鉆孔灌注樁后壓漿技術在城市橋梁建設中的應用

摘要：鉆孔灌注樁后壓漿技術是土體加固技術與樁基施工技術的有機結合，在樁身砼達到預定強度后，用注漿泵將水泥漿或水泥與其他材料的混合漿液，通過預置于樁身中的管路壓入樁周或樁端土層中，樁周(身)壓漿會使樁土間界面的幾何和力學條件得以改善，樁端壓漿將使樁底沉渣、施工樁孔時樁端受到擾動的持力層得到有效的加固或壓密，進而提高樁的承載力。

關鍵詞： 橋梁；灌注樁；后壓漿；承載力

隨著我國城市建設的不斷發展，對樁基礎的承載力提出了更高的要求，一般方法是加大加長樁身，然而這將大大提高單樁的成本和施工難度，同時由于鉆孔灌注樁施工工藝本身存在的缺陷，尤其是鉆孔灌注樁樁底存在的沉渣很大程度上影響著樁的承載力。鉆孔灌注樁后壓漿技術很好地解決樁基施工工藝本身存在的缺陷，縮短了樁長并提高了樁的承載力。在某立交工程的施工中，我們采用鉆孔灌注樁后壓漿技術并取得了很好的效果。

1、設計概況

某立交工程樁基礎均為摩擦樁，共計190根，樁長分別為：35m、40m、45m、48m，灌注樁為水下C25混凝土。計劃采用后壓漿技術以縮短樁長（45m樁變為38m，40m樁變為35m），為保證施工的順利進行和結構的安全可靠，提供樁基設計和施工的科學依據，根據國家有關規范，須通過試樁確定和驗證其樁基單樁極限承載力。

2、試樁原理

自平衡測樁法是在樁身平衡點位置安設荷載箱，沿垂直方向加載，即可同時測得荷載箱上、下部各自承載力。

自平衡測樁法的主要裝置是一種經特別設計可用于加載的荷載箱，主要由活塞、頂蓋、底蓋及箱壁四部分組成，頂、底蓋的外徑略小于樁的外徑，在頂、底蓋上布置位移棒，將荷載箱與鋼筋籠焊接成一體放入樁體后，即可澆筑混凝土成樁。

試驗時，在地面上通過油泵加壓，隨著壓力增加，荷載箱將同時向上、下發生變位，促使樁側阻力及樁端阻力的發揮。

試驗開始后，荷載箱產生的荷載沿著樁身軸向上、下傳遞，假設基樁受荷后，樁身結構完好，則在各級荷載下混凝土產生的應變量等于鋼筋產生的應變量，通過量測預先埋在樁體內的鋼筋應變計，可以實測到各鋼筋應變計在每級荷載作用下所得的應力-應變關系，可以推出相應樁截面的應力-應變關系，那么相應樁截面微分單元內的應變量亦可求得。由此便可求得在各級荷載作用下各樁截面的樁身軸力，摩阻力隨荷載和深度變化的傳遞規律。

3、具體施工方法

鉆孔灌注樁后壓漿技術，其包括了兩個施工過程：一是鉆孔灌注樁施工，二是后壓漿施工。

3.1、下鋼筋籠澆筑混凝土

3.1.1 地面上綁扎和焊接鋼筋籠，由施工單位負責，測試單位配合，位移棒外護管、聲測管連接用套筒圍焊，確保護管不滲泥漿，位移棒采用絲扣連接，并用管鉗擰緊，與鋼筋籠綁扎成整體，

3.1.2 荷載箱立放在平整地面上，吊車將上節鋼筋籠吊起與荷載箱上頂板焊接，保證鋼筋籠與荷載箱在同一水平線上，再點焊喇叭筋，喇叭筋上端與主筋，下端與內圓邊緣點焊，保證荷載箱水平度小于3%，然后荷載箱下底板與下節鋼筋籠連接，焊接下喇叭筋。

3.1.3 試樁混凝土標高同工程樁，導管通過荷載箱到達樁端澆筑混凝土，當混凝土接近荷載箱時，拔導管速度應放慢，當荷載箱上部混凝土大于2.5米時導管底端方可拔過荷載箱，澆混凝土至設計樁頂，荷載箱下部混凝土塌落度宜大于200mm，便于混凝土在荷載箱處上翻。

3.1.4 埋完荷載箱，保護油管及鋼管封頭（用鋼板焊，防止水泥漿漏入）。

3.1.5 澆筑混凝土時，要求制作一定數量的試塊，待測試時作混凝土強度，彈性模量試驗。

3.1.6 試樁周圍10米內不得有較大震動，采用一根平衡梁作為基準梁，用I32a工字鋼，平衡梁兩端間距至少大于8米，一端焊接在基準樁上，一端自由支撐于基準樁上，基準樁采用I32a工字鋼打入地面深度至少大于3米。

3.2、壓漿

3.2.1、作用原理：

在施工灌注樁時將鋼管沿樁鋼筋籠內壁埋設，樁混凝土強度滿足要求后，將水泥漿液通過鋼管由壓力作用壓入樁端的孔隙中，使得原本松散的沉渣、碎石、土粒和縫隙膠結成一個高強度的結合體。水泥漿液在壓力作用下由樁端沿孔隙里向四周擴散，對于單樁區域，向四周擴散相當于增加了端部的直徑，向下擴散相當于增加了樁長；群樁區域所有的漿液連成一片，使得樁底層成為一個整體，從而使得原來不滿足要求的持力層滿足結構承載力的要求。在鉆孔灌注樁施工過程中，無論如何清孔，孔底都會留有或多或少的沉渣；在初灌時，混凝土從細長的導管落下，因落差太大造成樁底部位的混凝土離析形成粗骨料堆集；孔壁的泥皮阻礙了樁身與樁周土的結合，降低了摩擦系數，以上幾點都影響到灌注樁的樁端承載力和側壁摩阻力。漿液壓入樁端后首先和樁端的沉渣、離析的粗骨料相結合，增強該部分的密實程度，提高了承載力；漿液沿著樁身和土層的結合層上返，消除了泥皮，提高了樁側摩阻力，同時漿液橫向滲透到樁側土層中也起到了加大樁徑的作用。以上幾點均對提高灌注樁的單樁承載力起到不可忽視的作用。

3.2.2、壓漿參數的設定

壓漿參數主要包括壓漿水灰比、壓漿量以及壓漿壓力，由于地質條件的不同，不同工程就有不同的參數。因此在樁施工前，應該根據以往工程的實踐情況，先設定參數，然后根據設定的參數，進行試樁的施工，試樁完成后達到設計的強度，進行樁的靜載試驗，最終確定試驗參數。

① 水灰比：水灰比取決于土層，根據土的飽和度和滲透性確定。水泥漿性能要求：

a 壓漿水泥采用Po42.5MPa普通硅酸鹽無結塊的雙檢水泥。

b 強度要求：7天強度不小于5.0 Mpa。

c 水泥漿性能要求：漿液的水灰比0.5-0.7，隨著壓漿的進程先稀后濃；

d 嚴格控制漿液配比，攪拌時間不少于2min，漿液進入儲漿桶時必須用16目紗網進行2次過濾，防止雜物堵塞壓漿孔及管路。

e外加劑：摻入2-3%U型微膨脹劑。

②壓漿量：

a 總壓漿量：每根樁總壓漿量為3.75t；

b 壓漿量分配：分三批連續壓漿。每根壓漿管壓入水泥漿1.25t，分三批連續從三根壓漿管壓入。

c壓漿流量: <75L/min；

③壓漿壓力：工作壓力3.0Mpa，控制最大壓力6.0 MPa；持荷時間5min。

3.2.3、施工要點

①壓漿管的制作

在制作鋼筋籠的同時制作壓漿管（利用聲測管）。壓漿管采用直徑為Φ57mm 的鋼管制作，接頭采用絲扣連接，下口用鋼板圍焊封閉嚴密，上口用木塞堵死。壓漿管長度比樁身長度多出約50cm，在樁底部伸出20cm，上部高出樁頂混凝土面20～30cm 但不得露出地面以便于保護。壓漿管在最下部20cm制作成壓漿噴頭，在該部分采用鉆頭均勻鉆出4 排(每排4 個) 、間距3cm、直徑3mm的壓漿孔作為壓漿噴頭；其構成由三層組成：第一層用能將壓漿孔堵嚴圖釘，第二層在外面套上同直徑的自行車內胎，第三層在兩端用膠帶封嚴；這樣壓漿噴頭就形成了一個簡易的單向裝置:當注漿時壓漿管中壓力將車胎迸裂、圖釘彈出，水泥漿通過注漿孔和圖釘的孔隙壓入土層中，而混凝土灌注時該裝置又保證混凝土漿不會將壓漿管堵塞。

②壓漿管的布置

將3根壓漿管對稱綁在鋼筋籠內側，在鋼筋籠吊裝安放過程中要注意對壓漿管的保護，鋼筋籠不得扭曲，以免造成壓漿管在絲扣連接處松動，噴頭部分應加混凝土墊塊保護，不得摩擦孔壁以免車胎破裂造成壓漿孔的堵塞。按照規范要求灌注混凝土。

壓漿管布置原則：

a 保證壓漿的均勻性。

b 便于安裝和保護。

按照上述原則，壓漿管均沿鋼筋籠均勻布置，并綁扎在鋼筋籠內側。

③壓漿施工順序

壓漿時最好采用整個承臺群樁一次性壓漿，壓漿先施工周圈樁位再施工中間樁；壓漿時采用2 根樁循環壓漿，即先壓第1根樁的A管，壓完后再壓另1根樁的A管，然后依次為第1 根樁的B管和第2根樁的B管，這樣就能保證同一根樁2根管壓漿時間間隔30min以上，給水泥漿一個在持力土層中有擴散的時間。壓漿時應做好施工記錄，記錄的內容應包括施工時間、壓漿開始及結束時間、壓漿數量以及出現的異常情況和處理的措施等。

3.2.4、施工技術要求及注意事項：

壓漿作業時，流量宜控制在30-50L/min，原則上先稀后稠；被壓漿樁離正在成孔成樁作業的樁的距離不宜小于10倍樁徑；壓漿時，應對同一根樁的每個壓漿管依次實施等量壓漿。

后壓漿施工過程中，要經常檢查各項施工工藝參數，有異常則相應處理。每次壓漿結束后，及時清洗高壓壓漿管、泵、攪拌機等設備。

在混凝土澆注24-48h內用高壓水從壓漿管壓入，將橡膠皮撕裂；在超聲波檢測結束和混凝土強度達到設計強度80%以上時，即可向管內壓漿。

當有壓漿管壓漿量達不到設計要求而壓力值很高無法壓漿時，其未壓入的水泥量由其余管均勻分配壓入；如果長時間壓力值低于正常值、地面冒漿、周圍樁孔串漿則改為間歇壓漿，時間不宜過長，否則會引起管內因凝結而堵管，如果時間很長，則向管內壓入清水清洗導管和樁端壓漿裝置。

終止壓漿總的控制原則是以壓漿量為主，壓力控制為輔。只要滿足一下三個條件之一，就可終止壓漿：

a、壓漿量達到設計要求。

b、壓漿總量達到設計值的80%，且壓漿壓力達到設計值的150%并維持5min以上。

3.2.5、經過試樁階段的測試后，通過對試驗數據的整理分析，得出如下結論：

11-g檢測樁極限承載力為10539KN；特征值5269KN；

11-f檢測樁極限承載力為13731KN；特征值6866KN。滿足承載力要求

3.2.5、壓漿施工中出現的問題和相應措施

① 噴頭打不開

壓力達到10MPa 以上仍然打不開壓漿噴頭，說明噴頭部位已經損壞，不要強行增加壓力，可在另一根管中補足壓漿數量。

② 出現冒漿

壓漿時常會發生水泥漿沿著樁側或在其他部位冒漿的現象，若水泥漿液是在其他樁或者地面上冒出，說明樁底已經飽和，可以停止壓漿;若從本樁側壁冒漿，壓漿量也滿足或接近了設計要求，可以停止壓漿;若從本樁側壁冒漿且壓漿量較少，可將該壓漿管用清水或用壓力水沖洗干凈，等到第2 天原來壓入的水泥漿液終凝固化、堵塞冒漿的毛細孔道時再重新壓漿。

③單樁壓漿量不足

壓漿時最好采用整個承臺群樁一次性壓漿，壓漿先施工周圈樁形成一個封閉圈，再施工中間，能保證中間樁位的壓漿質量，若出現個別樁壓漿量達不到設計要求，可視情況加大臨近樁的壓漿量作為補充。

4、總結

鉆孔灌注樁采用后壓漿工藝后，其承載力得到大幅度的提高且沉降明顯減少，具有顯著的經濟效益和良好的社會效益，值得在工程中推廣應用。