樁底后壓漿技術在鉆孔灌注樁中的應用及效果分析

鄭永兵

【摘要】隨著我國社會經濟的持續發展與綜合國力的不斷提升，高層建筑及橋梁工程建設也得到了長足發展。相比常規灌注樁施工技術，后壓漿技術在解決孔底沉渣、孔壁泥皮、增加樁側壁摩阻力等問題方面有著較大優勢，因此該項技術被更多應用于當前高層建筑與橋梁工程建設中。樁底后壓漿技術最先在歐洲部分國家得到應用，取得了比較好的應用效果，我國應用此項技術于工程實踐的時間尚短，只是在近些年的一些跨海橋梁建設中，為了減少沉降和提升鉆孔承載力而嘗試使用了該項技術，如東海大橋建設、杭州大橋建設等。雖然是應用過程中收獲到了不錯的效果，也實現了預期目的，但由于該項技術比較復雜，目前對其原理及作用機理的研究仍然不是十分透徹。

本文以現有工程經驗、試驗以及理論為基礎，研究了漿液在土層中的作用模式，以及對樁端阻力及樁側摩阻力的影響方式;研究了漿液在土體中的作用機理。根據樁底后壓漿期間的大量跟蹤觀測數據，分析了樁底后壓漿的作用效果。

本文首先對樁底后壓漿技術機理進行了分析，包括加固機理和承載力影響因素;然后對技術工藝施工流程和要點進行了詳細闡述，其中要點包含壓漿管制作與布置、混凝土澆筑、壓漿設備和管路的安裝與鋪設、壓注清水、水泥漿配置標準、樁底壓力灌漿等六方面內容;最后對樁底后壓漿技術應用效果進行了描述。

【關鍵詞】樁底后壓漿技術;鉆孔灌注樁;施工方法;作用機理;承載特性

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.005

緒論

所謂后壓漿技術，是通過預先設置于鋼筋籠上的壓漿管，在樁體達到一定強度后 （一般為7-10天），向樁側或樁底進行壓力注漿，固結樁側泥皮和孔底沉渣，并使樁側和樁端一定范圍內的土體得到加固，從阿而達到提高樁基礎整體性和承載力、控制樁基礎沉降的目的。

隨著我國經濟持續快速的發展，交通基礎設施建設的投入不斷增加，交通路網逐漸伸展，大量的過河、跨江、越海橋梁不斷涌現。如何將后壓漿施工技術應用于實際工程建設中，發揮技術核心優勢，已取得理想的工程效果，并在提高工程質量的同時，降低投入成本和施工難度，以及在提升施工工藝和豐富施工手段的基礎上，縮短施工周期，是當前高層建筑及橋梁工程建設需要認真面對的問題。

1、樁底后壓漿技術機理分析

1.1 加固機理

作為后壓漿技術原材料之一，水泥漿的固化與其和沉淤、泥皮產生物理作用和化學反應有直接關系，這也是水泥土強度得到有效提升的關鍵。在壓漿過程中，漿液會通過滲透作用與樁端最疏松處殘渣相結合，形成密度較大的結石，在提高強度的同時也消除了樁底沉渣所帶來的不利影響。注漿量與注漿壓力之間的高度正相關性，不僅使沉渣、干渣石、虛尖的硬度變得更強，也使樁身混凝土與樁側周圍土體間的間隙變得趨向無限小，即提升了二者之間的粘結力，也提高了樁身下段樁側的摩阻力。

1.2 承載力影響因素

孔樁單樁承載力影響因素主要有以下五點：

（1）孔壁完整性差。較差的孔壁完整性會降低孔樁單樁承載能力。

（2）樁身混凝土與樁周土體間的粘結性對承載力有直接影響，但起關鍵作用的是孔壁上的泥皮。如果不能將泥皮處理掉，樁側摩阻力將無法得到有效提升。

（3）孔底殘渣對單樁承載力的提升有直接影響，同時也是影響橋梁和建筑物沉降效果的主要因素之一。工程建設中，一般會通過多次清洗的方式來清除孔底殘渣，但清洗效果卻始終不好。

（4）干渣石和虛尖的形成是影響樁底混凝土強度的主要因素之一，干渣石和虛尖的形成與混凝土離析現象有關，而導致混凝土離析現場發生的原因在于混凝土初灌的方式，以及所使用的工具。

（5）樁側摩阻力的降低也與樁身混凝土和孔壁間存在的間隙有關，間隙形成主要原因之一是混凝土固結而發生體積收縮。

2、工程施工工藝

2.1 工藝施工流程

工藝施工內容主要包括：工程地質資料、參數選擇、鉆進成孔、清孔、制作鋼筋籠、裝配壓漿管路、下鋼筋籠、密封性檢測、灌注樁身混凝土、壓水開塞、混凝土聲測、養護、安裝后壓漿設備、準備后壓漿材料、壓漿水泥漿液、后壓漿驗收、承載力試驗等。具體流程見圖2。

2.2 工藝施工要點

2.2.1 壓漿管制作與布置

首先來看壓漿管的制作，壓漿管也可用來做聲測管，其直徑約為30-60mm，由三部分組成，分別是進漿管（由樁頂到樁底）、出漿管（由樁底到樁頂）、壓漿器。其中壓漿器位于樁底部，但需要超出鋼筋籠底部約0.3-0.5m，其組成部件分別是：由 30mm的鋼管組裝而成的U形管、 8mm的穿孔、橡膠管、8mm厚的薄鋼板（見圖3）。在布置方面，根據樁徑大小，靈活增加或減少連通注漿裝備數量，一般為2-6套。進漿管與出漿管需要同時被固定在鋼筋籠內側，一般用絲扣來進行固定。為確保密封性良好，在下方鋼筋籠時需不斷進行注水操作，如發現有氣泡產生，則說明密封性不夠，需提出重新進行固定。需要指出的是，為了避免壓漿管在施工時被無意壓斷，需要保證其低于地表20cm。

2.2.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑操作需在鋼筋籠和壓漿管下方完成后進行，中間需要對孔隙進行清洗，清洗次數視樁底沉渣量大小而定。清孔工作完成后，按要求灌注樁身混凝土。

2.2.3 壓漿設備和管路的安裝與鋪設

壓漿設備一般有壓漿泵和水泥攪拌機，壓漿管路主要是地表輸漿軟管。結合工程施工經驗，比較常用的壓漿泵是BW-150型壓漿泵，若選用其他形式壓漿泵，泵壓值必須大于10MPa，最好是柱塞式泥漿泵。常用水泥攪拌機一般為自制式，或者也可選用自落式JAC-350型攪拌機。在地表輸漿管的選用上，首選耐壓值高的鋼絲編織高壓膠管，耐壓值至少達到10MPa。

2.2.4 壓注清水

壓注清水的主要目的是為保證壓漿管路暢通，但要在混凝土灌注后24小時內進行操作。操作時，需注意采取適當措施重開覆蓋在壓漿器周圍的混凝土層，否則無法實現壓漿。當遇到擴孔、塌孔問題，以及充盈系數較大時，需要將壓水操作提前至混凝土澆筑完成后的5個小時左右進行。

2.2.5 水泥漿配置標準

水泥漿配置標準有五點：

（1）保證水泥漿液粘度足夠低，滲透力和流動性足夠好，保證漿液能夠順利進入細小裂縫中。

（2）注意控制和調節漿液凝固時間，盡可能保證漿液不流失。

（3）在保證漿液結合率高且強度大的同時，不使凝固體積收縮。

（4）保證被選擇漿液在使用時不發生離析、不發生沉淀，確保質量足夠好。

（5）被選擇使用漿液不會對環境造成污染，不會對人體產生危害。

2.2.6 樁底壓力灌漿

當混凝土強度達到60%左右時便可進行壓漿操作，一般需要3-7天時間。壓漿前需要根據壓漿管路的污濁情況確定清洗次數，確認管路足夠干凈后開始壓漿。過程中，管路內殘留和多余清水和漿液將會從另一出漿口被排除，當有配置水泥漿從出漿口被持續排除時，說明管路內已填滿水泥漿，此時需要關閉出漿管口。低檔慢壓和先稀后濃是壓漿基本原則，這有利于漿液在土體中順利擴散，但需要注意的是，實際施工中的壓漿操作并不是單根進行的，而是多根同時進行的，因此需要保證每根壓漿管都能得到均勻壓漿，同時注意控制好壓漿速度，一般以30L/min為宜，壓力不要超過3MPa。

3、應用效果分析

采用后壓漿技術進行鉆孔灌注后，灌漿效果較之前相比得到顯著提升，水泥漿液上返高度達到了10m以上，隨著樁側硬結土層的加厚（一般在10cm左右），強度得到了明顯提高。結合實際施工效果發現，對于不同孔隙率地基土，水泥漿液擴散效果也有明顯不同，27%-35%孔隙率的地基土，其水泥漿液擴散可達1.9-2.3m，深入距離達到1m以上。另外，承載能力在壓漿后也得到大幅度提升。壓漿前后樁承載力見表1;側阻和端阻承載力見表2;S1、S2、S3、N3樁后壓漿施工參數見表3。

結論：

本文首先對樁底后壓漿技術機理進行了分析，包括加固機理和承載力影響因素;然后對技術工藝施工流程和要點進行了詳細闡述，其中要點包含壓漿管制作與布置、混凝土澆筑、壓漿設備和管路的安裝與鋪設、壓注清水、水泥漿配置標準、樁底壓力灌漿等六方面內容;最后對樁底后壓漿技術應用效果進行了描述。

從工程施工效果看，采用后壓漿技術進行鉆孔灌注后，灌漿效果較之前相比得到顯著提升，并且在一定程度上降低了工程成本和施工難度，比如減少了樁基的數量。樁底后壓漿技術應用效果主要體現在以下幾點：

（1）隨著樁底后壓漿技術的合理應用，非嵌巖樁單樁承載力有所提升，基本能夠達到嵌巖樁水平，降低施工難度的同時也節約了成本。

（2）隨著樁底后壓漿技術的合理應用，以往被認為的廢樁也得到了很好利用，進一步節約了資源。

（3）隨著樁底后壓漿技術的合理應用，樁端持力層與樁周條件得到明顯改善，隨著樁端阻力與樁側摩阻力的增強，樁荷載傳遞性也得到大幅度提升。

但需要指出的是，當前對樁底后壓漿技術的應用還處于初級階段，技術原理并不是很成熟，因此還需要研究人員和資深工程人員對該項技術進行深入探究和再開發。

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