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【摘 要】本文针对芙蓉江特大桥双柱墩中存在一根嵌岩一根摩擦桩的变更设计，进行了多方案比选，最终确定对摩擦桩基底采用注浆法使软弱层变为持力层的方案，达到预期效果。注浆法具有成本低、工期短等优点，可为类似既有桥梁桩基的设计和施工提供参考。
【关键词】双柱墩；持力层；注浆；沉降量
随着我国山区公路建设的快速发展，山区公路桥梁的比重相应加大。在地质条件复杂的山区，设计依据的地质详勘因各种因素往往与实际情况有所出入，故桥梁下部结构的变更设计和施工也就显得尤为重要。从芙蓉江特大桥施工阶段的钻孔地质来看，详勘阶段的小直径钻孔抽芯资料不能很好地反映实际桥梁桩基的地质情况。本文针对芙蓉江特大桥双柱墩中已按一根嵌岩和一根摩擦桩施工的情况，对后续设计的多种变更方案进行了分析，最终确定对摩擦桩基底采用注浆的施工工艺,并对该桥的注浆方案作出评价。
１．工程概况
重庆武隆至贵州务川二级公路属于山区公路，B2工区芙蓉江特大桥位于云贵高原大娄山系的延伸部分和川东平行褶皱地带的过渡区域。该桥起始端为武隆县浩口乡浩口村，终点为彭水县大垭乡的刘露垭。桥起点为K29+639.4，终点为K30+178.33,桥全长538.933m，桥型为主桥132+230+132m预应力混凝土连续刚构桥。桥梁宽度为：1.0m（人行道）+7.0m（行车道）+1.0m（人行道）=9.0m。设计荷载为公路-Ⅱ级。
地质详勘显示桥位区地层主要为寒武系上统毛田组白云质灰岩、灰岩、第四系更新统冰水堆积含卵砾红粘土和卵漂石，冲沟地带堆积冲洪积层卵石质土，岩溶为区内主要不良地质现象。依据该桥的地质详勘资料，桥梁桩基按嵌岩桩设计。
与该桥起点处桥台顺接的桩承式挡墙的一根挖孔桩，开挖后呈现一个孔位在投影面上有一半为岩石，一半为软弱层的现象。施工图详勘采用的钻孔直径为110mm钻头，而桥梁桩基的直径为2.1m。这种以点代面的方式，在本桥位处显得有些失真。
在施工阶段，该桥右线1#、4#桩，左线3#、7#、8#、11#桩，每排各有一根桩按原设计的嵌岩桩终孔浇注。可是施工另外一根桩时，现场地质与详勘有出入，施工时遇到溶洞，出现多次漏浆、塌孔。设计单位在得到施工单位钻孔的地质资料后，为避免再次塌孔，决定按摩擦桩终孔浇注，确定了摩擦桩最小桩长。由于现场地质条件复杂，如果不能确定摩擦桩的沉降量则会为后续施工和运营阶段埋下安全隐患，且相关规范规定不宜采用双柱墩中同时存在嵌岩桩和摩擦桩的方案，因此只能对后续工作进行变更设计。
2.变更设计方案拟定
2.1 既有摩擦桩静载试验
单桩竖向静载试验是以一固定时间段的沉降量作为稳定标准，通过施加不同大小的荷载，测读桩身的沉降量，从而得出荷载与沉降量的关系曲线，通过试验数据的判读来确定桩的承载力大小。
考虑到桥位处地质条件复杂，试桩不一定能代表实际已经浇注的桩的情况，因此不能采用试桩来加载。
常用的静载试验装置有堆载反力梁装置和锚桩反力梁装置。前者安装过程耗时，加载重量大，现场搭设工作平台的空间受到制约，加载重量的准备和运输都受到限制；而后者要设置锚桩，影响正常工期，又不经济。
况且两者都面临一个共同的问题：安装都存在一个对中的问题，如果反力作用点偏离了桩头的中心位置，轻则使试验数据失真，重则会使桩遭到破坏。此外，如果加载后测得承载力不满足设计要求，还得对桩基进行处理，那么即耽误了工期，又增加了工程费用，且非弹性变形无法在该方案下完全消除。综合以上因素，拟通过静载试验达到基本消除桩基的非弹性变形并测定桩基承载力的方案被否定。
2.2变地系梁为承台
由承台进行桩基的力的转换。考虑到双柱墩中摩擦桩沉降量较嵌岩桩的大，故把与嵌岩桩相连的承台视为刚性连接，与摩擦桩相连的承台部位视为自由端，建立的模型即为悬臂结构。结合结构力学知识，发现承台抗剪切破坏所需刚度与桩底位移量有一定的比例关系。
由于该桩原设计为钻孔桩，与人工挖孔桩相比，实际地质情况掌握不是非常准确，摩擦桩的沉降量不容易通过计算确定，承台的截面尺寸和布筋根数不便于准确拟定。
该方案不能解决摩擦桩的沉降，结构安全存在隐患。同时考虑到国内华东地区某桥梁采用类似方案处理后承台被剪切破坏的实际情况，该方案也被否决。
2.3 对摩擦桩桩底注浆
复合注浆法是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序结合，发挥两种注浆技术优势的一种新型注浆技术。实际工程中，先采用高压旋喷注浆成桩柱体,再采用静压注浆增强旋喷效果,扩散加固浆液,防止固结收缩,消除注浆盲区。将复合注浆方法应用在桩基础加固中,能充分发挥静压注浆法和高压旋喷注浆法的优点,克服其缺点,适用地层范围广，加固效果好,可保证加固的成功率和安全性。
采用注浆使基底软弱层成为持力层，提高桩端承载力，尽量消除沉降量。将摩擦桩变为嵌岩桩，永久消除安全隐患。
该方案能一次性提高桩端承载力，减小沉降量，不留后患。具有成本低、工期短，不受场地制约，对周围环境无污染等优点，故最终被采纳。
3.变更设计与施工
3.1注浆步骤
3.1.1注浆钻孔施工
先采用地质钻机在摩擦桩中心进行钻孔抽芯，在桩侧1m处圆周上呈三角状均匀分布3个孔进行钻孔, 孔深比既有桩底超深4m。钻孔孔径开孔为101 mm ,终孔直径为91 mm ,钻孔垂直度保证< 1 %，如图1。
图1 桩基注浆孔位布置图
3.1.2安装孔口注浆装置
注浆孔施工完成后,在注浆孔口设置注浆装置。采用预埋设的方式将其固定在桩顶注浆孔口,用水泥浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。孔口注浆装置既要满足静压注浆要求，又要满足高压旋喷注浆管可以从其中下钻的要求。
3.1.3用清水冲洗扩孔
孔口注浆装置埋设1～2 天后,先用高压旋喷方式喷射清水，冲洗缺陷位置。喷射清水时需按设计规定的工艺参数(喷射压力、提升速度、旋转速度)进行喷射,将注浆管分段下入孔底,每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷清水采用从下而上的方式，一般采用单管旋喷注浆方式,清水一般喷射1～3 遍。经喷射清水后,可扩大喷射直径和增加固结体的强度。
3.1.4采用高压旋喷注浆方式注浆
按要求进行清水喷射洗孔和扩孔后,再采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆。将注浆管分段下入孔底后,从下而上进行旋喷注浆。旋喷注浆一般采用单管旋喷注浆方式，应考虑先从位于地势较低的孔注浆，然后依次对其他孔注浆。 3.1.5采用静压注浆方式注浆
高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口，进行静压注浆。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至达到设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2～3 次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。
3.2注浆设计参数及要求
根据芙蓉江特大桥的设计力学指标，提出以下注浆要求。
注浆材料包括：普通硅酸盐水泥（不得使用受潮结块的水泥），水泥强度等级为32.5。 纯水泥浆液水灰比采用1:1～0.5:1（开始采用较稀的浆液，随后逐渐增加浆液浓度），输送浆液流速为1.4～2.0m/s。浆液温度应保持在5～400C之间，若用热水制浆，水温不得超过40℃。注浆压力为2.0MPa。
正在注浆或已完成注浆的地区，其附近30米以内不得进行爆破作业。
注浆工程宜使用测记注浆压力、注入率等施工参数的自动记录仪。
注浆过程中若出现不能凝固现象时，可考虑掺加初凝剂或粉煤灰，但掺加量要依据试验结果而定。
3.3注浆结果
注浆完成后第20天，施工单位开始架设上部T梁，同时对墩顶沉降量进行观测，测得其中最大沉降量为0.5mm，与附近嵌岩桩结果很接近，因此判断该桥墩基本达到嵌岩桩的效果，桩基承载力满足设计要求。
4.结语
针对芙蓉江特大桥6根摩擦桩进行了变更设计，取得了较好的效果。其运用结果表明,该技术具有经济快捷、安全可行等优点，桩底注浆能较大提高基底软弱层的承载力,对既有桩基软弱地基加固有较大的应用推广价值，但变更方案要依据现场实际情况合理选定。
【参考文献】
［１］水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[P].北京:中国水利水电出版社,1994.
［２］刘泉,凌贤长,唐亮.高压喷射注浆应用与若干技术问题 [J].哈尔滨市:低温建筑技术,2007.
［３］彭振斌,胡贺松,何忠明,杨庆光.复合注浆法在桩基加固中的应用[J].北京:岩土工程界,2004.
［４］郝永峰.地基加固的复合注浆技术与应用研究 [J].武汉市:现代商贸工业,2007.
［５］莫春华.压力注浆处理桩基质量事故的方法[J].广西大学学报,2005.
［６］王志辉,刘斌,庄平辉.大直径桩端压力注浆灌注桩的承载性状试验[J].东北大学学报,2002.
［７］柳晓春,冷伍明,邓宗伟.桩底后注浆技术在亚黏土层的试验研究与分析[J].北京：铁道建筑技术,2006.
［８］简洪钰,钟钢生.砾卵石层冲孔灌注桩桩端注浆后的承载性状研究[J].铁道学报,2005.
【关键词】双柱墩；持力层；注浆；沉降量
随着我国山区公路建设的快速发展，山区公路桥梁的比重相应加大。在地质条件复杂的山区，设计依据的地质详勘因各种因素往往与实际情况有所出入，故桥梁下部结构的变更设计和施工也就显得尤为重要。从芙蓉江特大桥施工阶段的钻孔地质来看，详勘阶段的小直径钻孔抽芯资料不能很好地反映实际桥梁桩基的地质情况。本文针对芙蓉江特大桥双柱墩中已按一根嵌岩和一根摩擦桩施工的情况，对后续设计的多种变更方案进行了分析，最终确定对摩擦桩基底采用注浆的施工工艺,并对该桥的注浆方案作出评价。
１．工程概况
重庆武隆至贵州务川二级公路属于山区公路，B2工区芙蓉江特大桥位于云贵高原大娄山系的延伸部分和川东平行褶皱地带的过渡区域。该桥起始端为武隆县浩口乡浩口村，终点为彭水县大垭乡的刘露垭。桥起点为K29+639.4，终点为K30+178.33,桥全长538.933m，桥型为主桥132+230+132m预应力混凝土连续刚构桥。桥梁宽度为：1.0m（人行道）+7.0m（行车道）+1.0m（人行道）=9.0m。设计荷载为公路-Ⅱ级。
地质详勘显示桥位区地层主要为寒武系上统毛田组白云质灰岩、灰岩、第四系更新统冰水堆积含卵砾红粘土和卵漂石，冲沟地带堆积冲洪积层卵石质土，岩溶为区内主要不良地质现象。依据该桥的地质详勘资料，桥梁桩基按嵌岩桩设计。
与该桥起点处桥台顺接的桩承式挡墙的一根挖孔桩，开挖后呈现一个孔位在投影面上有一半为岩石，一半为软弱层的现象。施工图详勘采用的钻孔直径为110mm钻头，而桥梁桩基的直径为2.1m。这种以点代面的方式，在本桥位处显得有些失真。
在施工阶段，该桥右线1#、4#桩，左线3#、7#、8#、11#桩，每排各有一根桩按原设计的嵌岩桩终孔浇注。可是施工另外一根桩时，现场地质与详勘有出入，施工时遇到溶洞，出现多次漏浆、塌孔。设计单位在得到施工单位钻孔的地质资料后，为避免再次塌孔，决定按摩擦桩终孔浇注，确定了摩擦桩最小桩长。由于现场地质条件复杂，如果不能确定摩擦桩的沉降量则会为后续施工和运营阶段埋下安全隐患，且相关规范规定不宜采用双柱墩中同时存在嵌岩桩和摩擦桩的方案，因此只能对后续工作进行变更设计。
2.变更设计方案拟定
2.1 既有摩擦桩静载试验
单桩竖向静载试验是以一固定时间段的沉降量作为稳定标准，通过施加不同大小的荷载，测读桩身的沉降量，从而得出荷载与沉降量的关系曲线，通过试验数据的判读来确定桩的承载力大小。
考虑到桥位处地质条件复杂，试桩不一定能代表实际已经浇注的桩的情况，因此不能采用试桩来加载。
常用的静载试验装置有堆载反力梁装置和锚桩反力梁装置。前者安装过程耗时，加载重量大，现场搭设工作平台的空间受到制约，加载重量的准备和运输都受到限制；而后者要设置锚桩，影响正常工期，又不经济。
况且两者都面临一个共同的问题：安装都存在一个对中的问题，如果反力作用点偏离了桩头的中心位置，轻则使试验数据失真，重则会使桩遭到破坏。此外，如果加载后测得承载力不满足设计要求，还得对桩基进行处理，那么即耽误了工期，又增加了工程费用，且非弹性变形无法在该方案下完全消除。综合以上因素，拟通过静载试验达到基本消除桩基的非弹性变形并测定桩基承载力的方案被否定。
2.2变地系梁为承台
由承台进行桩基的力的转换。考虑到双柱墩中摩擦桩沉降量较嵌岩桩的大，故把与嵌岩桩相连的承台视为刚性连接，与摩擦桩相连的承台部位视为自由端，建立的模型即为悬臂结构。结合结构力学知识，发现承台抗剪切破坏所需刚度与桩底位移量有一定的比例关系。
由于该桩原设计为钻孔桩，与人工挖孔桩相比，实际地质情况掌握不是非常准确，摩擦桩的沉降量不容易通过计算确定，承台的截面尺寸和布筋根数不便于准确拟定。
该方案不能解决摩擦桩的沉降，结构安全存在隐患。同时考虑到国内华东地区某桥梁采用类似方案处理后承台被剪切破坏的实际情况，该方案也被否决。
2.3 对摩擦桩桩底注浆
复合注浆法是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序结合，发挥两种注浆技术优势的一种新型注浆技术。实际工程中，先采用高压旋喷注浆成桩柱体,再采用静压注浆增强旋喷效果,扩散加固浆液,防止固结收缩,消除注浆盲区。将复合注浆方法应用在桩基础加固中,能充分发挥静压注浆法和高压旋喷注浆法的优点,克服其缺点,适用地层范围广，加固效果好,可保证加固的成功率和安全性。
采用注浆使基底软弱层成为持力层，提高桩端承载力，尽量消除沉降量。将摩擦桩变为嵌岩桩，永久消除安全隐患。
该方案能一次性提高桩端承载力，减小沉降量，不留后患。具有成本低、工期短，不受场地制约，对周围环境无污染等优点，故最终被采纳。
3.变更设计与施工
3.1注浆步骤
3.1.1注浆钻孔施工
先采用地质钻机在摩擦桩中心进行钻孔抽芯，在桩侧1m处圆周上呈三角状均匀分布3个孔进行钻孔, 孔深比既有桩底超深4m。钻孔孔径开孔为101 mm ,终孔直径为91 mm ,钻孔垂直度保证< 1 %，如图1。
图1 桩基注浆孔位布置图
3.1.2安装孔口注浆装置
注浆孔施工完成后,在注浆孔口设置注浆装置。采用预埋设的方式将其固定在桩顶注浆孔口,用水泥浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。孔口注浆装置既要满足静压注浆要求，又要满足高压旋喷注浆管可以从其中下钻的要求。
3.1.3用清水冲洗扩孔
孔口注浆装置埋设1～2 天后,先用高压旋喷方式喷射清水，冲洗缺陷位置。喷射清水时需按设计规定的工艺参数(喷射压力、提升速度、旋转速度)进行喷射,将注浆管分段下入孔底,每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷清水采用从下而上的方式，一般采用单管旋喷注浆方式,清水一般喷射1～3 遍。经喷射清水后,可扩大喷射直径和增加固结体的强度。
3.1.4采用高压旋喷注浆方式注浆
按要求进行清水喷射洗孔和扩孔后,再采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆。将注浆管分段下入孔底后,从下而上进行旋喷注浆。旋喷注浆一般采用单管旋喷注浆方式，应考虑先从位于地势较低的孔注浆，然后依次对其他孔注浆。 3.1.5采用静压注浆方式注浆
高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口，进行静压注浆。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至达到设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2～3 次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。
3.2注浆设计参数及要求
根据芙蓉江特大桥的设计力学指标，提出以下注浆要求。
注浆材料包括：普通硅酸盐水泥（不得使用受潮结块的水泥），水泥强度等级为32.5。 纯水泥浆液水灰比采用1:1～0.5:1（开始采用较稀的浆液，随后逐渐增加浆液浓度），输送浆液流速为1.4～2.0m/s。浆液温度应保持在5～400C之间，若用热水制浆，水温不得超过40℃。注浆压力为2.0MPa。
正在注浆或已完成注浆的地区，其附近30米以内不得进行爆破作业。
注浆工程宜使用测记注浆压力、注入率等施工参数的自动记录仪。
注浆过程中若出现不能凝固现象时，可考虑掺加初凝剂或粉煤灰，但掺加量要依据试验结果而定。
3.3注浆结果
注浆完成后第20天，施工单位开始架设上部T梁，同时对墩顶沉降量进行观测，测得其中最大沉降量为0.5mm，与附近嵌岩桩结果很接近，因此判断该桥墩基本达到嵌岩桩的效果，桩基承载力满足设计要求。
4.结语
针对芙蓉江特大桥6根摩擦桩进行了变更设计，取得了较好的效果。其运用结果表明,该技术具有经济快捷、安全可行等优点，桩底注浆能较大提高基底软弱层的承载力,对既有桩基软弱地基加固有较大的应用推广价值，但变更方案要依据现场实际情况合理选定。
【参考文献】
［１］水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[P].北京:中国水利水电出版社,1994.
［２］刘泉,凌贤长,唐亮.高压喷射注浆应用与若干技术问题 [J].哈尔滨市:低温建筑技术,2007.
［３］彭振斌,胡贺松,何忠明,杨庆光.复合注浆法在桩基加固中的应用[J].北京:岩土工程界,2004.
［４］郝永峰.地基加固的复合注浆技术与应用研究 [J].武汉市:现代商贸工业,2007.
［５］莫春华.压力注浆处理桩基质量事故的方法[J].广西大学学报,2005.
［６］王志辉,刘斌,庄平辉.大直径桩端压力注浆灌注桩的承载性状试验[J].东北大学学报,2002.
［７］柳晓春,冷伍明,邓宗伟.桩底后注浆技术在亚黏土层的试验研究与分析[J].北京：铁道建筑技术,2006.
［８］简洪钰,钟钢生.砾卵石层冲孔灌注桩桩端注浆后的承载性状研究[J].铁道学报,2005.