專利名稱：一種微型應(yīng)力隔離樁基礎(chǔ)加固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在既有城市橋梁樁基下進(jìn)行地下空間施工而采取的橋基加固技術(shù)，尤 其涉及能起到應(yīng)力隔離作用的微型樁。
背景技術(shù)：
在土木工程建設(shè)中，當(dāng)?shù)叵鹿こ淌┕び绊懙郊扔袠蚧€(wěn)定性需要對其進(jìn)行加固時，傳 統(tǒng)的方法有擴(kuò)大承臺增加深樁(陳永栓.北京地鐵10號線國貿(mào)站北風(fēng)道59號橋基加固施工 技術(shù).探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007 (6) :24-26.)、常規(guī)隔離樁(賈喜濤.暗挖隧道過既 有建筑物采用隔離樁法施工分析.隧道建設(shè)26(1):25-26.)、樹根樁(中國建筑科學(xué)研究 院.既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范(JGJ123-2000).中國建筑工業(yè)出版社出版，2000，北 京)、樁底注漿(朱玉明.砂卵石地層超前注漿加固與樁基保護(hù)施工技術(shù).市政技 術(shù)，2008(1) :22-26.)等加固措施。
擴(kuò)大承臺增加深樁就是在地面選擇合適的地點打設(shè)深樁，深樁的長度達(dá)一定巖(土)層 后，通過后植筋技術(shù)將承臺擴(kuò)大，并將部分荷載轉(zhuǎn)移至新增設(shè)的深樁上，使之與原樁基共 同受力， 一起抵抗變形；樹根樁即用旋轉(zhuǎn)法鉆進(jìn)成孔，穿過原有建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)入地基土 中至設(shè)計標(biāo)高，清孔后下放鋼筋再用壓力灌注漿成直樁或者斜樁；而樁底壓力注漿主要是 對樁底地基土進(jìn)行注漿提高其模量的一種方法。樁底注漿可提高樁底土層的端承作用，但 由于其自身剛度受限,對樁周土體制約能力較弱。當(dāng)?shù)叵驴臻g開挖在樁基礎(chǔ)下施工或者距 離樁基很近時，擴(kuò)大承臺增加深樁和樹根樁法在應(yīng)用上受到限制，這時可以采用隔離樁技 術(shù)進(jìn)行即有橋基的加固，隔離樁技術(shù)一般是圍繞原樁基四周打一圈工程樁或鋼板樁進(jìn)行隔 離，其施工方法是首先采用人工挖孔或者機(jī)械作業(yè)方式成孔，然后綁扎鋼筋籠放入孔中再 灌注混凝土成樁，或者采用機(jī)械振動或靜壓的方法將預(yù)制樁打入既有橋基周圍土層來保護(hù) 橋梁基礎(chǔ)。但傳統(tǒng)的隔離樁技術(shù)在具體實施時有如下困難
(1) 城市橋梁凈空一般較低，沒有施工空間，無法架設(shè)大型成樁設(shè)備，傳統(tǒng)圍護(hù)樁施 工工藝如鉆孔灌注樁施工機(jī)械安置及鋼筋籠拼接受到很大限制；
(2) 在原有樁基周圍或基礎(chǔ)上打樁，會造成土的結(jié)構(gòu)被擾動，進(jìn)而導(dǎo)致原橋樁摩阻力下降，尤其是土層中存在穩(wěn)定性較差的礫卵石層和粉砂層的情況，擾動更為明顯； (3)傳統(tǒng)方案施工工期長，施工費(fèi)用過高。
鑒于上述原因，在既有城市橋梁樁基下進(jìn)行地鐵施工，采取的橋基加固技術(shù)必須打破 常規(guī)，采用一種既有可實施性，又能滿足安全要求的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)加固方法的不足，本發(fā)明提供一種城市橋梁既有樁基的微型應(yīng)力隔離樁 加固方法，在有限施工空間下，不僅可以減少施工對土體擾動，而且施工便捷、經(jīng)濟(jì)高效。
本方法是在既有樁基周圍打設(shè)微型應(yīng)力隔離樁，將微型應(yīng)力隔離樁包圍范圍內(nèi)的既有 樁基下的地層與微型應(yīng)力隔離樁包圍范圍以外的地層進(jìn)行隔離；實施分層高壓注漿，通過 高壓注漿，樁和樁之間由于槳液的擴(kuò)散而連為整體，形成一道隔離墻，使地下開挖空間潛 在破壞面的應(yīng)力傳遞至微型應(yīng)力樁處被隔離，具體步驟是
(a)測量放線，樁定位，在既有橋梁基礎(chǔ)周圍打設(shè)微型應(yīng)力隔離樁，將微型應(yīng)力隔 離樁包圍范圍內(nèi)的橋基下的地層與其包圍范圍以外的地層(通常為新建地下結(jié)構(gòu)空間)進(jìn) 行隔離，使因地下空間開挖造成的土體破裂面不致延伸到橋梁基礎(chǔ)下方的地基。
微型應(yīng)力隔離樁可以單排打設(shè)，也可以多排打設(shè)，距離既有樁承臺周邊可取O. 1-0. 15m 或視具體工程而定；樁徑O. 15-0. 25m，樁間距可取1.0-1.2m，排距取0.8-l.Om;樁長度以 超過開挖地下空間底部2. 0-3. Om為準(zhǔn)。
(b) 桿體制作與連接；
(c) 采用干法作業(yè)的套管跟進(jìn)設(shè)備成孔，作業(yè)時進(jìn)行間隔施做，先外排，后內(nèi)排；
(d) 成孔后采用簡易支撐架吊放桿體，人工配合就位；
(e) 桿體就位后，拔出鉆孔套管進(jìn)行分層高壓注漿，注漿分層視樁周具體土層和工程 需要而定，每層注漿分三次進(jìn)行，注漿采用42.5或52.5級普通硅酸鹽水泥，摻加萬分之4-8 的微膨脹劑，注漿參數(shù)可參考下值第一次注漿采用常壓注漿，注漿壓力O. 5-0.6MPa，孔
口溢漿時結(jié)束本次注漿，水泥漿水灰比0.5: 1;第二次注漿采用中高壓注漿，注漿壓力
1.2-1.5MPa，在第一次注漿完成后10 15h進(jìn)行，水泥漿水灰比O. 75: 1;第三次注漿壓力 L8-2.0MPa，在第二次注漿完成后5 10h進(jìn)行，水泥漿水灰比0.75: 1，上述注漿參數(shù)可 根據(jù)工程實際作適當(dāng)調(diào)整；
(f) 全部注漿完成后形成微型應(yīng)力隔離樁，隔離樁的存在使原樁土界面的應(yīng)力損失小 于15%。
本發(fā)明的特點在于-1、 成樁過程中分層高壓注漿的實施，形成比原地層強(qiáng)度大的小直徑樁體，同時注漿 液滲入地層，與原地基土結(jié)合后能明顯改善土體的物理力學(xué)性質(zhì)。通過高壓注槳，樁和樁 之間由于漿液的擴(kuò)散而連為整體，變成了一道隔離墻，其不僅具有較高的橫向承載力，控 制橋基的橫向變形，還可以有效地阻止地鐵開挖所引起的周圍土體位移向原樁體的轉(zhuǎn)移， 減緩原樁承載力的下降，有效地抑制由于地鐵的開挖而引起的原橋樁沉降。當(dāng)注漿目標(biāo)地 層位于橋梁樁底時，不僅提高了原有基礎(chǔ)樁樁周摩擦力，還提高了樁端阻力。
2、 高壓注漿的實施，漿液的擴(kuò)散不僅加固了微型應(yīng)力隔離樁本身，而且更重要的是
通過漿液的劈裂、壓密和滲透，對既有橋樁體周圍的土體進(jìn)行了加固，使樁側(cè)及樁端阻力 和土層的承載力與變形模量均有相當(dāng)幅度的提高，增大了原橋樁的摩阻力，提高了其承載 能力。
3、 微型應(yīng)力隔離樁集中了微型樁、隔離墻、高壓注漿等各自的特點，其不同于一般 工程隔離樁單純的隔離作用作為樁，它在垂直方向上又不受力，但連成一片則發(fā)揮了隔 離墻的作用；作為墻，它又是由單根微型樁組成的；而高壓注漿的實施，又是樁一墻效應(yīng) 必不可少的有效媒介，更重要的是，高壓注漿又起到了對周圍土體的加固改性作用。
本發(fā)明的有益效果是可以在有限施工空間下，釆用便捷設(shè)備對城市橋梁既有樁基進(jìn) 行有效加固。通過采用微型應(yīng)力隔離樁，開挖空間潛在破壞面的應(yīng)力傳遞在微型應(yīng)力隔離 樁處被隔離，周圍土層被注漿加固后呈現(xiàn)空間受壓狀態(tài)，原橋基下的地基具有復(fù)合地基的 力學(xué)性狀。


圖l是微型應(yīng)力隔離樁加固原有橋基的平面圖。
圖2是微型應(yīng)力隔離樁平剖圖。
圖3是微型應(yīng)力隔離樁加固原有橋基的剖面圖。
圖中，l為原有橋樁基，2為承臺，3為微型應(yīng)力隔離樁，4為地鐵隧道，5為開挖潛在 破壞面，6為定位支撐，7為隔離內(nèi)環(huán)，8為縱向螺紋鋼筋，9為隧道周圍注漿區(qū)，IO為橋樁 底部注槳區(qū)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
在圖1中，從地面上在橋樁基1和承臺2周圍打設(shè)微型應(yīng)力隔離樁3，微型應(yīng)力隔離樁可 以單排，也可以多排。
在圖2中，每根微型應(yīng)力隔離樁3的桿體由定位支撐6、隔離內(nèi)環(huán)7和2-5根縱向螺紋鋼筋
58構(gòu)成。
具體實施中采用干法作業(yè)的套管跟進(jìn)設(shè)備成孔，采用簡易支撐架吊放，人工配合就位。 桿體就位后，拔出鉆孔套管準(zhǔn)備注槳。
在圖3中，微型應(yīng)力隔離樁3樁徑一般取0.15-0.25m，間距和排距根據(jù)具體工程確定， 一般間距可取1.0-1.2m，排距取0.8-l.Om，樁長度以超過開挖地鐵隧道4底板2. 0-3. Om為 準(zhǔn)。
微型應(yīng)力隔離樁3在安裝過程中，由于實施分層高壓注槳，通過注漿將樁連成一片形成 隔離墻，使開挖空間潛在破壞面5的應(yīng)力傳遞在微型應(yīng)力隔離樁3處被隔離。
為提高加固效果，在進(jìn)行微型應(yīng)力隔離樁3加固的同時，在開挖地鐵隧道4洞室周圍實 施注漿加固，在隧道周圍形成注漿區(qū)9，并在原有橋樁底部注漿，形成注漿區(qū)IO，以提高 地基的承載能力，也起到減少施工對樁底土層擾動的作用。
以地下隧道穿過立交橋工程的加固為例說明本發(fā)明
隧道開挖底面在既有橋樁樁底標(biāo)高以，橋原有樁基持力層位于地鐵開挖破裂面之上， 地層由填土、粘性土、粉土、粉細(xì)砂、中粗砂、圓礫卵石及中細(xì)砂等交互沉積而成，施工 擾動將對地基土強(qiáng)度影響很大。直接開挖將導(dǎo)致既有橋基產(chǎn)生較大沉降，嚴(yán)重影響到橋樁 的穩(wěn)定性，為此需要對既有橋樁進(jìn)行加固。
橋樁所在橋面位置較低時，操作空間很小。傳統(tǒng)隔離樁施工工藝如鉆孔灌注樁施工機(jī) 械安置及鋼筋籠拼接等均受到很大限制，且對樁底的卵石圓礫層加固作用不大。采用本發(fā) 明提出的微型應(yīng)力隔離樁加固，在橋墩基礎(chǔ)周圍采用內(nèi)外雙排微型應(yīng)力隔離樁進(jìn)行加固， 作為圍護(hù)橋樁結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際工程情況確定樁長、間距、內(nèi)外排間距等參數(shù)，并對樁底周 圍進(jìn)行注漿加固，具體加固過程為
(1) 平整施工場地，測量放線、樁定位，微型應(yīng)力隔離樁兩排打設(shè)，距離既有樁承臺 周邊取O. 15m，樁徑O. 15m，樁間距取l. 2m，排距取l. Om;
(2) 桿體制作與連接，每根桿體由3根^22mm螺紋鋼構(gòu)成；
(3) 采用干法作業(yè)的套管跟進(jìn)設(shè)備成孔，作業(yè)時進(jìn)行間隔施做，先外排，后內(nèi)排。微 型應(yīng)力隔離樁深度超過開挖隧道底板2. 5m的距離；
(4) 成孔后采用簡易支撐架吊放安裝桿體，人工配合就位。
(5) 桿體安裝過程中，實施分層高壓注漿。每層實施三次注漿，注漿采用三根注漿管， 注漿管直徑18-20ram，注漿管在需要加固的土層范圍內(nèi)每隔一定距離在同一斷面上設(shè)置四 個出漿孔，出漿孔直徑4mm。同時，在隧道開挖過程中對洞室周圍實施注漿加固地層，改
6善地層的物理力學(xué)指標(biāo)，以減少地層的松動范圍，從而達(dá)到減少地層變形的目的。
注漿采用42.5或52.5級普通硅酸鹽水泥，摻加萬分之5的微膨脹劑，注漿參數(shù)為第一 次注漿采用常壓注漿，注漿壓力0.6MPa,孔口溢漿時結(jié)束本次注漿，水泥漿水灰比0.5: 1; 第二次注漿采用中高壓注漿，注漿壓力1.4MPa，在第一次注漿完成后12h進(jìn)行，水泥漿水 灰比0.75: 1;第三次注漿壓力2.0MPa，在第二次注漿完成后7h進(jìn)行，水泥漿水灰比0.75: 1。
(6)全部注漿完成后即形成微型應(yīng)力隔離樁加固體系，原樁土界面的應(yīng)力損失小于
15%。
采用本加固方法，施工機(jī)械靈活，噪音小，無水作業(yè)，環(huán)境保持好，非常適合城市施 工，且自身有較強(qiáng)的剛度以及可進(jìn)行樁底注漿，能起到樁身圍護(hù)及樁底加固以提高承載力 的作用。
權(quán)利要求
1、一種微型應(yīng)力隔離樁基礎(chǔ)加固方法，其特征在于，在既有樁基周圍打設(shè)微型應(yīng)力隔離樁，將微型應(yīng)力隔離樁包圍范圍內(nèi)的既有樁基下的地層與微型應(yīng)力隔離樁包圍范圍以外的地層進(jìn)行隔離；實施分層高壓注漿，通過高壓注漿，微型應(yīng)力隔離樁之間連為整體，使地下開挖空間潛在破壞面的應(yīng)力傳遞至微型應(yīng)力樁處被隔離。
2、 如權(quán)利要求l所述的加固方法，其特征在于，微型應(yīng)力隔離樁單排打設(shè)或多排打設(shè)， 距離既有樁承臺周邊取O. 1-0. 15m;樁徑O. 15-0. 25m，樁間距取l. 0-1. 2m，排距取O. 8-1. 0m; 樁長度以超過開挖地下空間底部2. 0-3. 0m。
3、 如權(quán)利要求l所述的加固方法，其特征在于，分層高壓注漿是每層注漿分三次進(jìn)行， 第一次注漿采用常壓注漿，注漿壓力O. 5-0. 6MPa，孔口溢漿時結(jié)束；第二次注槳采用中高 壓注漿，注漿壓力1.2-1.5MPa，在第一次注漿完成后10 15h進(jìn)行；第三次注漿壓力 1. 8-2. OMPa，在第二次注漿完成后5 10h進(jìn)行。
4、 如權(quán)利要求l所述的加固方法，其特征在于，全部注漿完成后形成的微型應(yīng)力隔離 樁使原樁土界面的應(yīng)力損失小于15%。
全文摘要
一種微型應(yīng)力隔離樁基礎(chǔ)加固方法，涉及在既有城市橋梁樁基下進(jìn)行地下空間施工而采取的橋梁樁基加固技術(shù)。本方法是在橋梁基礎(chǔ)或承臺周圍打設(shè)微型應(yīng)力隔離樁，將其包圍范圍內(nèi)的橋基下的地層與其包圍范圍以外的地層進(jìn)行隔離。微型應(yīng)力隔離樁在施工和安裝過程中，實施分層高壓注漿，通過高壓注漿，樁和樁之間由于漿液的擴(kuò)散而連為整體，形成一道隔離墻，減少地下空間開挖導(dǎo)致的應(yīng)力重分布效應(yīng)的傳遞，避免樁側(cè)摩阻力的大幅降低，減輕原樁承載力的下降，同時可阻止周圍土體位移向原樁體的轉(zhuǎn)移，有效控制橋基橫向變形和抑制由于地下空間的開挖而引起的原橋樁沉降，實現(xiàn)在有限空間下的便捷、高效施工。
文檔編號E02D37/00GK101565955SQ20091008525
公開日2009年10月28日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者吳順川, 高永濤 申請人:北京科技大學(xué)