改進型樁底壓漿技術在公路擴建工程中的應用

■邱嘉鵬

(福建省交通規劃設計院，福州 350004)

樁底后壓漿技術為近年來工程界迅速發展并廣泛應用的新技術，以其廣泛的適用性和便捷的施工方式成為樁基處理的重要技術手段。在2007 年9 月29 日發布的《公路橋涵地基與基礎設計規范》 (JTG D63—2007)中就已經加入了后壓漿灌注樁的承載力修正計算的內容，無疑對后壓漿技術的規范和推廣具有極其重要的意義。下文在對后壓漿技術的原理進行分析的基礎上，針對目前常見的壓漿構造提出改進的方案，并介紹改進方案在高速公路擴建中的應用。

1 樁端壓漿的基本原理

樁端壓漿是利用樁底(或樁周)小主應力分布規律和劈裂壓漿原理，利用壓漿液的壓力有控制性地將樁底(樁周)地基巖土劈開，注入適宜的漿液，通過樁與巖土互壓和漿液析水使樁底(樁周)巖土體發生濕陷固結、膠結固結等作用，形成的漿脈充填于孔隙、裂隙中，達到擠密壓實的目的。漿脈厚度、擴散寬度隨樁底(樁周)地層情況和底部應力分布自行調整，使應力再分配，從而改善樁底(樁周)地基的內部應力狀態，有效地改善和提高樁底地基巖土的穩定性和承載力。

2 樁端壓漿的作用

2.1 提高樁端承載力

樁端壓漿通過樁與巖土互壓和漿液析水使樁底巖土體發生濕陷固結、膠結固結等作用，形成的漿脈充填于孔隙、裂隙中，達到擠密壓實的目的。漿脈厚度、擴散寬度隨樁底地層情況和底部應力分布自行調整，使應力再分配，從而改善樁底地基的內部應力狀態，有效地改善和提高樁底地基巖土的穩定性和承載力。根據樁底土層的不同，《公路橋涵地基與基礎設計規范》 (JTG D63—2007)第5.3.6 條對樁端阻力增強系數βP 給出了參考值(見表1)。可見對顆粒越大、孔隙率越大的土層，樁端壓漿的效果越明顯；對黏性土則效果較差。

表1 樁端阻力增強系數βP

2.2 提高樁側摩阻力

對于采用泥漿護壁的灌注樁，注入樁端的水泥漿液，在壓力作用下，漿液會在樁端以上一定高度范圍內(8～12m)沿著樁土間上滲，通過滲透、劈裂、充填、擠密和膠結作用，填充樁身與樁周遍土體的空隙，并滲入樁周土體一定寬度范圍，在樁周形成脈狀結石體，從而使樁側摩阻力大幅度提高。根據樁底土層的不同，《公路橋涵地基與基礎設計規范》 (JTG D63—2007) 第5.3.6 條對樁端阻力增強系數βs 給出了參考值(見表2)。可見，樁端壓漿對樁側摩阻力的增強效果與樁端阻力具有一樣的規律，即對顆粒和孔隙大的土層效果更佳。

表2 樁側阻力增強系數βs

2.3 改善樁底沉渣的不利影響

樁底沉渣的存在因其強度低嚴重影響樁端承力的發揮，樁端沉渣與注入的水泥漿液發生物理化學反應固化，凝結成強度高、性能穩定的結石體，提高樁端阻力。

2.4 減少樁基的工后沉降

在灌漿壓力作用下，樁底持力層受到預壓應力，使一部分樁端壓縮變形在樁基施工期內提前完成，減少后期使用階段的豎向壓縮變形。

3 樁端后壓漿的管道結構

3.1 傳統樁端壓漿管道的構造

傳統的樁端后壓漿所用的管道多為直管型，單向進漿，頂端設止逆閥，底端用鋼板焊接密封，底部為側面打孔的花管段(見圖1)，花管段多采用膠帶包扎后隨鋼筋籠一同放入打好的樁基孔中。待樁基強度達到75%時，采用高壓水(2～4MPa)沖開膠帶，將符合要求的水泥漿壓入。

圖1 傳統壓漿管道構造圖

但這種直管型壓漿管在實際應用中卻出現了諸多問題，具體表現在：

(1)花管段插入樁底沉渣，沉渣固結后容易堵住花管的孔洞。

(2)壓漿管在施工中容易被砂石堵塞，而單向直管又無法將砂石掏出，只能將砂石壓入底部花管段，徹底堵住管道。

(3)壓漿管若由于接頭破裂等原因出現漏漿，施工者無法識別，無法采取補救措施。

(4)單向壓漿，沖開膠帶時使用的大量清水與剛開始時較稀的水泥漿也被壓入土層中，容易沖刷形成空洞，反而不利于承載力提高。

以上缺點導致采用傳統壓漿管道構造的樁基在施工中極容易堵管和漏漿，壓漿效果受到極大影響，成功率不高。

3.2 改進后的壓漿管道構造

針對傳統樁端壓漿管道的上述缺點，可采用如下改進措施，改進后的壓漿管道構造見圖2～圖4：

3）道路綠化帶宜疏密相間，在路外有重要景觀節點，不宜過多用道路景觀進行遮擋，保證駕駛人在行駛過程中能同時能享受豐富的沿江風光。

(1)將直管型的壓漿管道改成U 型壓漿管道。U 型管道無論在壓漿前還是壓漿中，都可以進行管道的清洗，并可待管道中的水泥漿濃度達到要求后再增加壓力進行壓漿。對管道壓力的控制更加準確。此外，U 型管道在管道出現漏漿的情況時出水口壓力會顯著降低，從而識別漏漿，可及時停止對應管道的壓漿作業，防止漏漿對樁體進一步破壞。

(2)將豎直的花管放置在U 型管的底部，變為水平向放置，可以增加花管與土體的接觸面積，提高壓漿的效率。

(3)放置鋼筋籠和壓漿管之前，在樁孔底部灌入一層礫石，壓漿管放入之后再灌入一層。保證花管段不被泥漿和沉渣堵塞，同時成為為管道和土層間的緩沖和擴散層。礫石也會在水泥漿灌入后密結成型，有利于提高樁基的端部承載力。

圖2 改進后的壓漿管道構造圖(底部平面)

圖3 改進后的壓漿管道構造圖(立面)

圖4 改進后的花管(端部壓漿器)構造圖

4 改進型壓漿管在公路擴建工程中的應用

4.1 工程概況

高速公路擴建中不可避免地遇到橋梁的加寬。因為橋梁直接橫向拼接加寬對比新建一座平行的橋梁具有更大的行車靈活性，所以成為橋梁擴建的主要方式之一。新舊橋梁結構的橫向拼接對新橋的工后沉降具有較高的要求。而在東南沿海地區，基巖往往埋藏很深，按承載力設計的橋墩往往都為摩擦樁。舊橋的沉降已經基本完成，新橋如果也采用普通摩擦樁顯然會造成較大的工后沉降差異，導致結構開裂，甚至破壞，而所有新建橋梁均采用端承樁形式會造成很大的浪費。

在某沿海地區高速公路擴建工程中，成功采用后壓漿技術解決了摩擦樁工后沉降偏大的問題。該工程中一座特大橋，引橋35～40 號墩的地質如下：1～15m 為中砂；16～50m 為殘積黏性土；50～60m 為砂土狀強風化花崗巖。橋墩樁基根據承載力確定的長度為53m。考慮到樁底沉渣的影響，估計此樁基的工后沉降在5～8cm 左右。故采用改進后的樁端壓漿技術進行處理。

4.2 壓漿材料要求

漿液水灰比應根據土的飽和度和滲透性進行確定。對于飽和土宜為0.5～0.7，對于非飽和土宜為0.7～0.9(松散碎石土、砂礫宜為0.5～0.6)；低水灰比漿液宜摻加減水劑；地下水流動時，應摻入速凝劑。

水泥漿性能要求為：初凝時間3～4h，稠度17～18s；7d 強度≥10MPa。外加劑中U 型微膨脹劑(≤5%)，膨潤土(≤5%)。

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。漿液最終配方必須通過現場試配確定，確認達到性能指標后，再付諸使用。

4.3 施工工藝

在樁基施工完成后利用U 形管回路進行樁底壓漿。澆筑樁基混凝土前，應將管道灌滿水，上口用塞子堵死，以防漏漿。為確保U 型管貼近樁底，在鋼筋籠末端設置電測觸底裝置。鋼管接頭采用專用接箍套接焊，管內應注入清水進行密封性試驗，確保其不漏水，使其達到高壓注漿要求。

壓漿時需保證單向出漿。管道于安裝前應進行清洗，以清除管內雜物。具體操作為打開回路的出漿閥，先排出注漿管內的清水，當出漿口流出的漿液與進口漿液的濃度相同時，關閉出漿閥開始注漿。

壓漿總體控制原則為實行壓漿量與壓力雙控。壓漿分三次循環：

(1)第一循環，每根壓漿管壓完后，間隔時間不小于2.5h，不超過3h 進行第二循環，壓漿量為40%；

(2)第二循環：每根壓漿管壓完后，間隔不小于3.5h，不超過6h 進行第三循環，壓漿量為40%；

(3)第三循環：壓漿量為20%。

為防止(減少)堵管，每一循環結束應對各管路壓水清洗。第一循環與第二循環主要考慮壓漿量。第三循環以壓力控制為主。若注漿壓力達到控制壓力，并持荷5min，注漿量達到80%，也滿足要求。樁端壓漿終止壓力根據土層性質、壓漿點深度確定。對于風化巖，非飽和黏性土、粉土，宜為5.0～10.0MPa；對于飽和土宜為1.5～6.0MPa；軟土取最低值，密實土取高值。壓漿量不宜超過75L/min。

采用改進后的壓漿管道設計和以上壓漿施工工藝的樁基在施工中幾乎沒有出現堵管現象，現場施工進展相當順利。樁基在達到壓漿壓力時均有少量的上拔(1～2mm),樁基承載力試驗發現承載力平均有32%的提高，沉降量均小于12mm。遠遠超過設計目標，取得了較好的效果。

5 結束語

樁底后壓漿技術能夠改善樁端持力層和樁周土條件，提升樁端承載力和樁側摩阻力，改善樁荷載傳遞性能，使樁基的綜合承載力得到大幅度提高并降低樁基礎沉降量。在實際工程中運用樁底后壓漿技術，可以縮短樁的設計長度，取得明顯的經濟效益。在將來的工程中必將得到更多的關注和更廣泛的應用。

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[4]JTG D63-2007,公路橋涵地基與基礎設計規范[S].