

参　考　文　献

1　凌志平. 基础工程. 北京: 人民交通出版社, 1986

2　范立础. 桥梁工程. 北京: 人民交通出版社, 1980

3　中华人民共和国交通部. JTJ021285 公路桥涵设计通用规范,防止喷嘴堵塞出现断桩。在作业过程中, 随时做好施工记录。为确保桩体质量, 桩头以上超喷0. 2 m 左右并适当减压; 对淤泥质粘土层进行复喷: 即第一次喷射时不带水泥浆, 只在浆管内输入少量的水(约45 L öm in) , 以防止浆管堵塞, 当高压水、气喷射上升至砂层1 m 后, 再将喷射杆插入孔底, 带水泥浆高压旋喷至终孔, 两次喷射注浆的提升速度一致, 进浆与回浆密度基本一致。 4. 3. 4　封孔回填注浆: 封孔回填注浆是保证旋喷桩顶部质量的关键, 当喷射注浆完成后, 随即进行静压注浆, 并随沉随补, 直至孔口浆液不再析水下沉为止。

4. 3. 5　钻孔补筋: 待旋喷桩达到一定强度后,按照设计要求, 采用岩心钻机清水循环钻孔, 孔径<150 mm , 然后下入扎有35 16 纵向钢筋的钢筋笼, 再将浆管从钢筋笼内插入孔底, 从孔底输入密度为1. 7 gö cm 3, 掺有铝粉的浓水泥浆,置换孔内渣水, 直到浓水泥浆返出孔口为止, 拔出注浆管, 专人值班, 对孔内浆液随沉随补。


5　质量控制及检验旋喷固结体系在地层下直接形成, 属于隐蔽工程, 一般情况下不能直接观察到桩体全部。在施工过程中须采用科学的手段进行控制检查, 工程完工后对其内在质量进行检验鉴定。

5. 1　施工中的质量控制要点施工中的要点:

①通过试桩选定施工技术参数, 在施工过程中除严格按设计平面尺寸要求外, 对钻杆长度、余尺认真核测以保证有效桩长。

②旋喷过程中, 冒浆量略小于注浆液量的20% 为正常, 若超过20% 或者完全不冒浆时应查明原因及时处理。

③钻杆旋转和提升须按照所定参数进行, 拆卸钻杆后继续旋喷时, 要保持钻杆有10 cm 的搭接长度以免出现断桩。如因机械故障而中断旋喷时应重新钻至桩底标高,重新旋喷。

④制作浆液时要求做到干灰过筛, 浆液过滤。准确掌握水灰, 严格控制喷射浆液泵量, 以保证桩体的内在质量。

⑤随旋喷提升到桩顶时抽取制做反浆试块, 以检测判定其桩体强

度是否达到设计要求。

5. 2　加固结果

南华大桥桩基在地面线10 m 范围内采用高压旋喷注浆后钻孔补筋的方法, 是为了提高桩基入土部位的抗弯刚度和抗水流冲刷能力,弥补设计安全系数小, 施工时盲目拔出钢护筒之不足。钻孔取样表明, 芯样完整, 表面光滑, 无小孔结构, 致密、坚硬, 获得率达98% 以上, 采取率达100% , 芯长一般为0. 3 m 左右, 最长的一根达1. 5 m , 芯样呈青灰色, 风干后呈灰白色。试件28 d 龄期平均抗压强度为22. 3M Pa, 

【摘　要】　论述了高速公路交通控制的必要性, 介绍并提出了高速公路交通控制原理及相应交通控制对策, 指出了我国高速公路交通控制的发展方向。

【关键词】　高速公路　匝道控制　主线控制　交通管理　对策

目前, 我国公路运输已进入了高速公路时代, 公路运输的速度和效益发生了质的飞跃。湖南高速公路也由起步到飞速发展, 方兴未艾。规划到2000 年, 湖南高速公路还要修建1 100 km。但公路运输发展的同时, 也带来了交通安全问题, 如1996 年, 我国高速公路发生交通事故6 797 起, 死亡864 人。同年11 月4日, 沪宁高速公路发生的汽车追尾事故引发了4 辆车受损或报废, 导致10 人死亡, 11 人受伤。

高速公路发展初期, 并没有交通控制设施, 人们想当然以为高速公路本来就应该让车辆自由地高速行驶而毋需控制。另一方面, 随着交通需求的迅速增长, 高速公路出现了交通拥挤状况, 在高速公路上行驶反而不如在一般公路上行驶更快捷、畅通, 如广佛高速公路平均车速仅为60km öh 左右。在一定程序上讲, 产生拥挤的原因就在于高速公路本身。其一, 高速公路开通后,沿线地区成片开发, 并吸引大量建设资金, 金融、商业活动加剧, 从而引起交通需求大幅增加; 其二, 高速公路的开通带动了该地区的经济起飞, 沿线住宅区迅猛发展, 居民生活不断提高和改善, 其参加社会活动和文娱活动的愿望加强, 交通也更便捷, 导致出行次数大幅增加。因此, 如何对高速公路交通流本身进行合理调控和引导, 避免和缓解高速公路上出现的交通拥挤, 从而保证高速公路始终运行在畅通安全的状态, 成为几十年来世界各国竞相研究和实验的一大课题。

1　高速公路交通控制原理

在交通控制系统中, 控制对象是交通流, 这意味着可以把交通流视为一个可控工程, 该过远大于设计要求的10M Pa, 说明高压旋喷注浆是成功的。计算表明: 加固段的断面面积是原设计的6. 3 倍, 桩基抗弯刚度E I 由_______加固前的2. 11×106 kN ・m 2提高到19. 4×106 kN ・m 2,极限承载力由4 262 kN 增加到9 663 kN , 加固后安全系数、抗弯刚度等显著提高, 达到了预期目的和规范要求。但压区相对高度系数N加固前后基本不变, 为0. 91, 横桥向小区域将出现

拉应力, 在此区域内适当加密钢筋是必需的。

南华大桥已于1998 年4 月通过了质量鉴定检测, 5 月正式通车, 经受了洞庭湖区百年罕见洪水考验, 运行良好。大桥在湘北地区的经济建设和抗洪抢险中发挥了极其重要的作用。

参　考　文　献

1　凌志平. 基础工程. 北京: 人民交通出版社, 1986

2　范立础. 桥梁工程. 北京: 人民交通出版社, 1980

3　中华人民共和国交通部. JTJ021285 公路桥涵设计通用规范.