微型桩在桥梁中的应用与施工

【摘要】随着我国社会经济的快速发展，微型桩在桥梁中的应用也越来越重要。本文以某大桥基础的加固实例，主要对微型桩的构造、施工方法及在建筑行业应用的概况，分析了微型桩在路桥工程中的应用。

【关键词】微型桩特点基础加固设计施工

概 括

该大桥是某省道118 线太平场路段的一座大桥，桥宽为23m，上部构造为9×16m 等跨钢筋混凝土T 形梁桥，总长为148.04 m。下部构造为3 柱式墩、台， 钻孔灌注桩基础。设计荷载为：汽车- 20 级，挂车- 100。该桥建于20世纪90年代初，建成后，由于上下游河床长期人工取砂，经多年的水流冲刷， 河床下降严重。据实地调查，除1号、8号墩因位于河岸上，未见严重冲刷外，该桥2～7号桥墩均有不同程度的冲刷现象，尤其6号、7号墩冲刷最为严重，与原施工图比较，河床位置下降近4m。

1、大桥加固设计及微型桩施工流程

该桥原设计的桥墩桩基横系梁是埋于河床下的，现横系梁已普遍露出河床2～4m。被冲刷后外露的桩基，部分表面混凝土剥落，钢筋外露锈蚀。较早前，经有关部门检测，该桥上部构造及总体承载能力尚可。但是，由于该桥河床下4～5m为易于冲刷的砂砾层，若河床进一步冲刷，桩基钢筋进一步氧化锈蚀，势必严重削弱桥梁的承载能力，进而影响桥梁的整体稳定。为保证桥梁的正常使用，必须对桥墩进行加固。具体措施是： 桥墩每个桩采用4 根

1.1、加固设计

某大桥桥墩原设计的桩基，为3桩式单排钻孔灌注桩，单桩直径为1.2m，桩身穿过2～4m的粉质粘土层和4～5 m砂砾层， 桩尖支承于风化泥岩之中。桩基平均长度为14 m， 每个桥墩均设置了横系梁。

(1) 原桥墩受力分析。

单跨T 形梁恒载为289.3 t，二期恒载为99.9 t，控制设计的活载反力为210.5 t， 盖梁恒载84.5 t，系梁恒载为48.2 t，单根φ1.0m的立柱恒载为8 t。则原桥墩平均每根桩应承受的竖向外力为：

P P = (289.3+ 99.9+ 210.5+ 84.5+ 48.2)/3+ 8= 252.1 t。

考虑到桥墩的偏载，单桩须承受的最大竖直荷载为：Pmax= 352.9 t。

(2) 现桥墩单桩竖向容许承载力分析。

按河床冲刷较为严重的7 号桥墩考虑，原设计桩长为14.4m，已被冲刷4m，按继续冲刷3m计算，现有桩基入土长度L = 14.4- 7= 7.4 m，按《公路桥涵地基与基础设计规范》(以下简称“桥基规”) 的摩擦桩公式计算，则：

[P ]桩= 0.5 (U ・L ・TP+ A ・QR )式中：U 为桩周长度；TP 为桩侧土平均极限摩阻力；L 为桩的有效入土长度。根椐桥位地质情况，按“桥基规”的规定取值并计算得U = 3.77 m，A = 1.13 m 2，QR = 662.48 kPa， TP= 100.54 kPa， 则：

[ P ]桩= 0.5× (3.77×7.4×100.54+ 1.13×662.48) = 1 776 kN≈ 178 t。

(3) 承台及传力锚设计。

承台平面尺寸为2.6 m×3.0 m，厚度为1.4 m，承台顶面基本与河床平。微型桩伸入承台20 cm，微型桩的钢管骨架伸入承台50cm。承台构造见图1所示。

图1微型桩基础加固构造单位： cm

考虑到微型桩通过承台与旧桩一起共同承担桥墩荷载，为使微型桩与旧桩基能够紧密合作，承台与旧桩相接处，旧桩四周植入钢筋，并与承台底和承台顶的钢筋焊接。此外，承台至原桩基横系梁之间的高度段，将桩径1.2m的旧桩扩大至1.6m，并在桩周按普通钻孔灌注桩配置钢筋，纵向钢筋伸入承台内，在原桩的四周植入钢筋并与新设的纵向钢筋相接。使新增纵筋、旧桩植筋和承台钢筋一起，形成锚块骨架。新增截面混凝土与承台浇筑成整体，形成锚块。锚块构造见图2 所示。

图2微型桩与原有桩基的连接锚块构造单位： cm

(4) 微型桩设计。

考虑用微型桩补充原桥墩桩基的不足，并使原桩基与微型桩共同承受桥墩竖向荷载。按桥墩单桩最大外力和最不利冲刷情况考虑，原桥墩每根桩设置4根微型桩，若平均每根微型桩要承担的外荷载为P ′，则有：P ′= ( Pmax - [P ]桩)/4 = (352.9 - 178)/4 =43.72 t，考虑偏载后Pmax′= 61.2 t。

微型桩的桩径采用φ30 cm ，考虑到微型桩的口径较小，忽略桩尖承载力，按摩擦桩计算，若每根微型桩的有效入土深度为L′，则有：L ′= 2 Pmax′/U .TP

因微型桩施工是采用压力注浆，尤其对于砂砾土及风化岩而言，实际注浆量与理论注浆量之比可达2.1～3.5，这意味着微型桩注浆后，多余的浆液将在桩周形成“桩瘤”，或进入桩周土层，对土层起固结作用，使桩周土的极限摩擦力增大。根据河床工程地质情况，按规范中关于摩擦桩的有关规定，并取大值计算得TP = 168.8 kPa，U = 0.942 m，则可算得微型的有效长度：L′= 7.7 m，取8 m。考虑3m的冲刷深度，则微型桩的实际施工长度为12m。采用φ20cm的钢管作微型桩的加劲骨架。

1.2、微型桩的施工

微型桩的施工工序为：围堰成孔清孔安放φ20钢管压浆成桩安放微型桩顶板植筋和设置承台及锚块钢筋浇筑承台与锚块。

(1) 清孔：水冲清孔。

(2) 围堰：采用双层草袋围堰。

(3) 成孔：采用地质钻泥浆循环护壁成孔，穿过砂砾层采用钢护筒护孔。

(4) 压浆成桩：先向孔内抛入粒径为1～3cm的小石子，然后向钢管内注入水泥砂浆，直到满溢为止。注浆压力不小于0.3M Pa，水灰比采用1.7。为了尽可能地减少钻孔对原桩基的不良影响，同一桩基的4根微型桩，应逐根施工，待先完成的桩达到一定强度后，再行第2 根桩的施工。

(5) 安放φ20钢管：由于桥下净空的限制，钢管须分3节安放。第1节、第2节长4.5～5m，第3节视各桩实际长度而定。先将第1节放入孔内， 然后与第2节焊接⋯。第1节钢管在底端2m范围内， 四周钻出φ2cm的压浆孔，间距为30cm，用气囊密封器密封；钢管底端与桩孔底留出5 cm的间隙，以保证浆液顺利地通过管底向上翻出。

(6) 浇筑承台与锚块： 微型桩加固成功与否，承台与锚块是关键，它是新老桩紧密合作的保证。为了加强微桩与承台的联结，在钢管的顶部焊接φ40厚为3mm的钢板，并在钢管的四周焊接4块耳板以加强钢板的刚度。另外，在布设承台钢筋的同时，布设锚块钢筋，并在旧桩外露部分植入钢筋， 使植筋、承台钢筋及锚块钢筋联成整体骨架。在浇筑混凝土时，须将旧混凝土接触面去除碳化表层，露出新鲜骨料；对有钢筋锈蚀现象的桩基，须凿除保护层，对钢筋除锈后，在接触面涂上一层E200界面胶，才可浇注混凝土。

2、微型桩施工方法与特点

与普通钻孔灌注桩相比，所不同的是，由于微型桩口径较小，须用不同的钻孔机具成孔，而且，微型桩须采用压力灌浆。与普通钻孔灌注桩相比，微型桩更为灵活方便，可根据使用的目的不同而灵活布置。

微型桩的施工方法一般如下：

(1) 成孔：一般可采用地质钻机进行钻孔，根据不同的工程地质情况，可以采用干成孔或循环泥浆护壁成孔。

(2) 清孔：如采用循环泥浆成孔，则钻至所需深度后，用冲水清孔；如采用干成孔时，则需反复提钻取土清孔。

(3) 植入加劲钢材及注浆管：清孔完成后，须立即植入加劲钢材和注浆导管，其中加劲钢材，可以根据设计使用的不同目的，而采用钢筋笼(孔径较大时)、单根钢筋(孔径较小时)、钢管或其他型钢。

(4) 压力灌浆：可以先向孔内投入粒径为1～3cm的碎石，然后，向孔内灌注纯水泥浆或水泥砂浆，也可以不投入碎石而直接向孔内用压力灌注水泥砂浆。若采用套管灌浆时，在拔除套管的同时，施加压力将浆液压入土层中，直到满溢为止。注浆的压力一般可采用0.3～0.5M Pa，视具体的工程地质情况做适当的调整。

微型桩的主要特点是：工作场地要求低，承载力高，沉降量小，施工时对构造物的正常使用影响较小，是建筑物基础加固的好方法。

(1) 能穿透各种障碍物，适用于各种不同的土质条件。

(2) 渗透性压力灌浆对桩周土壤产生固结效果，且立竿见影。

(3) 施工迅速安全，施工机具小，用普通的地质钻机甚至是手摇钻就能成孔。

(4) 布置灵活方便，可根据需要或垂直或斜布，也可成排布置或交叉成网状布置。

(5) 所需施工场地较小，在平面尺寸为1.1 m×2.5m和净空高度2.5 m，即可施工，且桩孔距构造物边缘最近距离小，仅为35cm。

(6) 网状布置的微型桩群桩体系具有较好的承载能力，群桩中的单桩可以承受拉应力、压应力、剪力和弯曲应力。

(7) 桩孔孔径小，因而对基础和地基土产生的附加应力甚微，施工时对原有基础影响小；不干扰构造物的正常使用。

(8) 竖直承载力高，根据有关文献的研究结果，一根直径为14cm长度为417m，桩端进入密实中砂层的微型桩的极限承载力为835 kN；完全埋入土中的微型桩，能提供910 kN的安全工作荷载。当微型桩支承在岩层中时，能够承受的安全工作荷载可高达2 720 kN。

(9) 竖直受荷沉降量小，根据有关方面的单桩静载试验结果，一根桩端进入硬塑粘性土长为7 m 的微型桩，当荷载加至314 kN时，桩顶沉降仅为318 mm；而一根桩端进入砂状强风化岩长度为11 m 的微型桩，当荷载加至648 kN时，桩顶沉降仅为2.2 mm。

3、结束语

综上所述，微型桩用途广泛，应用历史悠久，在土建工程中积累了不少的经验，不管是在基础托换或基坑支护，还是边坡防治，均有不少的成功实例可以借鉴。由于微型桩的施工工艺并不复杂，造价也不高，在公路桥梁工程中，特别是在旧桥基础加固，高填、深挖路基边坡的滑坡防治，路基挡土墙地基处理及旧墙基础加固方面，均可大有作为，值得大力推广应用。微型桩采用压力灌浆，使桩与土体的关系变得更为复杂，到目前为止，微型桩的设计计算尚未形成系统的理论，其配置桩径、桩长等，仍然依赖于实践和经验。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。