濕陷性黃土地層樁基后壓漿技術應用與研究

范暉 雷濤 王鵬路

0 引言

后壓漿技術是指在成樁后對樁端或樁側土體進行壓力注漿，在成樁時在樁底或樁側預置壓漿管路和壓漿裝置，待樁身達到一定強度后，通過壓漿管路，利用高壓壓漿泵壓注以水泥為主劑的漿液，壓力漿液對樁端沉渣、樁側泥皮及樁周土體起到滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結等不同作用，改變土體的物理力學性能及樁土邊界條件，從而提高了樁基的承載力，減少了沉降量。

由于黃土濕陷產生的負摩阻力對樁基的承載力是極為不利的，目前，國內外學者從負摩阻力的形成機理、計算理論進行了很多研究，并取得了很多成果，在準確計算負摩阻力的基礎上通過加大樁基尺寸來消除負摩阻力的影響，是目前常見的做法。

西安市地區地表以下相當厚土層具有濕陷性，導致樁基尺寸普遍較大。例如，西安市東北二環立交原設計樁長59 m，鉆孔深度達到了63 m。由此而產生了一系列問題，如鉆孔機械選型困難、施工難度增大等。為了合理解決這些問題，在該工程中首次引入濕陷性黃土地層中樁基后壓漿技術，通過自平衡樁基靜載荷試驗分析樁基承載力提高的效果。

1 工程概況

西安市東二環—北二環立交工程是利用世界銀行貸款實施的西安城市綜合交通改善工程，是西安市“十一五”期間的重點建設項目。

該立交場地地貌單元為渭河三級階地，地形較平坦，地面標高介于399.94 m～403.84 m之間。場地地層自上而下依次由第四系全新統人工填土(Qml4)，上更新統風積(Qeol32)黃土、殘積(Qlel3)古土壤，中更新統風積(Qeol22)黃土、沖積(Qal2)中砂、中粗砂及粉質粘土構成。據室內土工試驗結果，②層，④層黃土土樣自重濕陷系數 δzs＞0.015，濕陷系數 δs2.0＞ 0.015，均具濕陷性，場地自重濕陷量計算值Δzs介于42.0 mm～1 014.2 mm之間，綜合判定場地屬自重濕陷性黃土場地，濕陷等級為Ⅱ級(中等)～Ⅲ級(嚴重)。

2 后壓漿樁基承載力提高機理

漿液擴散機理隨土層類別、性質、上覆壓力、邊界條件等而變化，可分為充填注漿、滲透注漿、劈裂注漿、擠密注漿四種情況。在實際樁端壓漿過程中，并不是以某一種漿液擴散形式單獨作用，而是以某種擴散形式為主，其他形式為輔，同時共同作用。

2.1 減少樁底沉渣厚度，加固樁端持力層

不管樁端土性質如何，注入的漿液與樁端沉渣混合固化，凝結成一個強度高、化學性能穩定的結石體，減少沉渣厚度。同時，漿液會沿著樁端持力層的孔隙擴散和滲透，使樁端土層強度得到明顯提高，從而提高樁端阻力。對于不同的樁端土質條件，樁端壓漿加固的作用機理并不完全相同。

2.2 改善樁—土界面特征

在樁端壓漿過程中，隨著壓漿量和壓漿壓力的提高，在樁端以上一定高度內會沿著樁側泥皮上滲泛出，加固泥皮、充填樁身與樁周土體的間隙并滲入到樁周土層一定寬度范圍，漿液固結后調動起更大范圍內的樁周土體參與樁的承載力，改善了樁土接觸面的條件。

2.3 減少樁基沉降變形

在壓漿壓力作用下，樁端土層得到擠壓密實，使樁端壓縮變形部分在施工期內提前完成，減少工后的豎向壓縮變形。

3 施工工藝及方法

本工程橋梁樁基為φ150 cm灌注樁，樁長45 m，全橋樁基共計340根，全部采用后壓漿技術進行處理。

3.1 施工流程

準備工作→按設計水灰比拌制水泥漿→過濾后存于貯漿桶→用軟管將壓漿泵出漿口接至樁基壓漿管上→用清水打開壓漿閥，待管道暢通后再壓入水泥漿→檢測成樁質量。

3.2 壓漿設備及壓漿管安裝

壓漿系統主要有漿液攪拌器、帶濾網的貯漿桶、壓漿泵、預埋在鋼筋籠內側的壓漿管和壓漿閥，其中壓漿泵是實施后壓漿的主要設備。考慮到壓漿過程中流量和壓力調整方便，在該工程中選用了BW150型壓漿泵，16 MPa壓力表。泵的壓力和流量可以隨時變檔調整。

貯漿桶的容量與漿液攪拌器的攪拌能力相匹配，攪拌器漿液出口設置水泥漿濾網，避免水泥團進入貯漿桶后吸入壓漿泵導致堵管。

壓漿管采用規格為公稱口徑1.5 in焊接鋼管(采用國標低壓流體輸送用焊接管)，壓漿管底部安裝壓漿閥，每根樁設置三根壓漿管，并按120°夾角布置在鋼筋籠內側，用鐵絲綁扎在鋼筋籠上，同鋼筋籠一起下入孔內。

也可以利用超聲波檢查混凝土質量的聲測管作為壓漿管，先聲測、后壓漿，既經濟又方便。

3.3 水泥漿

壓漿材料采用42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時間為3 h～4 h，稠度為17 s～18 s，7 d強度不小于10 MPa。

水泥漿配合比通過試驗確定。

3.4 開閥

壓漿前，為使整個壓漿管路暢通，先用清水壓開壓漿閥。開閥要逐步升壓，當壓力驟減、流量突增時，表明管路已經開通，必須立即停機，防止大量水涌入地下。用清水打開壓漿閥的壓力一般為6 MPa～10 MPa左右。

3.5 壓漿

待樁體混凝土強度達到設計強度的80%并大于20 MPa后實施后壓漿。壓漿時將一個承臺的兩根樁作為一組進行，兩根樁循環壓漿。兩根樁分別有三根壓漿管，編號均是A，B，C管，先壓第一根樁的A管，壓漿量約占總量的70%，再壓第二根樁的A管，然后依次壓完第一根樁的B，C管和第二根樁的B，C管，這樣就能保證每根樁的兩根壓漿管壓漿間隔在30 min以上，給水泥漿在土層中擴散的時間。

后壓漿采用壓漿量和壓漿壓力雙控，以壓漿量為主，壓力控制為輔。當滿足下列條件之一時即可終止壓漿:

1)壓漿量達到 3.75 t。

2)壓力超過3 MPa，壓漿量未達到 3.75 t，間隔 10 min～15 min再壓漿，仍壓不進去，即可終止壓漿。

4 后壓漿樁基承載效果

通過對C-20號，C-17號試驗樁(實體工程樁)進行的壓漿前、后自平衡靜載試驗，對其效果進行了對比分析，試驗結果如表1，表2所示。

表1 C-20號試樁壓漿前后樁基承載能力試驗結果

表2 C-17號試樁壓漿前后樁基承載能力試驗結果

壓漿前樁基承載力均為16 875 kN，壓漿后樁基承載力分別為24 068 kN，25 268 kN，提高的比例分別是 42.6%和 49.7%。

采用樁端后壓漿技術后，樁端阻力提高幅度非常大，兩根試驗樁樁端阻力分別提高了124.3%和152.6%。

試驗結果表明，C-20號，C-17號樁樁端壓漿的效果良好，試樁采用的后壓漿施工工藝能夠大幅度提高單樁極限承載力，滿足設計要求。

根據試驗結果，本工程將原設計的59 m樁長縮短為45 m，通過對340根灌注樁進行的費用、工期、承載力三項指標分析，采用后壓漿技術節約投資約754萬元，縮短工期約57 d，產生了巨大的經濟效益。

5 結語

1)鉆孔灌注樁后壓漿技術工藝設備簡單，料廣價廉，操作方法易于掌握，能顯著提高鉆孔灌注樁的承載力，是降低基礎施工成本的有效方法和手段，具有較高的推廣價值。

2)對注漿量與承載力的關系、注漿壓力在不同地層條件下與注漿量的優化比、承載力的增大幅度值等都還需進一步進行量化研究。

3)由于目前國內尚無統一的后壓漿技術工藝的標準規范，建議盡快組織有關專家研究討論制定國內統一的相關技術規范，以便各單位參考使用。

［1］ 王 平，李志光，孫 浩.太原地區灌注樁后壓漿技術的施工設計與應用［J］.探礦工程，2002(sup):29.

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［4］ JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［5］ 西安市東北二環工程樁基自平衡靜載試驗報告［R］.2010.